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一、WiFi技術(shù)下的煤礦井下應急救援無線通信系統(tǒng)設計

所謂WiFi，其實就是一種現(xiàn)代化短距離無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)，可以在一定范圍內(nèi)接入互聯(lián)網(wǎng)的無線電信號，也屬于一種無線相容認證。WiFi其實是由WECA（無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟）宣傳的業(yè)界術(shù)語。在迅猛發(fā)展的無線通信技術(shù)中，尤其是相繼出現(xiàn)的IEEE802,11g，IEEE802.11A等標準，WiFi逐漸成為IEEE802.11標準系統(tǒng)稱謂。其應急救援無線通信系統(tǒng)的主要組成部分，也就是其無線通信信道，通過計算機上的WIFI鏈路中心節(jié)點FFD1，就可以把救援人員的控制命令進行發(fā)送，直接發(fā)送到小車上的RFD采集終端。借助于WIFI技術(shù)的自組網(wǎng)功能，其新投放的節(jié)點會在其2個節(jié)點通信距離大于通信范圍之后，直接在WIFI網(wǎng)絡中加入，并成為其中間路由節(jié)點，通常對其通信鏈路產(chǎn)生延伸作用，對其正常運行提供有效保證。之后會繼續(xù)將一些其他節(jié)點進行投放，在對其鏈路進行建立過程中，其救援前端的各種參數(shù)也會通過采集終端進行傳送，救援中心就可以依照這些參數(shù)，對其具體的救援工作進行合理的安排。

(一)煤礦急救通信結(jié)構(gòu)在煤礦井下發(fā)生災害的時候，就需要立即將井下電力供應全部切斷，其災害現(xiàn)場環(huán)境具有一定的復雜性，所以，就結(jié)構(gòu)而言，救援通信系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括井下指揮中心、無線救援通信系統(tǒng)以及地面指揮中心3部分。具體救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，個人終端、井下指揮中心與中繼臺共同組成煤礦井下無線救援通信系統(tǒng)。就無線網(wǎng)絡通信技術(shù)而言，煤礦急救通信結(jié)構(gòu)屬于無線與有線通信共同結(jié)合的緊急救援系統(tǒng)。因為煤礦井下有著非常特殊的巷道結(jié)構(gòu)，在具有局限性空間中進行無線信號的傳輸，所傳輸?shù)木嚯x接近地面。所以在進行個人終端設計時，通過功放模塊的增加來加大無線網(wǎng)絡傳輸距離。此外，在井下指揮中心與個人終端間，依照現(xiàn)場需要，添置中繼臺。

(二)井下個人終端設計在煤礦井下，語音模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、圖像采集模塊、液晶顯示模塊、WiFi模塊、鍵盤輸入模塊、MCU處理模塊以及無線功放模塊等共同組成個人終端硬件。而且在國際國內(nèi)市場中圖像采集模塊、語音模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤輸入模塊等都部件都比較成熟，無需獨立性研究與開發(fā)；我院已研發(fā)出環(huán)境參數(shù)采集模塊，而且在設計時，不必對MCU進行單獨性使用。WIFi模塊以串口方式對煤礦井下環(huán)境采集參數(shù)信息進行讀取，采用G-SPI，即SPI方式與凸顯采集、語音模塊進行通信。采用GPIO中的IO接口與液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊進行連接，采用RX、TX管腳與無線功放模塊進行連接。具體設計圖如圖2所示。

(三)中繼臺設計在井下指揮中心與個人終端之間進行中繼通道的構(gòu)建是中繼臺的主要作用，使其通信距離得以延長，中繼臺通過雙WIFI芯片，定向天線與雙功放方案，通過定向天線能夠使其通信距離得以延長。具體中繼臺設計圖如圖3所示。

(四)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設計煤礦井下所采用的傳感器，例如CH4、O2、溫度以及CO等，其目前所采用的全部都是頻率信號輸出，通常是在200～1000Hz，其系統(tǒng)均需要先把各種傳感器全部都接入到監(jiān)控分站，隨后通過監(jiān)控分站向地面中心站進行傳送，其不但會對設備成本進行增加，同時在其數(shù)據(jù)傳輸過程中，如果距離超過2KM，就會受到電磁干擾，增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。所以說在其傳感器之中加上WIFI模塊，將之中的數(shù)據(jù)在WIFI網(wǎng)絡中進行接入，這樣其數(shù)據(jù)就可以采用WIFI的形式進行發(fā)送，同時也能夠通過光纖環(huán)網(wǎng)進行發(fā)送。

(五)移動數(shù)字視頻設計目前在煤礦井下其監(jiān)控系統(tǒng)即為在特定位置所安裝的攝像儀，那么針對這一情況，如果是采用WIFI方式則可以對其有效性進行切實提高。比如說膠帶巡檢攝像儀的應用，就必須要借助于移動視頻視頻進行實現(xiàn)。其視頻圖像傳輸無線化對傳統(tǒng)同軸電纜、光纖圖像監(jiān)視受限制等等進行了突破，其靈活性以及便利性更高。其中WIFI寬帶最高能夠達到300Mbit/s，其在高碼流、高寬帶以及高畫質(zhì)的音視頻中非常適用，同時還具有超強的抗干擾和抗衰落能力，其可以對視頻傳輸鏈路進行有效滿足。

二、結(jié)語

在WIFI技術(shù)的煤礦井下應急救援無線通信系統(tǒng)中，采用此設計方案，能夠保證通信距離在5KM。而且此系統(tǒng)在目前依舊處于安標送審狀態(tài)。基于WIFI技術(shù)可用于各類型的煤礦井下災害救援工作。研究與開發(fā)煤礦安全監(jiān)控始終受到國家鼓勵與支持，我國煤礦安全生產(chǎn)標準與規(guī)程中明確提出煤礦一定要有充足安全裝備。所以，基于WIFI技術(shù)必會得到政府的鼓勵與支持。

作者：姜文峰單位：天地（常州）自動化股份有限公司