RU2672273C1 - Communication system for underground structures - Google Patents
Communication system for underground structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672273C1 RU2672273C1 RU2017139114A RU2017139114A RU2672273C1 RU 2672273 C1 RU2672273 C1 RU 2672273C1 RU 2017139114 A RU2017139114 A RU 2017139114A RU 2017139114 A RU2017139114 A RU 2017139114A RU 2672273 C1 RU2672273 C1 RU 2672273C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- subscriber terminals
- base stations
- communication
- subscriber
- underground
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 230000003245 working effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/204—Multiple access
- H04B7/208—Frequency-division multiple access [FDMA]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано на предприятиях с подземной добычей полезных ископаемых, в различных туннелях, подземных хранилищах и других протяженных объектах для голосовой связи и обмена сообщениями между абонентами, а также для оперативного управления, контроля местонахождения персонала и мониторинга состояния окружающей среды.The invention relates to communication technology and can be used in enterprises with underground mining, in various tunnels, underground storages and other extended facilities for voice communication and exchange of messages between subscribers, as well as for operational management, control of personnel location and environmental monitoring .
Уровень техникиState of the art
Известна система шахтной связи (см. патент RU 2508449, МПК: E21F17/18, опубл. 27.02.2014), содержащая наземный программно-технический комплекс контроля и управления, соединенные с ним стационарные подземные базовые станции, выполненные с возможностью связи с абонентами и друг с другом в двух диапазонах радиоволн УВЧ (ультравысокой частоты) и НЧ (низкой частоты), размещенные на подвижных объектах передатчики УВЧ и НЧ диапазонов, а также датчики состояния окружающей среды, распределенные по подземной выработке. В обычном режиме работы система использует УВЧ-диапазон и при цифровом кодировании позволяет осуществлять симплексную речевую связь диспетчера с рабочими. НЧ - диапазон используется для связи базовых станций с подвижными объектами в аварийном режиме через завалы горных пород. A well-known mine communication system (see patent RU 2508449, IPC: E21F17 / 18, publ. 02.27.2014) containing a ground-based software and hardware complex for monitoring and control, stationary underground base stations connected to it, configured to communicate with subscribers and a friend with the other in two ranges of UHF (ultra-high frequency) and LF (low frequency) radio waves, UHF and LF ranges transmitters located on mobile objects, as well as environmental sensors distributed over the underground mine. In normal operation, the system uses the UHF band and, when digitally encoded, allows simplex voice communication between the dispatcher and the workers. LF - the range is used for communication of base stations with mobile objects in emergency mode through rock debris.
Известны и другие системы беспроводной высокочастотной связи, используемые в подземных сооружениях, см. патенты RU 2180941, US 7725232, WO 2009118762 и т.д. Other wireless high frequency communication systems used in underground structures are known, see patents RU 2180941, US 7725232, WO 2009118762, etc.
Недостатком всех вышеупомянутых систем является использование радиоволн, которые распространяются только в пределах прямой видимости. Однако реальные горные выработки не отличаются прямолинейностью, и для передачи сигнала вдоль протяженного туннеля требуется размещение базовых станций (ретрансляторов) практически через каждые 100-150 м. Большие затраты на установку стационарного приемо-передающего оборудования и подведение к нему электрического питания ведут к высокой стоимости всей системы. При этом, в аварийных ситуациях при разрушении горной выработки и нарушении прямой видимости, такая связь не работает.The disadvantage of all of the above systems is the use of radio waves that propagate only within line of sight. However, real mine workings are not straightforward, and signal transmission along an extended tunnel requires the placement of base stations (repeaters) almost every 100-150 m. The high cost of installing stationary transceiver equipment and bringing electric power to it leads to a high cost of the whole system. At the same time, in emergency situations during the destruction of the mine working and the violation of line of sight, such a connection does not work.
Известна подземная система радиосвязи, содержащая базовые станции, размещенные на подвижных объектах абонентские терминалы и канализатор в виде излучающего кабеля (см. патент RU 103044U1, МПК: Н04В5/00, опубл. 20.03.2011). Эта система имеет аналогичные недостатки. Вследствие потерь энергии на излучение, в излучающем кабеле достаточно быстро происходит затухание сигнала, что ведет к необходимости установки ретрансляторов (линейных усилителей) через каждые 200-300м. A well-known underground radio communication system containing base stations located at mobile facilities, subscriber terminals and a sewer in the form of a radiating cable (see patent RU 103044U1, IPC: H04B5 / 00, published on 03.20.2011). This system has similar disadvantages. Due to energy losses due to radiation, the signal attenuation rather quickly occurs in the emitting cable, which leads to the necessity of installing repeaters (linear amplifiers) every 200-300 m.
Известно устройство СВЧ (сверхвысокочастотной) связи в подземных выработках шахт (см. патент RU 2090974, МПК: Н04В5/02, опубл. 20.09.97), использующее для связи наземного оборудования с расположенными под землей абонентскими приемо-передатчиками однопроводные линии, проложенные вдоль подземных выработок, так называемые волноводы. Волноводы не излучают электромагнитное поле во внешнее пространство, а лишь образуют среду для распространения сигналов, которые передаются на оконечные устройства за счет индуктивной связи между волноводом и антенной абонентского терминала. A device for microwave (microwave) communication in underground mine workings (see patent RU 2090974, IPC: Н04В5 / 02, publ. 09/20/97) is used to communicate ground equipment with underground subscriber transceivers single-wire lines laid along underground workings, the so-called waveguides. The waveguides do not emit an electromagnetic field into the external space, but only form an environment for the propagation of signals that are transmitted to terminal devices due to inductive coupling between the waveguide and the antenna of the subscriber terminal.
В отличие от излучающих кабелей, в волноводе отсутствуют потери энергии на излучение, что позволяет передавать сигналы на большие расстояния - 5 км и более. Дальность связи является существенным достоинством использования волноводов. Unlike radiating cables, the waveguide has no energy loss due to radiation, which allows transmitting signals over long distances - 5 km or more. Communication range is an essential advantage of using waveguides.
К недостаткам устройства по патенту RU 2090974 следует отнести использование высокочастотного диапазона. В этом случае электромагнитное поле передаваемых сигналов сосредоточено вокруг волновода и антенна абонентского приемопередатчика не попадает в зону его действия, что ведет к необходимости установки переизлучателей вдоль волновода. Кроме того, эффективность однопроводной СВЧ связи зависит от расположенных вблизи волновода металлических предметов, каждый из которых может стать источником вторичного излучения и соответственно потерь. The disadvantages of the device according to patent RU 2090974 include the use of the high frequency range. In this case, the electromagnetic field of the transmitted signals is concentrated around the waveguide and the antenna of the subscriber transceiver does not fall into its coverage area, which leads to the necessity of installing re-radiators along the waveguide. In addition, the efficiency of a single-wire microwave communication depends on metal objects located near the waveguide, each of which can become a source of secondary radiation and, accordingly, losses.
Подобных недостатков лишена система подземной связи, раскрытая в патенте США US4777652, МПК: Н04В5/00, опубл. 11.10.88г, использующая для передачи информации более низкие частоты электромагнитных колебаний. Эта система принята в качестве наиболее близкого аналога, по наличию признаков, сходных с существенными признаками заявляемого технического решения.Similar disadvantages are deprived of the underground communication system disclosed in US patent US4777652, IPC: H04B5 / 00, publ. 11.10.88g, which uses lower frequencies of electromagnetic waves to transmit information. This system is adopted as the closest analogue, by the presence of features similar to the essential features of the claimed technical solution.
Система связи по патенту US 4777652 включает наземный управляющий комплекс и связанные с ним стационарные базовые станции, выполненные с возможностью приема и передачи сигналов средневолнового (далее – СВ) диапазона. На подвижных объектах размещены абонентские терминалы с приемопередатчиками, работающими в СВ диапазоне. В качестве линии связи между абонентскими терминалами и базовой станцией использованы проложенные вдоль подземных выработок кабели питания, выполняющие функции волноводов. Базовая станция подключена к кабелю через специальный ответвитель. Для аварийных ситуаций предусмотрен режим использования угольного пласта в качестве среды для передачи сигнала от клеточного ретранслятора.The communication system of US Pat. No. 4,777,652 includes a ground control complex and associated stationary base stations configured to receive and transmit mid-wave (hereinafter referred to as CB) signals. On mobile objects there are subscriber terminals with transceivers operating in the microwave band. As the communication line between the subscriber terminals and the base station, power cables laid along the underground workings, performing the functions of waveguides, were used. The base station is connected to the cable through a special coupler. For emergency situations, a mode of using a coal seam as a medium for transmitting a signal from a cell repeater is provided.
Существенным достоинством известной системы является использование средневолнового диапазона для передачи сигналов между стационарной базовой станцией и мобильными абонентскими терминалами через волновод. Сигналы СВ диапазона, имеющие большую длину волны (100-1000м), способствуют созданию вокруг волновода электромагнитного поля аналогичного радиуса действия, в результате чего в зону его действия попадают все абонентские терминалы, находящиеся в этот момент в подземной выработке, а значит и антенны их приемопередатчиков, которые воспринимают распространяющийся вдоль волновода сигнал в любом месте горной выработки. В этом случае отсутствует необходимость установки дополнительных переизлучателей, система является очень простой и обеспечивает большую дальность связи с подвижными объектами, оборудованными абонентскими терминалами.An essential advantage of the known system is the use of the mid-wave range for transmitting signals between a stationary base station and mobile subscriber terminals via a waveguide. Signals of the SW range, having a large wavelength (100-1000 m), contribute to the creation of an electromagnetic field of a similar radius of action around the waveguide, as a result of which all subscriber terminals located at that moment in the underground generation, and hence the antennas of their transceivers, fall into its coverage that perceive the signal propagating along the waveguide anywhere in the mine. In this case, there is no need to install additional re-emitters, the system is very simple and provides a large communication range with mobile objects equipped with subscriber terminals.
К недостаткам ближайшего аналога следует отнести то, что система может обеспечить лишь диспетчерскую связь, которая строится по принципу «все со всеми», когда в эфире одновременно слышны все передающие абоненты, что обусловлено использованием всего двух частот СВ диапазона, одна из которых служит для передачи сообщений, а другая - для развязки сигналов. Ограниченные возможности системы не позволяют одновременно проводить независимые сеансы связи для нескольких абонентов. The disadvantages of the closest analogue include the fact that the system can only provide dispatch communication, which is built on the principle of “everything with everyone” when all transmitting subscribers are heard on the air at the same time, due to the use of only two frequencies of the CB band, one of which is used for transmission messages, and the other for decoupling signals. The limited capabilities of the system do not allow simultaneous independent communication sessions for several subscribers.
Другим недостатком этой системы является низкая надежность работы в аварийных ситуациях.Another disadvantage of this system is the low reliability in emergency situations.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание системы связи, основанной на использовании волноводов в качестве линии связи и СВ диапазона для передачи сигналов, и при этом обеспечивающей гарантированный индивидуальный ресурс для каждого абонента, позволяющий ему автономно, т. е. независимо от других абонентов и одновременно с ними, вести переговоры, осуществлять прием или передачу данных. The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is the creation of a communication system based on the use of waveguides as a communication line and a CB band for signal transmission, and at the same time providing a guaranteed individual resource for each subscriber, allowing him autonomously, i.e., independently from other subscribers and simultaneously with them, negotiate, receive or transmit data.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Вышеупомянутая техническая проблема решена за счет того, что в коммуникационной системе для подземных сооружений, содержащей наземный программно-технический комплекс, связанные с ним стационарные базовые станции, выполненные с возможностью приема и передачи сигналов средневолнового диапазона, размещенные на подвижных объектах абонентские терминалы с антеннами и приемопередатчиками средневолнового диапазона, и проложенные вдоль подземных выработок волноводы, к которым подключены базовые станции, согласно заявляемому изобретению, базовые станции размещены под землей в узловых точках маршрутов подвижных объектов и связаны между собой волноводами, каждой базовой станции выделен свой частотный диапазон внутри средневолнового диапазона, разделенный на каналы, которые используются для регистрации абонентских терминалов, передачи данных и голосовой связи между абонентами, при этом абонентские терминалы снабжены, каждый, устройством автоматической настройки антенны на частоту канала, выделенного для работы с этим абонентом. The aforementioned technical problem is solved due to the fact that in the communication system for underground structures containing a ground-based software and hardware complex, stationary base stations associated with it, capable of receiving and transmitting medium-wave signals, subscriber terminals with antennas and transceivers located on mobile objects medium wave range, and laid along the underground workings of the waveguides to which the base stations are connected, according to the claimed invention, the base stations are located underground at the nodal points of the routes of moving objects and are interconnected by waveguides, each base station has its own frequency range within the mid-wave range, divided into channels that are used to register subscriber terminals, transmit data and voice communications between subscribers, while the subscriber the terminals are each equipped with a device for automatically tuning the antenna to the frequency of the channel allocated for working with this subscriber.
Один технический результат, достигаемый в результате использования предлагаемого изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей системы и обеспечении возможности независимой связи для каждого абонента, при сохранении большой дальности связи.One technical result achieved by using the present invention is to expand the functionality of the system and provide independent communications for each subscriber, while maintaining a long communication range.
Другой технический результат заключается в повышении надежности работы коммуникационной системы в аварийных ситуациях. Another technical result is to increase the reliability of the communication system in emergency situations.
Одним существенным отличием предлагаемой системы от ближайшего аналога является использование разделения частотного ресурса в СВ диапазоне между подземными базовыми станциями и выполнение каждой станции с возможностью работы в многоканальном режиме.One significant difference of the proposed system from the closest analogue is the use of frequency resource sharing in the UH band between underground base stations and the execution of each station with the ability to work in multi-channel mode.
Принцип разделения частотного ресурса известен и широко используется в высокочастотной беспроводной связи. Однако, в отличие от высокочастотных антенн, малогабаритные антенны СВ диапазона имеют узкую полосу пропускания, т.е. диапазон частот, в котором антенна работает без дополнительной настройки, что не позволяет реализовать многоканальную связь в СВ диапазоне при простом использовании известных средневолновых антенн.The principle of frequency resource sharing is known and widely used in high-frequency wireless communications. However, unlike high-frequency antennas, small-sized antennas of the SV range have a narrow passband, i.e. the frequency range in which the antenna operates without additional configuration, which does not allow multichannel communication in the microwave range with the simple use of known medium-wave antennas.
В предлагаемой системе упомянутое противоречие решено за счет того, что абонентские терминалы снабжены устройствами автоматической настройки антенны на частоту канала, выделенного для работы с этим абонентом. In the proposed system, the mentioned contradiction is resolved due to the fact that the subscriber terminals are equipped with devices for automatically tuning the antenna to the frequency of the channel allocated for working with this subscriber.
В совокупности, упомянутые отличительные признаки предлагаемого технического решения обеспечивают возможность реализации многоканальной связи, осуществляемой в средневолновом диапазоне через волновод, и то, что каждый абонент системы имеет гарантированный индивидуальный канал, выделяемый для него базовой станцией, в зоне действия которой этот абонент находится. По этому каналу он может независимо от других абонентов и одновременно с ними осуществлять переговоры или передавать и принимать данные. In aggregate, the mentioned distinguishing features of the proposed technical solution provide the possibility of implementing multi-channel communication in the medium wavelength range through the waveguide, and the fact that each subscriber of the system has a guaranteed individual channel allocated to it by the base station in whose coverage area this subscriber is located. Through this channel, he can independently negotiate with other subscribers and simultaneously carry out negotiations or transmit and receive data.
Другим существенным отличием от известных аналогов является то, что размещенные под землей базовые станции связаны между собой посредством волноводов, что в совокупности с разделением частотного ресурса между базовыми станциями, обеспечивает возможность работы базовых станций при повреждении каналов связи с наземным комплексом, например, в аварийной ситуации. Another significant difference from the known analogues is that the base stations located underground are interconnected by means of waveguides, which, combined with the separation of the frequency resource between the base stations, allows the base stations to work when communication channels with the ground complex are damaged, for example, in an emergency .
В этом случае часть частотного ресурса базовых станций задействуется для организации связи с соседними базовыми станциями, осуществляемой через волноводы, остальные каналы продолжают использоваться для обслуживания абонентов. При этом телеметрические данные и записи голосовых сеансов связи сохраняются в энергонезависимой памяти базовых станций.In this case, part of the frequency resource of the base stations is used to organize communication with neighboring base stations through waveguides, the remaining channels continue to be used to serve subscribers. In this case, telemetry data and recordings of voice communication sessions are stored in non-volatile memory of base stations.
Использование для связи волноводов и СВ диапазона частот, обеспечивает простоту системы, повышенную надежность, минимальное количество стационарных базовых станций и большую дальность связи – 5 км и более.The use of a frequency range for the connection of waveguides and CBs ensures the simplicity of the system, increased reliability, a minimum number of stationary base stations and a long communication range of 5 km or more.
Под термином «наземный программно-технический комплекс» понимается совокупность технических и программных средств, работающих совместно и выполняющих функции центра управления и коммутации: соединение абонентов, организацию эстафетной передачи абонентов между базовыми станциями, соединение абонента с абонентами телефонной линии общего пользования, сбор телеметрических данных от абонентов.The term “ground-based software and hardware complex” means a combination of hardware and software tools that work together and perform the functions of a control and switching center: connecting subscribers, organizing a relay transmission of subscribers between base stations, connecting a subscriber to subscribers of a public telephone line, collecting telemetry data from subscribers.
Под термином «абонентский терминал» понимается оконечное мобильное оборудование, находящееся в пользовании абонента, служащее для его подключения к сети передачи данных и обмена информацией с базовой станцией или другим абонентом. Устройство абонентского терминала обеспечивает возможность приема и передачи сигналов в средневолновом диапазоне.The term "subscriber terminal" refers to the terminal mobile equipment used by the subscriber, used to connect to the data network and exchange information with the base station or another subscriber. The subscriber terminal device provides the ability to receive and transmit signals in the medium wave range.
Термин «базовая станция» обозначает стационарный комплекс приемо-передающей аппаратуры, размещенной в горной выработке и осуществляющей централизованное обслуживание группы оконечных устройств (абонентских терминалов), находящихся в зоне ее действия. The term "base station" means a stationary complex of transceiver equipment located in a mine working and performing centralized maintenance of a group of terminal devices (subscriber terminals) located in its coverage area.
Волновод образует канал связи между базовыми станциями и абонентскими терминалами, служит для передачи сигналов. Подключение базовой станции к волноводу осуществляется непосредственно, а абонентского терминала – с помощью антенны, которая находится с волноводом в индуктивной связи.The waveguide forms a communication channel between base stations and subscriber terminals, serves to transmit signals. The base station is connected to the waveguide directly, and the subscriber terminal - using an antenna, which is inductively connected to the waveguide.
В качестве волноводов могут быть использованы имеющиеся в шахте телефонные, сигнальные кабели, кабели питания или другие металлические направляющие. Однако предпочтительным является использование изолированных от прочих кабелей одно- или двухпроводных линий, подключенных одним концом к базовым станциям, что позволяет минимизировать помехи, характерные для случаев использования кабеля питания (например, в прототипе). На втором конце проводной линии может быть закреплена согласующая нагрузка.Telephone, signal cables, power cables or other metal guides available in the mine can be used as waveguides. However, it is preferable to use single or two-wire lines isolated from other cables, connected at one end to the base stations, which minimizes the interference typical for cases of using a power cable (for example, in the prototype). A matching load may be fixed at the second end of the wire line.
Двухпроводные линии, в сравнении с однопроводными, менее восприимчивы к электромагнитным помехам, создаваемым работающим в шахте электрооборудованием и кабельными линиями, к наведению индукционных токов в металлической крепи горной выработки, к помехам, вызванным перетеканием токов между заземлителями.Two-wire lines, in comparison with single-wire ones, are less susceptible to electromagnetic interference caused by electrical equipment and cable lines operating in the mine, to induction induction currents in the metal support of a mine, to interference caused by the flow of currents between grounding conductors.
Для обеспечения возможности работы в автономном режиме в аварийных ситуациях абонентские терминалы и базовые станции снабжены аккумуляторами и энергонезависимой памятью.To ensure the possibility of working offline in emergency situations, subscriber terminals and base stations are equipped with batteries and non-volatile memory.
Предлагаемая коммуникационная система может быть использована для контроля местонахождения подвижных объектов и мониторинга состояния окружающей среды. The proposed communication system can be used to control the location of moving objects and monitor the state of the environment.
В этом случае она дополнительно комплектуется автономными радиометками позиционирования, которые размещают в подземных выработках с шагом, определяемым допустимой ошибкой позиционирования. In this case, it is additionally equipped with autonomous positioning RFID tags, which are placed in underground workings with a step determined by the permissible positioning error.
Каждая радиометка представляет собой передатчик ограниченного радиуса действия, местоположение которого известно. При этом радиометка может включать другие функциональные блоки.Each RFID tag is a limited-range transmitter whose location is known. In this case, the RFID tag may include other functional blocks.
Для связи с радиометками, а также с другими источниками информации, например, датчиками технологических процессов, газоанализаторами и прочими объектами шахтной инфраструктуры, на абонентские терминалы устанавливаются приемопередатчики ближнего радиуса действия (УКВ-приемопередатчики). For communication with RFID tags, as well as with other sources of information, for example, process sensors, gas analyzers, and other objects of mine infrastructure, short-range transceivers (VHF transceivers) are installed at subscriber terminals.
Такое конструктивное исполнение обеспечивает дополнительное расширение функциональных возможностей системы, а именно: возможность оперативного отслеживания местоположения подвижных объектов, мониторинг технологических процессов и окружающей среды, управление оборудованием.This design provides an additional extension of the system’s functionality, namely: the ability to quickly track the location of moving objects, monitoring of technological processes and the environment, equipment management.
Дополнительно абонентские терминалы могут быть снабжены блоком инерциальной навигации, включающим акселерометры, магнитометры и гироскопы. Использование инерциальной навигации позволяет сократить количество радиометок позиционирования и обеспечить требуемую точность определения местоположения подвижного объекта.Additionally, subscriber terminals can be equipped with an inertial navigation unit, including accelerometers, magnetometers and gyroscopes. The use of inertial navigation reduces the number of positioning RFID tags and ensures the required accuracy of determining the location of a moving object.
С целью повышения уровня охраны труда и промышленной безопасности абонентские терминалы могут быть оснащены датчиками контроля параметров рабочей зоны (температуры, содержания горючих, опасных и вредных газов и т.д.).In order to increase the level of labor protection and industrial safety, subscriber terminals can be equipped with sensors for monitoring the parameters of the working area (temperature, content of combustible, dangerous and harmful gases, etc.).
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Суть заявляемого технического решения поясняется примерами конкретного исполнения и чертежами, на которых изображены:The essence of the claimed technical solution is illustrated by examples of specific performance and drawings, which depict:
на фиг. 1 – структурная схема системы, общий вид; in FIG. 1 - structural diagram of the system, general view;
на фиг. 2 – поперечное сечение горной выработки с двухпроводным волноводом; in FIG. 2 is a cross section of a mine working with a two-wire waveguide;
на фиг. 3 – пример использования системы для оперативного контроля местоположения персонала и контроля технологических процессов.in FIG. 3 - an example of the use of the system for operational control of the location of personnel and control of technological processes.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Коммуникационная система для подземных сооружений (см. фиг. 1) содержит наземный программно-технический комплекс контроля и управления (далее - наземный комплекс) 1, связанные с ним транспортным каналом 2 стационарные подземные базовые станции 3, проложенные вдоль туннелей подземных выработок волноводы 4, подключенные одним концом к базовым станциям 3, и волноводы 5, соединяющие между собой соседние базовые станции 3.The communication system for underground structures (see Fig. 1) contains a ground-based software and hardware complex for monitoring and control (hereinafter referred to as the ground-based complex) 1, associated with it
Подвижные объекты: персонал, транспортные средства и подвижное технологическое оборудование, находящиеся в подземных выработках, оснащены абонентскими терминалами 6. Mobile objects: personnel, vehicles and mobile technological equipment located in underground workings, are equipped with
В качестве транспортного канала 2 высокоскоростной универсальной связи может быть использован проводной канал Ethernet. As the
В качестве волноводов 4 и 5 могут быть использованы одно- или двухпроводные линии. В случае двухпроводной линии ее проводники 7 и 8 размещают на противоположных стенках горной выработки (см. фиг.2).As
Базовые станции 3, в состав которых входят: приемопередатчик СВ диапазона, управляющее оборудование, источник электрического питания с аккумулятором и блок энергонезависимой памяти, размещены в узловых точках маршрутов перемещения подвижных объектов.
Каждой базовой станции 3 выделен индивидуальный частотный ресурс внутри средневолнового диапазона, разделенный на несколько каналов. В нормальном (рабочем) режиме работы часть каналов базовой станции 3 используется для регистрации абонентских терминалов, остальные служат для переговоров между абонентами и передачи телеметрических данных. Each
Для обеспечения возможности связи с базовыми станциями 3 абонентский терминал 6 снабжен приемопередатчиком СВ-диапазона и малогабаритной резонансной антенной с устройством автоматической настройки на частоту канала, выделенного для работы с этим абонентским терминалом. To ensure the possibility of communication with
Принципы построения устройств, обеспечивающих автоматическую настройку антенны на частоту резонанса, совпадающую с частотой выделенного канала, известны специалистам в данной области техники, поэтому конкретное исполнение упомянутого устройства в заявке не рассматривается.The principles of constructing devices providing automatic tuning of the antenna to a resonance frequency that matches the frequency of the allocated channel are known to specialists in this field of technology, therefore, the specific implementation of the said device is not considered in the application.
В рабочем режиме связь между абонентами осуществляется через наземный комплекс 1, который координирует сеансы связи: принимает запросы от абонентских терминалов 6, находит адрес запрашиваемого для связи абонента и переадресует этот запрос соответствующей базовой станции 3. При этом все сигналы между абонентскими терминалами 6 и наземным комплексом 1 передаются через базовые станции 3, которые обеспечивают преобразование передаваемых сигналов.In operating mode, communication between subscribers is carried out through the ground-based
Передача сигналов между абонентскими терминалами 6 и базовыми станциями 3 осуществляется посредством волноводов 4, при этом базовая станция 3 подключена к волноводу 4 непосредственно, а абонентские терминалы 6 взаимодействуют с волноводом 4 посредством антенны, находящейся с ним в индуктивной связи. The transmission of signals between the
Антенна приемопередатчика абонентского терминала 6 при приеме воспринимает сигнал, распространяющийся вдоль волновода 4, а при передаче - наводит в нем ЭДС (электродвижущую силу) сигнала, под действием которой в волноводе возникает ток, поступающий на вход базовой станции 3.When receiving, the antenna of the transceiver of the
По существу, волновод 4 представляет собой антенну приемопередатчика базовой станции 3, к которой базовая станция подсоединена одним концом при использовании однопроводного волновода или двумя концами - для двухпроводного волновода. Essentially, the
Благодаря использованию СВ диапазона, достигается большой радиус действия электромагнитного поля, образуемого вокруг волновода 4, что обеспечивает надежную связь в любой точке сечения горной выработки. Абонентский терминал 6, находясь в любой точке туннеля 9 выработки, может принимать сигналы от базовой станции, передаваемые по волноводу, и сам осуществлять передачу (см. фиг. 2).Thanks to the use of the SW range, a large radius of action of the electromagnetic field formed around the
Абонентский терминал 6 в автоматическом режиме сканирует в СВ диапазоне каналы системы, осуществляя постоянный поиск наиболее близкой базовой станции 3, определяемой по силе сигнала. После определения наиболее сильного сигнала выполняется автоматическая настройка антенны абонентского терминала 6 на частоту этой станции и передача запроса на регистрацию в ней.The
Зарегистрированному на базовой станции 3 абонентскому терминалу 6, выделяется гарантированный частотный ресурс – канал (подканал) в СВ диапазоне, в котором осуществляется передача данных только этого абонента. При этом предлагаемая система обеспечивает возможность двусторонней связи. The
При переходе абонента из зоны действия одной базовой станции в зону действия другой базовой станции, антенна абонентского терминала 6 перенастраивается на частотный канал, выделяемый другой базовой станцией. При пересечении границы зоны действия базовой станции, производится автоматическое переключение абонентского терминала на обслуживание другой базовой станции.When a subscriber moves from the coverage area of one base station to the coverage area of another base station, the antenna of the
В аварийных режимах работы, при отказе высокоскоростной универсальной связи с наземным комплексом 1, часть частотного ресурса каждой базовой станции 3 задействуется на организацию связи с соседними базовыми станциями. Базовые станции 3 начинают работать в режиме ретрансляции, связываясь между собой через волноводы 5. При этом базовые станции 3 продолжают обслуживание абонентских терминалов 6, находящихся в зоне их действия, используя остальную часть частотного ресурса в СВ диапазоне. Телеметрические данные и записи голосовых сеансов связи сохраняются в энергонезависимой памяти базовых станций 3. In emergency modes of operation, in the event of a failure of high-speed universal communication with the
В результате обеспечивается возможность автономного функционирования системы целиком или ее частей в условиях отсутствия связи с наземным комплексом 1.As a result, it is possible to operate autonomously the entire system or its parts in the absence of communication with the
На фиг. 3 показан пример использования коммуникационной системы для оперативного отслеживания перемещения персонала и других подвижных объектов в горных выработках, для контроля технологических процессов и мониторинга окружающей среды.In FIG. Figure 3 shows an example of the use of a communication system for the operational tracking of the movement of personnel and other moving objects in mine workings, for the control of technological processes and environmental monitoring.
В этом случае система содержит стационарные автономные радиометки 10 позиционирования, например, УКВ-маяки, имеющие ограниченный радиус действия, которые размещаются в горных выработках в соответствии с требованиями к точности позиционирования и используются в качестве точек отсчета в локальных системах координат. In this case, the system contains stationary stand-alone positioning RFID tags 10, for example, VHF beacons having a limited radius of action, which are located in the mine workings in accordance with the requirements for positioning accuracy and are used as reference points in local coordinate systems.
Наряду с радиометками 10, в подземных выработках могут быть размещены различные датчики технологических процессов, датчики параметров окружающей среды, модули удаленного ввода-вывода, также оснащенные приемопередатчиками ограниченного (малого, ближнего) радиуса действия. Эти автономные источники и приемники информации обозначены на фиг. 3 как устройства 11.Along with RFID tags 10, various process sensors, environmental parameters sensors, remote I / O modules, also equipped with limited (small, short-range) transceivers, can be placed in underground workings. These autonomous sources and receivers of information are indicated in FIG. 3 as devices 11.
Для связи с радиометками 10 и возможности обмена информацией с устройствами 11, каждый абонентский терминал 6 дополнительно оснащен приемопередатчиком ближнего радиуса действия, работающим в УКВ – диапазоне. For communication with RFID tags 10 and the possibility of exchanging information with devices 11, each
Под использованным термином «приемопередатчик» понимается любая возможная комбинация из приемника и передатчика (не только размещенная в общем корпусе), включающая соответствующую антенну и другие функционально необходимые узлы.The term “transceiver” is used to mean any possible combination of a receiver and a transmitter (not only located in a common housing), including the corresponding antenna and other functionally necessary nodes.
Дополнительно абонентский терминал 6 может быть оснащен блоком инерциальной навигации, включающим акселерометры, магнитометры и гироскопы, и обеспечивающим расчет местоположения терминала 6 относительно меток 10. Additionally, the
Для контроля параметров рабочей зоны в абонентский терминал 6 могут быть встроены различные датчики, например, температуры, и различные газоанализаторы, контролирующие концентрацию горючих, опасных и вредных газов в зоне дыхания.To control the parameters of the working area in the
Результаты расчета местоположения и данные, полученные от встроенных в терминал датчиков и устройств 11, абонентские терминалы 6 передают на базовые станции 3 через волноводы 4, используя средневолновой диапазон. The results of the location calculation and the data received from the sensors and devices 11 built into the terminal, the
Далее информация поступает на наземный комплекс 1, который обрабатывает данные, непрерывно рассчитывает текущие риски деятельности для каждого работника и передает расчетные данные обратно на абонентские терминалы 6, информируя персонал о возникшей опасности.Further, the information arrives at the ground-based
Результаты расчета местоположения и данные, полученные от встроенных в терминал датчиков и устройств 11, сохраняются в энергонезависимой памяти абонентских терминалов 6 и, при необходимости, могут быть считаны непосредственно в наземный комплекс 1 на поверхности. The results of the location calculation and the data obtained from the sensors and devices 11 built into the terminal are stored in the non-volatile memory of the
Вышеприведенные примеры следует рассматривать как иллюстративные, которые не ограничивают возможностей использования системы в других случаях, являющихся очевидными для практикующих специалистов в данной области техники.The above examples should be considered illustrative, which do not limit the possibilities of using the system in other cases that are obvious to practitioners in the art.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139114A RU2672273C1 (en) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Communication system for underground structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139114A RU2672273C1 (en) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Communication system for underground structures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2672273C1 true RU2672273C1 (en) | 2018-11-13 |
Family
ID=64327803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017139114A RU2672273C1 (en) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Communication system for underground structures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2672273C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115209428A (en) * | 2022-09-16 | 2022-10-18 | 长沙迪迈数码科技股份有限公司 | Underground UWB positioning base station arrangement method, device, equipment and storage medium |
RU2797240C1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-06-01 | Дмитрий Витальевич Федосов | Method of navigation and distance measurement in extended objects |
WO2023214898A1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-11-09 | Дмитрий Витальевич ФЕДОСОВ | Method for navigating and measuring distances inside long formations |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1117244A1 (en) * | 1983-02-07 | 1984-10-07 | Ворошиловградский филиал Института "Гипроуглеавтоматизация" | Apparatus for monitoring the location of movable objects |
US4777652A (en) * | 1982-07-27 | 1988-10-11 | A.R.F. Products | Radio communication systems for underground mines |
US5268683A (en) * | 1988-09-02 | 1993-12-07 | Stolar, Inc. | Method of transmitting data from a drillhead |
RU2180941C2 (en) * | 2000-02-25 | 2002-03-27 | Баранов Андрей Михайлович | Automated system to test and control production process, environment and positions of miners in underground workings |
RU2228278C1 (en) * | 2003-07-31 | 2004-05-10 | Соломонов Юрий Семенович | System and method of control of movement of electric trains on monorail transport system with use of automated system |
WO2009118762A1 (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | Council Of Scientific & Industrial Research | A wireless information and safety system for mines |
RU93120U1 (en) * | 2010-01-11 | 2010-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "УралТехИс" | MOBILE OBJECTS MONITORING SYSTEM |
US7725232B2 (en) * | 2003-07-03 | 2010-05-25 | Sandvik Mining And Construction Oy | Arrangement for monitoring the location of a mining vehicle in a mine |
US9760853B2 (en) * | 2010-06-21 | 2017-09-12 | Mark D. Rose | Low-power wirelessly-linked RFID tracking system |
-
2017
- 2017-11-10 RU RU2017139114A patent/RU2672273C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4777652A (en) * | 1982-07-27 | 1988-10-11 | A.R.F. Products | Radio communication systems for underground mines |
SU1117244A1 (en) * | 1983-02-07 | 1984-10-07 | Ворошиловградский филиал Института "Гипроуглеавтоматизация" | Apparatus for monitoring the location of movable objects |
US5268683A (en) * | 1988-09-02 | 1993-12-07 | Stolar, Inc. | Method of transmitting data from a drillhead |
RU2180941C2 (en) * | 2000-02-25 | 2002-03-27 | Баранов Андрей Михайлович | Automated system to test and control production process, environment and positions of miners in underground workings |
US7725232B2 (en) * | 2003-07-03 | 2010-05-25 | Sandvik Mining And Construction Oy | Arrangement for monitoring the location of a mining vehicle in a mine |
RU2228278C1 (en) * | 2003-07-31 | 2004-05-10 | Соломонов Юрий Семенович | System and method of control of movement of electric trains on monorail transport system with use of automated system |
WO2009118762A1 (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | Council Of Scientific & Industrial Research | A wireless information and safety system for mines |
RU93120U1 (en) * | 2010-01-11 | 2010-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "УралТехИс" | MOBILE OBJECTS MONITORING SYSTEM |
US9760853B2 (en) * | 2010-06-21 | 2017-09-12 | Mark D. Rose | Low-power wirelessly-linked RFID tracking system |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2797240C1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-06-01 | Дмитрий Витальевич Федосов | Method of navigation and distance measurement in extended objects |
WO2023214898A1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-11-09 | Дмитрий Витальевич ФЕДОСОВ | Method for navigating and measuring distances inside long formations |
CN115209428A (en) * | 2022-09-16 | 2022-10-18 | 长沙迪迈数码科技股份有限公司 | Underground UWB positioning base station arrangement method, device, equipment and storage medium |
RU2815654C1 (en) * | 2023-07-04 | 2024-03-19 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Method for communication provision of tunnels and tunnel communication system |
RU224315U1 (en) * | 2023-12-25 | 2024-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Информационные горные технологии" (ООО "ИНГОРТЕХ") | ESPECIALLY EXPLOSION-SAFE STATIONARY AUTONOMOUS RADIO POSITIONING MARK |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1822976B (en) | Device and method for positioning and controlling railway vehicles with ultra-large bandwidth | |
US8115622B2 (en) | Underground radio communications and personnel tracking system | |
EP3270632A1 (en) | Search/rescue system | |
Novak et al. | Postaccident mine communications and tracking systems | |
US9356706B2 (en) | First responder and mine emergency communication | |
JPH11239085A (en) | Guided communication system and its method | |
RU2672273C1 (en) | Communication system for underground structures | |
WO2015119530A1 (en) | Location and warning system for mines | |
US20160036574A1 (en) | Systems and methods for communicating into a shielded environment | |
CN111970644A (en) | Bluetooth beacon base station, base station group and transceiving network for mine positioning system | |
US20080318519A1 (en) | Wireless network system and relay node | |
Heddebaut | Leaky waveguide for train-to-wayside communication-based train control | |
RU2554517C2 (en) | Complex for provision of radio communication using unpiloted aircraft (ua) | |
CN111416651A (en) | Frequency shift relay device for wireless shunting locomotive signal and monitoring system | |
CN103648081A (en) | In-tunnel object positioning system | |
JP4731246B2 (en) | Ground surface displacement monitoring method and ground surface displacement monitoring system | |
US20190349785A1 (en) | System and method for providing communications services on both sides of a corridor | |
KR102171744B1 (en) | The Mobile Unmanned Monitoring Robot Using CRA | |
CN110574300B (en) | Method for establishing mobile communication system in extended object and communication system | |
KR20200141821A (en) | The Unmanned Monitoring Method And System using Unmanned Monitoring Robot | |
KR101116974B1 (en) | System and method for sensing abnormal phenomenon based lbs | |
CN108471327A (en) | A kind of UAV Communication system | |
KR102689335B1 (en) | System and method for improving cut-off section in highways | |
KR102598037B1 (en) | Wireless backhaul system using tvws for indoor and underground tunnels where gps reception is not avaiable | |
CN211860101U (en) | Frequency shift relay device for wireless shunting locomotive signal and monitoring system |