CN1854463A - 井下紧急救援监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

井下紧急救援监控系统，是在井下设置若干个移动通信基站，基站分成组，每组连接一内嵌定位发送卡的基站控制器，基站控制器通过光纤通信连接内嵌定位接收卡的井上局端设备，局端设备和内置通信软件、定位软件、三维信息图数据库的服务器、内置三维显示软件的监控计算机联成局域网，内置唯一ID号的手持终端与所述的基站进行无线语音和数据交换，通信频率选用800MHz，选用防爆产品。该系统能够自动记录每个手持终端的现在和曾经的空间位置，具有通信功能，可以用于远程实时生产调度；矿难救援时，可以确定井下人员位置，获得井下信息。在通信网损坏的情况下，可以在能到达的区域设置新的基站，重建通信网。

Description

井下紧急救援监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种井下监控系统，特别是涉及一种井下紧急救援监控系统及方法。

背景技术

煤矿是矿难高发区，权威资料显示，目前我国煤矿事故死亡人数远远超过全世界其它产煤国家煤矿事故死亡人数的总和，2003年我国煤矿事故死亡人数超过6000人，百万吨死亡率为4.0。2004上半年全国共发生伤亡事故1736起，死亡2537人，百万吨死亡率为2.96。而美国在1998年的百万吨死亡率为0.03。我国煤炭行业如此高的事故死亡率与煤炭行业的安全投入不足直接相关，安全生产欠账高达500亿元。

而目前所有的井下有线监控系统，只具备远程监控功能，可以提供事后事故分析使用，但不能事先提供预防事故的办法，不能实时给煤矿安全局提供监督的手段，不能在事故发生的特殊时刻准确的、连续的把握事故现场的人员位置情况和设备运行情况，也不能不间断的与遇险人员保持联系，更不能确定矿难人员的所处位置。而在矿难事故发生时，有线系统必定被损坏，造成通信中断，井上井下无法联系。

发明内容

本发明就是针对这一缺陷，提供一种集光纤通信、无线通信和定位为一体的井下紧急救援监控系统及方法。

本发明井下紧急救援监控系统，是在井下巷道中设置若干个移动通信基站，这些基站分成若干组，每组连接一内嵌定位发送卡的基站控制器，这些基站控制器通过光端机和光纤连接内嵌定位接收卡的井上局端设备，该局端设备和内置通信软件、定位软件、三维信息图数据库的服务器、内置三维显示软件的监控计算机联成监控局域网，内置唯一ID号的手持终端在所述基站中漫游时通过空中无线接口与所述的基站进行无线语音和数据交换。

本发明井下紧急救援监控系统，其手持终端和通信基站之间的通信频率选用800MHz无线频率。

本发明井下紧急救援监控系统，其所有的井下手持终端、井下通讯基站、井下基站控制器、井下光端机均采用防爆产品。

本发明的井下紧急救援监控方法，在井下巷道中设置若干移动通信基站，这些基站分成若干组，每组连接一内嵌定位发送卡的基站控制器，这些基站控制器通过光端机和光纤连接内嵌定位接收卡的井上局端设备，该局端设备和内置通信软件、定位软件、三维信息图数据库的服务器、内置三维显示软件的监控计算机联成监控局域网，内置唯一ID号的手持终端在所述基站中漫游时通过空中无线接口与所述的基站进行无线语音和数据交换的，该系统的监控定位步骤如下：

1)手持终端开机后自动和相邻的基站建立联系，并在系统定位软件中注册登记其ID；

2)系统服务器中的定位软件自设定位周期，按定位周期自动查询计算每一个注册ID的位置。在每一个定位周期到来时，按已注册ID开始查询；

3)定位软件先从ID注册中提取一个ID，提取关联该ID的基站控制器，通过该基站控制器的定位发射卡提取关联该ID的信号强度，并传送至局端设备的定位接收卡中转换成关联该ID的修正因子；

4)定位软件根据该ID相关的基站位置和该ID的修正因子，计算出该ID的空间位置，计算结果为预估位置和36分布；

5)定位软件将该ID的空间分布与三维井下信息图相交得到最终该ID的位置分布，并将该ID的位置分布发送给监控计算机；

6)监控计算机中的三维显示软件将该ID显示在监控计算机的三维井下信息图上；

7)定位软件判断如果还有已注册的ID未查询，返回步骤3取下一个ID；如果全部ID计算完毕，返回步骤2等待下一定位周期开始。

本发明井下紧急救援监控系统及方法，变井下有线通信为无线通信，能够从始自终始记录每个手持终端的空间位置，确定每个下井人员的位置，并具有通信功能，特别适用于矿难事故中寻找井下人员的位置，保持与井下人员的通信，即便在最坏的情况下，还可以在可以到达的区域设置新的基站，重新建立通信网，确保井下通信的畅通和探知人员的井下位置，同时由于具备即时通信和定位，也可用于即时生产调度。

附图说明

图1是本发明井下紧急救援监控系统的拓扑示意图；

图2是本发明井下紧急救援监控系统及方法的监控定位流程图；

图3是本发明井下紧急救援监控系统的定位发送卡框图；

图4是本发明井下紧急救援监控系统的定位接受卡框图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明，下面结合实施例作更详尽的说明。

本发明是利用成熟的无线通讯技术，同时利用手持终端在各基站漫游的特点(井下人员的位置是不固定的)，在服务器上采用独创位置几何算法以及井下三维信息图形，可实时计算出各携带手持终端人员在井下的空间位置。

图1是本发明的拓扑示意图，在井下各巷道和工作面中，设置有许多通信基站，这些通信基站之间的距离，应该小于无线电波在井下传输的最小距离。

这些基站按照安放位置分组配置，每组基站通过主传输U接口和一基站控制器连接，本实施例中，一个基站控制器连接两个基站。该基站控制器通过光端机和光纤以E1接口方式连接井上的局端设备。

在每个基站控制器中，设置有内嵌式定位发送卡(cons-b-4001)，通过PCI插槽插在基站控制器主板上。定位发送卡的原理见图3，定位发送卡上有单板控制器Z-world BL2100和A/D转换器，通过PCI接口在给定的时间循环，单板控制器将采集的手持终端的信号强度通过A/D转换芯片数字化后进行处理并和对应的手持终端的ID号码匹配，并将结果通过PCI接口发送到局端设备的定位接收卡。板上的RS232接口允许使用者将更新的处理程序刷新Z-worldBL2100。Z-world BL2100单板控制器是一款可靠性高、成本低廉的控制器。给OEM设计者提供以太网接入功能，可选配LCD及触摸按键。BL2100系列非常适于嵌入式的控制和数据采集，是一个功能完备的解决方案，实现远程监视和监控另一个可编程系统或者对新的或现有的产品提供以太网接入功能来说也是非常理想的。

井上的局端设备连接在一个局域网上，在这个局域网上还连接有服务器和数台监控计算机。

在局端设备上，设置有内嵌式定位接收卡(cons-b-4002)，通过PCI插槽插在局端设备主板上，专门负责把基站控制器发来的手持终端对应于相邻基站的信号强度转换成该手持终端的修正数据，在这里称为ID修正因子。

本实施例利用最新的64Kb无线数据传输设备DXC64作为局端设备，完成定位数据的传输，DXC64设备为19英寸4U高的标准机箱，共有11个槽位为电源板，可提供-48VDC、-24VDC供电，满负荷功耗为50W。第二槽位为DXC板，即时隙交叉控制板，它用软件进行64kb/s时隙交叉连接，并完成对该设备的各项管理功能。第三至第十槽(共8个槽位)为E1接口板，每块板能提供8个独立的E1接口，DXC64设备最多能提供64个E1接口。第十一槽位为远程网管板，它提供对DXC64设备的远程管理和组网管理。

定位接收卡通过PCI插槽插在局端设备的主板上。定位接收卡的原理见图4。

定位接收卡通过PCI接口插在局端设备上，通过PCI接口在给定的时间循环Z-worldBL2100单板控制器将采集的到的所有定位发送卡的信号强度(修正因子)通过RJ45以状态帧的方式发送到服务器上，用于精确的定位处理。同时RJ-45接口允许使用者将更新的处理程序刷新Z-world BL2100。

在服务器中，设置有井下三维信息图数据库和定位软件、通信软件，所有的基站都有固定的站号，并在井下三维信息图中有预先确定的固定位置。

在监控计算机中，安装专用控制软件，这些软件有专门的三维工作界面。

所有的手持终端携带在每个下井人员的身上，通过RCR STD-28 V3.3空中无线接口和相邻的基站建立无线联系，每个手持终端有一个唯一的ID号，开机后自动在系统中注册登记。

整个系统的监控定位过程是按一定的周期自动完成的，其监控定位流程可见图2。

打开系统后，系统定位软件首先要求确定定位周期。该定位周期是可以设置也可以用预设值，设定定位周期的目的是周而复始地不断的检测每个手持终端的当时位置；

在一个定位周期开始后，定位软件从已注册的手持终端ID中提取一个ID号，即确定一个要查询的手持终端。依据ID号提取该ID的关联基站控制器，再提取和该ID关联的基站的空间位置以及和该ID关联的修正因子；

定位软件依据该ID关联基站的位置和该ID的修正因子计算求出该ID所处的空间位置，该结果为预估位置和36分布；

定位软件将该ID的空间分布与服务器中所存的井下三维信息图相交，求得该ID的最终位置，并将该ID的位置信息送至监控计算机；

监控计算机中的三维显示软件将该ID的位置显示在三维井下信息图上；

定位软件判断如果已注册的ID还未查询完，转回步骤2接着从手持终端注册ID中提取另一个ID，计算另一个ID的空间位置；如果所有已注册的ID都处理完毕，返回步骤1等待下一个定位周期的开始，再一次重复寻找每个ID的新位置。

通过一个周期的以上步骤，本系统即可即时掌握所有在井下的手持终端的当前位置。而连续的循环检测，便可以得知每个ID的曾经位置和移动轨迹，也就是说每个井下人员的井下位置和行动轨迹。

比如，一个人员携带一个手持终端行进在巷道中的两个基站之间，假设这两个基站为1号和2号，由于他离两个基站距离不同，手持终端发到两个基站的信号强度便不同，这两个不同的信号强度便可被这两个基站所在的基站控制器中的定位发送卡采集，并发送到局端设备转换成该手持终端对于这两个基站的ID修正因子，定位软件根据1号2号基站的空间位置和手持终端相应于这两个基站的ID修正因子便可以计算出该手持终端的空间位置，并找出相应的三维信息空间位置。

如果这个人不动，下一个检测循环检测到的该人的位置不变；当这个人员继续前进时，在下一个检测循环(或者是以后的某一个循环)中，如果该人已行进到2号基站和3号基站之间，手持终端发到2号3号基站的信号强度便指示着该人在2号3号基站之间的位置。如此循环，可以随时随地得知该人在井下的位置。

在空间比较大的地域，可以通过三个基站来确定人员位置。

该系统中所有的井下设备，包括手持终端、基站、基站控制器、光端机等均按照德国DAS防爆工艺生产，达到防爆IIC级。

该系统选用800MHz频段为工作频段，该频段在井下有较好的传播性能。

本实施例的系统，在自动定位的同时具备无线通话能力，这就提供了实时的日常生产远程调度指挥。

本发明的优点之一，在于将目前井下的有线通讯系统改为井下无线通讯系统，特别在矿难发生时，通常有线线路被毁坏，导致井上和井下无法通讯，造成盲目抢险，在改为无线通讯后，即使某个基站被毁坏后仍可以通过未出事故位置安装的基站还是能够与移动的手持终端通讯进行联系通讯，在最坏的情况下，还可从井上携带新的基站到事故现场附近，临时建立应急通讯通道，以保证与遇险人员的通讯。

本发明的优点之二，增加了井下人员的定位功能，通常在事故发生后，人员很容易跑散，井上人员无法确认井下遇险人员的位置。在遇险人员生命受到威胁，以最短时间将遇险人员抢救出来是非常重要的，在没有定位功能情况下，如何确定打孔位置以便输送空气和食品却是盲目的，贻误时机。有了带定位功能的紧急救助监控系统，可迅速确定打孔位置，在第一时间将遇险人员抢救出来。

本发明的优点之三，在矿井的日常安全生产中，由于井上指挥及时掌握井下人员的位置信息，大大便于调度，提高生产效率。

Claims (4)

1、一种井下紧急救援监控系统，其特征是在井下巷道中设置若干个移动通信基站，这些基站分成若干组，每组连接一内嵌定位发送卡的基站控制器，这些基站控制器通过光端机和光纤连接内嵌定位接收卡的井上局端设备，该局端设备和内置通信软件、定位软件、三维信息图数据库的服务器、内置三维显示软件的监控计算机联成井上监控局域网，内置唯一ID号的手持终端在所述基站中漫游时通过空中无线接口与所述的基站进行无线语音和数据交换。

2、根据权利要求1所述井下紧急救援监控系统，其特征是所述的手持终端和通信基站之间的通信频率选用800MHz无线频率。

3、根据权利要求2所述井下紧急救援监控系统，其特征是所述的井下手持终端、井下通讯基站、井下基站控制器、井下光端机均采用防爆产品。

4、一种井下紧急救援监控方法，其特征是在井下巷道中设置若干个移动通信基站，这些基站分成若干组，每组连接一内嵌定位发送卡的基站控制器，这些基站控制器通过光端机和光纤连接内嵌定位接收卡的井上局端设备，该局端设备和内置通信软件、定位软件、三维信息图数据库的服务器、内置三维显示软件的监控计算机联成监控局域网，内置唯一ID号的手持终端在所述基站中漫游时通过空中无线接口与所述的基站进行无线语音和数据交换，该系统的监控定位步骤如下：

1)手持终端开机后自动和相邻的基站建立联系，并在系统定位软件中注册登记其ID；

2)系统服务器中的定位软件自设定位周期，按定位周期自动查询计算每一个注册ID的位置。在每一个定位周期到来时，按已注册ID开始查询；

3)定位软件先从ID注册中提取一个ID，提取关联该ID的基站控制器，通过该基站控制器的定位发射卡提取关联该ID的信号强度，并传送至局端设备的定位接收卡中转换成关联该ID的修正因子；

4)定位软件根据该ID相关的基站位置和该ID的修正因子，计算出该ID的空间位置，计算结果为预估位置和3б分布；

5)定位软件将该ID的空间分布与三维井下信息图相交得到最终该ID的位置分布，并将该ID的位置分布发送给监控计算机；

6)监控计算机中的三维显示软件将该ID显示在监控计算机的三维井下信息图上；

7)定位软件判断如果还有已注册的ID未查询，返回步骤3取下一个ID；如果全部ID计算完毕，返回步骤2等待下一定位周期开始。

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