试论WiFi技术在煤矿井下通讯系统设计中的有效运用

黄璐

（百色百矿集团有限公司 广西百色 533000）

试论WiFi技术在煤矿井下通讯系统设计中的有效运用

黄璐

（百色百矿集团有限公司 广西百色 533000）

众所周知，煤矿矿井作业具有很大的危险性，因此为了满足我国煤矿生产开采的技术安全性要求，在煤矿矿井之下进行工作，需要具有良好的通信设备。由于矿井下作业通讯环境条件差，因此基于WiFi技术进行煤矿井下通讯系统设计成为很多矿井工作管理人员安全管理的重要内容。本文正是在此背景下，重点针对现阶段我国煤矿矿井安全生产的实际需求，设计了一种基于WiFi技术下的煤矿井下无线通讯系统。

WiFi技术；煤矿井下通讯；系统设计；应用

前言

当前随着信息技术的不断应用与通信技术的日益成熟，光纤环网技术已经广泛应用于我国的煤矿井下作业过程中。由于煤矿井下作业具有一定的复杂性和开采深度会不断发生变化。因此，在矿井下个别区域进行布线十分困难。对此，可在煤矿矿井相关区域内设置无线WiFi通讯AP（Access Point），利用Access Point进行无线终端数据采集，然后再将数据通信通过光环网传输至地面中心站进行数据采集以及存储、处理分析，这样就可有效避免有线传输在矿井采掘段受到电磁干扰的影响，同时也可防止光纤在掘进头及采煤工作面热熔炉中引发安全风险。

1 煤矿井下通讯系统设计中WiFi技术的应用思路

该系统井下作业部分主要包括无线通信及人员定位追踪、视频采集和语音通话管理、环境参数监测、分站设备管理等。在地面部分，主要包括主机以及交换机和服务器、用于数据通信的网关等。从而使其在数据传输通信过程中以WiFi通讯AP为节点，从而科学实现矿井下定位及无线数字视频呈现、传感器监测及VOIP语音传输等。运行实践结果表明，基于WiFi技术的煤矿井下通讯系统不仅运行结构较为简单，而且系统在运行时的抗干扰能力较强，大大提升了煤矿矿井下作业人员的安全性。

目前，我国WiFi技术采用的通信协议技术标准是基于IEEE802．11n的技术标准，频段为5.8GHz，数据通信时的最高传输速率可达300Mbit/s，而且数据发射时的设备运行功率在6W以下。正是以上这些数据传输优势，使WiFi技术充分适应了我国现阶段煤矿矿井安全生产通讯的技术要求。因此，基于WiFi技术的巨大功能作用，本文接下来将重点针对煤矿井下通讯系统进行总体结构设计。

2 基于WiFi技术下的煤矿井下通讯系统总体架构与运行功能

该通信技术系统主要由地面与井下两大主要部分组成。具体的结构示意图如图1所示，不同的设备单元具有各自的使用功能。

（1）救生引导以及紧急广播可指导煤矿矿井的紧急事故处理。当煤矿采矿作业出现严重的突发事故时，此时就可通过广播直接播放系统中预设的系统语音文件，从而快速有效引导相关人员对煤矿中的突发事件进行科学处理。在此过程中，可与报警系统进行对接，从而充分发挥系统的报警联动广播功能。

（2）是视频+语音的多媒体通信单元。在此单元模块中，系统可科学实现语音以及视频图像的调度管理。在设备显示界面中有多种不同的监测运行模式可供选择，而且矿井现场中的监控画面可以进行随意选择、切换，并对不同矿井中的相关作业生产情况进行远程智能化管理监控。在此设备中，由于安装了现场云台和摄像头，因此系统可支持现场环境监测以及事故预警[1]。

（3）是系统中的井下定位单元模块。在此系统中，通过矿井下的WiFi移动基站及WiFi终端和矿井上部中心定位管理平台系统，可构成一套完整的井下作业定位系统，从而对下井作业人员的考勤及安全定位和紧急通讯等进行管理。与此同时，在此设备中还有通话录音功能以及双机设备和应急通信会议功能、紧急呼叫等重要通讯功能。通过这些功能，矿井管理人员可对作业过程中的相关情况进行分析，通过语音传输，可将信息在不同人员之间进行协调调度，从而实现紧急事故下的人员安全疏散。

在安全管理过程中，系统设备调度人员可通过拨叫触发号码快速发起语音通信会议，从而远程指挥矿井现场作业人员及时展开应急处置。在这一通信模块中，现场指挥人员可通过紧急呼叫在现场作出管理决策，而且固话以及手机都可作为会议信息传输的终端，大大提升了系统运行的安全性与兼容性。

图1 煤矿井下WiFi通讯系统总体框架图

3 WiFi技术在煤矿井下人员定位与语音通信系统中的应用

在常见的人员定位与语音通信系统中，一般都会利用频率为2.4GHz的无线RF芯片进行语音通信与矿井人员定位。由于这一类型的芯片在数据传输过程中传输频带很小，因此本文在研究实践过程中发现，基于WiFi技术的上述优点，可构建一个自带语音功能的WiFi收发信息框图，从而支持矿井中的语音通信以及人员定位，如图2所示[2]。

图2 矿井语音通信示意图

因此，结合上述框图运行流程，再根据信号的强度和信息传输距离之间的计算公式，可在具体的人员定位过程中，采用接收信号强度原理实现人员定位。在实际分析计算过程中，一般可采用公式模型Pr（d）=K－10εlg（d）分析计算信号传输强度与信息传输距离之间的相对关系。在定位过程中，可通过系统标识卡中的相关通信信息，采用多个AP接收系统标识卡中发出的具体信号。对于系统信息接收端，系统硬件会自动计算分析标识卡中的接收信号强度值。

为了确保信号传输稳定和提高语音通话质量，可对系统中接收到的语音数据进行采样分析和编码及解码等。其中，使用最多的一项技术是压缩编码算法，这种技术是基于MBE技术的高质量、低比特率的一种压缩算法。因此，语音通话数据传输过程中的误码率低、语音音质好。由于在系统语音通话单元模块设计时，在系统芯片内部结构具有相互独立的解码单元和语音编码单元，因此在煤矿矿井通讯过程中，系统可自动完成解码任务及编码任务，且全部解码任务和编码任务均在系统芯片内部完成，因此不需要额外的数据存储设备。当系统中的AMBE-1000在2400bit/s的数据采样速率下进行语音数据传输时，无线发送宽带只需保持在15kbit/s以上的采样速率条件下，就可确保该系统能够实现全双工语音数据传输通信，因此语音传输的失真率较低。

4 WiFi技术在煤矿井下通讯监测系统设计中的应用

当前我国大多数煤矿井下的O2、CH4以及CO等都通过频率信号进行输出。通常情况下，系统输出频率在200～1000Hz之间，因大部分系统在总体结构设计过程中只是在监控分站中接入各种不同的传感装置，然后再通过监控分站将监测到的相关信息传输至地面中心站。显然这种结构设计方式大大增加了设备的运行成本，而且会导致设备在信息传输过程中产生严重的电磁干扰现象，从而为井下通讯系统的结构设计带来了诸多不便。基于上述情况，本文在结构设计时，通过将WiFi模块增设到数据传感器中，因此确保数据传感装置中的相关数据能够以WiFi形式发送至矿井附近的AP热点，再通过光纤环网将其发送至信息监控中心。

5 结束语

综上所述，WiFi技术是一种非常实用的数据传输技术，其可应用于不同的场合，特别是在我国当前的煤矿井下通信系统结构设计时，WiFi无线宽带通信平台能够集信息数据传输及语音通话和人员安全定位、矿井下作业自动化数据监测、预警等多种不同技术功能为一体。本文正是在此背景下，重点针对我国矿井作业实际情况，以WiFi技术核心，集成了当前井下主流的无线通信技术设备，进行总体通信结构设计。从应用实践情况来看，大大提升了系统运行的安全性与数据传输的稳定性，而且减少了传统方案设计中的布线成本，从而为我国大型矿井井下作业生产提供了安全技术保障。

[1]姜文峰.WIFI技术下的煤矿井下应急救援无线通信系统设计分析[J].电子世界，2014，08：145～146.

[2]吴青萍，傅郁松.基于WiFi无线接入技术的煤矿通讯系统[J].常州信息职业技术学院学报，2010，06：21～23.

TD65

A

1004-7344（2016）25-0278-02

2016-8-23

黄璐（1984-），男，助理工程师，本科，主要从事煤矿信息技术员工作。