前言
礦用無線通信及人員管理系統煤礦生產事關人民民眾的生命和財產安全，一貫受到企業和政府的高度重視。國家規定凡開工的礦井必須配備井下人員管理系統（定位和考勤）和通信設備。但傳統井下通信和定位手段和設備系統存在較多不足，存在著井下定位考勤精度較低、無線移動通信能力缺乏、各系統獨立建設造成部分重複建設和通信資源效率低下、技術體制落後標準化程度低和井下電氣設備防爆等級偏低，本質安全型設備的採用還不夠普遍等一系列問題和不足，在抗井下災害和應急救援方面發揮的作用有限。
這種情況已經不能適應現代數位化礦山建設的需要。面對當前礦山信息化建設的迫切需要和建設本質安全型煤礦的趨勢，經過焦作鐵路電纜有限責任公司與相關高科技企業合作開發了專門開發出了一套多功能的綜合通信平台“礦用無線通信及人員管理系統”，由“礦用人員管理系統”（符合AQ6210 標準）和“煤礦無線通信系統”兩個使用統一設備、在邏輯上獨立的子系統組成，集人員定位、手機通信、實時數據傳輸和視頻監控等功能為一體。系統已經通過國家認證，獲得了防爆證、煤安證和生產許可證等。
礦用無線通信及人員管理系統可用於各種井工礦山如煤礦、金屬和非金屬礦等，也可以用於隧道（洞）、捷運等巷道施工現場，還可以用於工廠、電廠等工業需要工業自動化改造的環境。
系統介紹
2.1 綜述
無線通信及人員管理系統是一套基於工業乙太網技術的、多功能的礦用綜合通信系統，該系統由礦用人員管理系統和礦用無線通信系統組成，集井下人員/設備精確定位考勤、無線手機通話、實時數據傳輸、視頻監控等多種功能為一體。整個系統通過綜合分站相連，大大減少了井下線路的布設，安裝和維護方便。該系統時一個可以同時做到全本安、精確定位、綜合通信的系統。
該系統可對礦井入井人員/設備進行實時跟蹤監測和精確定位，隨時清楚掌握每個人員/設備在井下的精確位置及活動軌跡。如果發生災變，還可以立即從監控計算機上查詢事故現場的人員具體位置分布情況、被困人員數量和他們的姓名、調用入井人員撤退線路預案等信息，為事故搶險提供科學依據。利用系統的日常考勤管理功能，對下井人員進行考勤管理，將極大地避免混亂的發生。
系統可方便實現井下與井下、井下與井上的移動手機通話，使井上、井下可方便地進行溝通。系統還可通過手機對井下所有人員發出告警通知，為發生事故時井下全體人員的快速撤離提供重要基礎。同時，系統可實現井下所有地方的視頻監控，方便企業管理。
2.2 基本功能
2.2.1 井下人員（機車）精確定位
採用ZigBee 技術，礦用無線通信及人員管理系統可對礦井入井人員/設備進行實時跟蹤監測和精確定位，隨時清楚掌握每個人員/設備在井下的精確位置及活動軌跡。利用系統的日常考勤管理功能，對下井人員進行考勤管理。
2.2.2 井下手機移動通信
採用WiFi 技術，系統可方便實現井下與井下、井下與井上的移動手機通話。
2.2.3 攜帶型瓦斯檢測儀數據實時傳輸
在不需要重複建設通信線路，而是與定位和通信共享無線信號覆蓋的情況下，系統可方便實現攜帶型瓦斯檢測儀（由下井人員隨身攜帶）實時檢測數據傳輸到井上調度室大螢幕。
2.2.4 圖像視頻監控
同一系統支持井下本安型網路攝像機的視頻監控。
2.3 擴展功能
2.3.1應急救援
如果發生井下災害，調度人員可以立即從監控計算機上查詢事故現場的人員具體位置分布情況、被困人員數量和他們的姓名、調用入井人員撤退線路預案等信息，為事故搶險提供科學依據。系統還可通過手機或廣播對井下所有人員發出告警訊息，為發生事故時井下全體人員的快速撤離提供通信支持。
按照《煤礦安全規程》的規定，井下發生事故時所有“非本質安全型電氣設備必須閉鎖”，而礦用無線通信及人員管理系統由於全部是本安設備，才能夠承擔起應急救援的通信任務。在應急救援時，通暢的通信是支持迅速、有序、準確、有效地開展救援工作的重要保證。礦用無線通信及人員管理系統井下設備在斷電情況下可連續工作2 個多小時。井下分站可以構成工業以太環網，環網結構可以提供極高的可靠性和網路生存能力，使網路在任何故障或災害發生時儘可能不中斷。
2.3.2工業乙太網/工業以太環網
礦用無線通信及人員管理系統既可以作為工業乙太網/以太環網骨幹使用，也可以作為現有工業乙太網骨幹的延伸使用。既可以獨立建網，也可以和其它廠家的產品連線，為業主提供標準的工業乙太網環境。支持TCP/IP 技術為基礎的礦山信息化建設。
2.3.3礦區地面無線通信
手機可以從井下漫遊到地面，通過構建地面的無線網路，實現地面辦公生活環境與礦區調度生產的一體化無線通信。
2.3.4工業自動化通信平台
支持發電廠等工業現場的自動化套用，可實現無線巡檢、自動抄表等工業自動化套用。
2.3.5井下廣播
支持井下IP 廣播技術，可以播放音樂和通知，緊急情況下警報廣播等。
2.4 系統特點
定位方面，礦用無線通信及人員管理系統採用ZigBee 技術，具有低功耗、智慧型化的特點。在通信方面，國家已經規定從市場上退出小靈通系統，以後井下無線通信將主要採用WIFI 技術的手機通信產品。無線通信及人員管理系統是國內最早開發的WiFi 手機通信系統之一。
礦用無線通信及人員管理系統的技術特點在於她既是一個寬頻綜合通信平台，又全部按照防爆等級中最嚴格的本質安全要求設計產品。主要有以下特點：
（1）全本安設計，安全性高礦用無線通信及人員管理系統及設備全部按照本質安全型設計，系統安全，可靠性高，可以在井下任何需要的位置安裝，在任何情況下工作，包括在其他設備必須閉鎖的情況下繼續工作。井下分站電源帶UPS 功能，可以在斷電情況下繼續工作2 小時以上，提供應急情況下寶貴的人員定位信息和持續通信能力。是目前唯一能夠把綜合功能的系統設備做成全本安的。
（2）寬頻綜合通信平台設計思想（支持多業務能力）寬頻、綜合通信平台符合數位化煤礦建設的行業和國家標準，提供了多種功能的集成，特別是井下套用，包括：井下精確人員定位考勤、無線手機電話、實時數據傳輸、視頻監控等。同時系統具有很好的拓展性，可拓展很多套用系統，如考勤管理系統、報警系統、決策支持和應急預案管理系統、應急通信系統、遠程監控系統等。極大地降低了用戶建設成本，降低了系統全壽命周期費用，提高了企業的管理效率。
（3）精確定位
礦用無線通信及人員管理系統提供較高的井下信號覆蓋率，實現對井下人員和車輛的全程實時定位，最高可提供±15 米精度的井下定位能力。還可以提供機車人員靠近告警等功能。
（4）簡便性井下設備體積小、重量輕，網路結構簡單，安裝維護方便。礦用無線通信及人員管理系統井下固定設備和材料僅有分站、電源、電源線和光纜。
井下本安分站重量輕，安裝方便。巷道內沿任何方向只引出一跟光纜，方便維護。井下光纜少，並且不需要井下交換機（已經集成到分站中），也不需要基站控制器和中繼器等設備，節約了大量建設成本的同時也減少了維護工作量，保證了系統的高可靠性。
（5）兼容性系統採用標準化且成熟的網路通信協定、軟硬體和有線/無線傳輸技術，對使用條
件要求較低，布設方便，便於調整和彈性配置，易於擴展。可與現有辦公網路系統共存和聯網運行，同時提供廣泛採用的標準化接口，使得各類信息設施可靈活方便地接入。可連線如地面固定電話、辦公自動化網路、工業現場匯流排、現有模擬圖像系統、人力資源資料庫系統等。使企業原有的各類系統都可以方便地接入統一的傳輸平台，充分利用現有資源，保護用戶投資。
（6）信號覆蓋強無線通信井下信號覆蓋水平在全行業處於領先水平。不用定向天線即可實現半徑300 米以上的無線信號覆蓋。
（7）互聯互通可實現跨網聯網，配置相應的伺服器和軟體後，管理人員即使在外地出差，也可以通過網際網路、國家公共電信網、3G行動網路等，訪問和查看礦內通信網路情況，包括可以從外部與井下手機通話。綜合起來，礦用無線通信及人員管理系統為方便企業管理和全面建設數位化煤礦提供了性價比較高的基礎平台。
2.5 基本原理
礦用無線通信及人員管理系統基於工業乙太網技術的設計，傳輸採用了IEEE802 系列標準技術，包括IEEE802.3、IEEE802.11 和IEEE802.15.4 等。
系統布設時，在井下需要進行人員跟蹤的區域和巷道中，根據現場勘測結果和具體情況需要，安裝一定數量的礦用本安型讀卡分站，井下信號可設計為覆蓋全部巷道。規定每個下井人員必須佩帶一個礦用本安型標識卡，當人員下井以後，只要其在井下網路信號覆蓋範圍內，在任何時刻任意一點，分站都可以感應到信號，並上傳到信息工作站，經過軟體處理，得出各具體信息（如：是誰，在哪個位置，具體時間等），同時可把它動態顯示（實時）在監控中心的大螢幕或電腦上，並作好備份。井上人員可隨時了解井下人員的狀態。一旦井下發生突發情況，井下人員可通過所攜帶的標識卡發出警報。井下人員只要按標識卡上的報警按鈕即可發出報警。在井上監控室的動態顯示界面會立即彈出紅色報警信號並顯示報警位置。
管理者可隨時觀看大螢幕或電腦上的井下人員及設備活動情況，並可查看任意區域、任何班組/個人的信息狀況，並可進行全部或分組報表列印，歷史數據查詢，人員蹤跡快放查看等，為管理帶來極大的方便。
語音通話：在上述網路基礎之上，不需要另外布設線路，只需增加手機終端設備，就可以實現井下無線手機通話。無線手機的電話號碼是預先分配好並在手機中設定好的。手機開機後會自動搜尋基站信號，如果信號搜尋成功，分站會為手機分配網路地址，這個地址在網路中是唯一的。擁有了網路地址的手機會自動註冊到位於地面調度室的SIP 軟交換伺服器上，伺服器會生成一張列表，把所有線上的手機號碼與他們上報的當前網路地址對應排列，人員撥號時撥的是手機號碼，而軟交換機通過其保存的線上手機列表找到它們當時的網路地址，把信令信息轉發給相應的網路地址，從而實現了撥號。完成撥號後，語音信息直接從一個手機（的網路地址）被傳送到目的手機（的網路地址），從而實現了語音通信。
通過中繼網關，井下移動通信網可以連線企業內部的辦公電話網或外部公網，從而實現有線固定電話和井下無線手機的對通。
如果不設定防火牆，企業內部辦公網則可以和井下無線網直接相通。視頻監控：增加攝像機即可實現井下視頻監控。系統中所有設備及功能共用一個網路，為用戶節約了大量資金的同時，也大大減少了繁雜線路的布設，減少了維護工作的同時也大大降低了企業的安全隱患。
總體設計
3.1 系統設計的依據
3.1.1 人員定位子系統設計依據
GB191—2000包裝儲運圖示標誌
GB3836.1—2000 爆炸性氣體環境用電氣設備第1 部分通用要求
GB3836.4—2000 爆炸性氣體環境用電氣設備第4 部分本質安全型“i”
MT209—1990煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求
GB/T10111-1988 利用隨機數骰子進行隨機抽樣方法
GB/T1004－2006 煤礦安全生產監控系統通用技術要求
GB/T1008－2006 煤礦安全生產監控系統軟體通用技術要求
GB/T2887—2000 電子計算機場地通用規範
MT/T286－1992 煤礦通信、自動化產品型號編制方法和管理辦法
MT/T772—1998 煤礦監控系統主要性能測試方法
MT/T899—2000 煤礦用信息傳輸裝置
AQ 6210－2007 煤礦井下人員作業管理系統通用技術條件
AQ1043—2007 礦用安全標誌標識
3.1.2無線通信子系統設計依據
GB/T191-2008 包裝儲運圖表標誌
GB3836.1-2000 爆炸性氣體環境用電氣設備第1 部分：通用要求
GB3836.4-2000 爆炸性氣體環境用電氣設備第4 部分：本質安全型“i ”
GB9813-2000 微型數字計算機通用規範
MT209-90 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求
MT210-90 煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品基本試驗方法
MT/T286-1992 煤礦通信、自動化產品型號編制方法和管理辦法
GB9969.1 工業產品使用說明書總則
Q1043—2007 礦用安全標誌標識
3.2 系統設計原則
礦用無線通信及人員管理系統在研發過程中綜合考慮了以下基本原則：
（1）滿足用戶的功能需求
同時綜合滿足用戶對井下人員/設備定位、考勤、通話、視頻監控的需求。定位具有信號覆蓋區內全程、連續、實時、精確的定位跟蹤，安全性高。
（2）在達到超過國家規定的安全指標的基礎上，全面提升系統的性能。
（3）控制系統成本，節省用戶開支。一套綜合系統實現多項功能，省略了重複布線帶來的人工和材料成本，提高了可靠性和可維護性，降低了維護成本，降低了系統總維護運行費用。
（4）系統要容易施工，容易維護僅需一條光纜連線全部設備，井下分站重量輕，安裝方便，安裝維護速度快。
（5）人性化界面，提供友好的界面，操作容易，功能全面。
（6）模組化設計，方便系統升級及網路擴容。礦用無線通信及人員管理系統是現代工業設計方法下設計的，各分系統間界面清晰，無論是硬體還是軟體，各個分層間結構清楚，完全標準化，便於升級和擴容。
（7）兼容性，接口方式靈活，能滿足礦山信息化建設要求採用標準TCP/IP 接口，完全滿足信息化要求，可與各種套用軟體接口，傳遞數據。
