露天矿救援通信系统

露天矿与井工矿相比，具有自身的一些特点。

       (1) 在生产环境上，设备主要在露天开釆条件下使用，面临灰尘大、温差大、高温、严寒和雨雪等恶劣自然环境的影响，见图6.47。

图6.47某露天煤矿矿区照片

       (2) 在生产方式上，露天矿人员及设备分布零散且具有低速移动性，生产过程封闭性差，易受到自身不同部门和外来人员的干扰。

       (3) 在安全环境上，露天矿边坡和排土场的稳定性直接关系到露天矿的安全生产与经济效益。

       在我国，露天矿区大多坐落在人烟稀少、自然条件恶劣的偏远地区，信息化程度不高且从业人员信息化程度较低，技术力量比较薄弱。而露天矿既具有一般煤矿的特点，又具有自身的一些特点，所以露天矿的救援通信设计建设一般涵盖在通信系统中。

(1) 有线光纤：通信稳定、保证网络高带宽；铺线成本高、施工周期长、维护成本较高。适用于光纤骨干网。

(2) GPRS/CDMA无线网络：低速、带宽较低；无法进行全方位的宽带视频监控，租用网络，在无信号覆盖区域没法实施。适用于工况数据釆集、车辆定位信息。

(3) 3G网络：覆盖远，容量大，移动性好，抗干扰能力强，支持多媒体通信；带宽仍显不足，384Kbit/s~2Mbit/s,维护成本高。

(4) 数传电台：低速、带宽较低；无法进行全方位的宽带视频监控，点对点通信，不能组成网络。

(5) WLAN：工作频率为2.4GHz开放频带，无须向无管会申请和注册，传输速率高，组网成本低；通信距离短(半径100m左右)，数据通信为主。适用于视频信号接入。

(6) 对讲机：工作在超短波频段(VHF30〜300MHz、UHF300〜3000MHz),不受网络限制，提供一对一、一对多的通话方式，通话成本低；仅提供语音半双工通信。适用于生产调度电话。

       综合上述，传统通信网络可以部分解决露天矿的通信问题，但无法避免如功能单一、成本高、带宽窄、施工难度大等缺陷。

       无线网状网络(Wireless Mesh Networks,WMN)是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构，具有速率高(最高数据传输速率54Mbit/s)、传输距离远(基站最远覆盖半径20km)、移动性强等特性(支持280km/h高速移动设备在多个Mesh基站之间无间断漫游和快速切换)，同时它可以不断地动态扩展，自组网、自管理、自动修复、自我平衡。无线Mesh网络兼容WLANIEEE802.1la/b/g标准特性，可以弥补WLAN覆盖范围不足的缺点，扩展其通信距离。因此WMN技术能较好地满足露天矿通信系统要求。

1) 露天矿“最后一公里”无线通信网络组网架构

露天矿“最后一公里”无线通信网络拓扑如图6.48所示。

       (1) 矿区移动无线宽带网络的核心网络：在中心机房架设Mesh根节点以及在矿坑边缘架设多个Mesh无线中继节点。中心机房采用最高容量的OWS2400.30设备作为根节点，设备提供m个5.8GHzIla模块和n个2.4GHzllg模块；其他通信杆上釆用OWS2400-20设备作为中继节点，设备提供c个5.8GHz1la模块和d个2.4GHz1lg模块。 

图6.48   露天矿“最后一公里”无线通信网络拓扑图

       (2) 矿区无线Mesh网络的覆盖技术：Mesh中继节点提供2.4GHz/5.8GHz的无线覆盖以及5.8GHz的无线设备互连。5.8GHz802.1la用于Mesh节点之间的互连；2.4GHz802.llg用于车载节点的覆盖。

       (3) 矿区无线Mesh网络覆盖范围：Mesh中继节点的间距平均为4km,分布覆盖周边2kmx2km区域，即每台基站覆盖2kmx2km区域。随着矿坑加深，可利用移动小车或架设固定杆，以增加Mesh中继节点扩大覆盖范围。

       (4) 车载无线Mesh网络子系统：车载节点釆用MWS100设备，该设备在280公里时速高速移动的情况下能够在固定Mesh基站之间快速切换，漫游切换不会造成业务中断。

       (5) 矿区无线Mesh网络的跨区切换：移动MWS设备在多个基站之间可快速漫游切换。

2) 固定Mesh基站配置

移动无线宽带网络中主要使用两种Mesh基站，配置如图6.49所示。

(1) 1个中心机房——根节点釆用OWS2400.30基站。

(2) 4个固定式通信杆——中继无线节点釆用OWS2400.20基站。

(3) 20个边缘可移动式通信杆——中继无线节点釆用OWS2400.20基站。

3) 露天矿“最后一公里”无线通信网络功能

       (1) 提供低时延无线话音业务：利用无线Mesh网络系统提供的釆掘区域范围的无线信号覆盖，无线移动语音终端可以在网络内部自由地进行语音拨打和接听，快速地提供实时的语音服务。

       (2) 提供高速无线数据业务：无线Mesh网络可提供高达54Mbit/s的传输带宽，利用安装在车辆上的Mesh车载节点及摄像头、数据釆集设备提供高清晰度的釆区实时视频及数据信息，为生产调度提供直观的数据。

       (3) 提供高速无线覆盖：利用无线Mesh网络系统提供的釆掘区域范围的无线信号覆盖，可实现无线上网、生产数据上传、现场应急调度、车辆定位、无线数据处理等业务,有效地补充有线网络的覆盖范围。 

图6.49   固定Mesh基站配置示意图

4) 基于无线Mesh网络的露天矿“最后一公里”无线通信网络特点

       (1) 支持多种业务接入。无线Mesh网络作为多业务承载平台，不但支持低速数据的接入，还可以满足宽带、高速视频数据的接入需求；同时还可构建基于IP的多业务接入平台。

       (2) WMN无线覆盖频率2.4GHz,回程频率5.8GHz,ISM工作频率也无须申请，自建网络，维护成本低。

       (3) 自组织、自调节、自愈合通信网络。传输网络中任何一个节点(CPE)出现问题，都不会造成对网络传输的阻塞和影响，见图6.50o

图6.50   露天矿“最后一公里"WMN自组网拓扑图

     （4）安装简便，组网快速，维护简单。不需要线缆工程，增加新的节点只需立杆加电即可，是完全无线化的、高覆盖率的网络系统。工程实施周期短、成本低。

       在露天矿区内某处出现故障或者重大事故情况下，保证救援通信系统的畅通无阻，使救护队迅速赶往事故现场，并及时处理灾情，为企业的安全生产提供有力的通信保障。救护队赶往事发现场即可通过车载的无线基站、移动摄像头和WiFi手机接入露天矿“最后一公里”无线通信网络，获取事发现场的视频和数据信息。

       露天矿救援通信系统充分体现了无线Mesh网络支持高速移动和快速切换的特性。在移动车辆上安装视频监视点和移动车载设备，两者用以太网线相连。当车辆在无线Mesh基站覆盖的沿线上高速移动时，车载的无线基站可以迅速进行切换，保证视频信息上传不间断SI。露天矿救援通信系统组成见图6.51。

图6.51    露天矿救援通信系统组成

 

1） 车载移动监控终端

       巡逻救援车的顶端安装车载云台。

       车载云台的视频信号及RS-485控制信号接入网络型车载DVR。

       网络型车载DVR将车载云台的模拟视频信号和控制信号数字化压缩，形成IP数据包，通过无线Mesh网络传至监控中心。

       为保证车载设备的稳定性，需有车载稳压电源提供。

2） 监控中心

       在监控中心采用主动连接设备代理服务器软件汇聚前端数字化的视频流，并转发给浏览客户端（进行图像的实时浏览和录像回放）和网络存储服务器（进行录像文件的集中存储）。

       车载网络信号的上传釆用主动发送方式。

3）平台软件

       主动连接设备代理服务器软件管理多用户接入不同设备，支持设备通过主动注册的方式连入代理服务器，管理多个设备并允许多个用户接入同一设备，可以把多个物理设备虚拟成一个设备。