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一种基于特低频传输的矿用透地通信系统

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  本发明公开了一种基于特低频传输的矿用透地通信系统,透地通信系统包括井下电台作业中心、地面机动通信站和救援指挥中心三部分,井下预置有多种传感器;井下电台作业中心包括腕带式移动终端和井下电台;地面机动通信站包括平板电脑终端和本地电台;救援指挥中心用于与地面机动通信站进行实时数据通信,负责数据分析存储,并可与地面机动通信站人员实时交互指挥工作。总之,本发明构建了集井下人员、地面机动通信站和救援指挥中心三位一体的数据、语音及短消息通信系统,大大提高了矿井生产救援通信系统的可靠性,系统可实现200米深的语音透地传输以及300米深的数据和短消息透地传输。

  矿业的安全生产对经济发展和能源储备有着至关重要的作用,保持矿井通信联络通畅是矿业安全生产和灾后快速有效救援的重要保障,目前应用于矿业生产救援中的通信系统主要分为有线和无线两大类,有线通信系统在矿井日常的生产中发挥着极其重要的作用,但在有事故发生时,有线线路设备容易损坏处于瘫痪状态;而透地通信系统因其可靠性高、事故中生存能力强的特点在矿业安全生产及井下事故救援中发挥越来越重要的作用。

  主流的透地通信技术主要包括三个方向,分别是基于机械振动波的弹性波透地通信技术、基于地电极电流注入的电场透地通信技术和基于天线近场感应的磁场透地通信技术。其中基于天线近场感应的磁场透地通信技术是目前国外学者的主要研究方向,并且已经取得了一定的研究成果。无论是哪种通信方式,其工作频率都处于甚低频、超低频或者更低的频段,且都离不开波在大地介质中的传播。这是因为大地地层对电磁波,尤其是高频的电磁波传输的吸收和衰减异常严重,导致目前主用的无线通信系统不能应用于矿井生产救援通信。

  因此,针对上述问题,需要设计一套可靠的适用于井下自然资源开采领域的透地通信系统,有助于保证生产工作的安全进行,并可在矿井事故发生时快速获知井下情况以便及时开展救援工作,从而最大程度减少人员伤亡。

  本发明解决的技术问题是:为解决上述技术问题,本发明提供了一种基于特低频传输的矿用透地通信系统。

  本发明的技术方案是:一种基于特低频传输的矿用透地通信系统,所述透地通信系统包括井下电台作业中心、地面机动通信站和救援指挥中心三部分,井下预置有多种传感器;所述井下电台作业中心包括腕带式移动终端和井下电台,所述腕带式移动终端和井下电台之间通过WiFi进行双向通信,所述井下电台内包括输入输出模块、解码编码模块、DPSK/FM调制解调模块、放大器模块和WiFi网络模块,所述输入输出模块、解码编码模块、DPSK/FM调制解调模块和放大器模块依次连接,所述输入输出模块用于与所述腕带式移动终端之间数据进行输入输出,所述解码编码模块用于将文字、数字、语音和其他对象编成可利于传输的形式并识别解读,所述DPSK/FM调制解调模块用于将数字基带信号转换成适用于特低频信道传输的数字调制信号和将接收到的数字频带信号还原成数字基带信号,所述放大器模块用于将数据信号放大以提高传输的质量和稳定性,所述WiFi网络模块用于为井下的设备构建网络联系;所述地面机动通信站包括平板电脑终端和本地电台,所述本地电台内包括输入输出显示模块、数据收发模块和ARQ自动重发模块,所述输入输出显示模块和ARQ自动重发模块与所述数据收发模块连接,所述输入输出显示模块用于与所述平板电脑终端之间数据进行输入输出,所述数据收发模块用于接收或发送数据以实现数据的对接中转,所述ARQ自动重发模块用于保证数据发送中断的检测和自动重发,所述平板电脑终端与本地电台之间通过WiFi进行数据通信,所述本地电台与所述井下电台通过特低频进行数据通信;所述救援指挥中心用于与地面机动通信站进行实时数据通信,负责数据分析存储,并可与地面机动通信站人员实时交互指挥工作。

  进一步的,所述传感器主要包括粉尘传感器和瓦斯传感器,但不仅限于这两种,所述井下电台与传感器也基于WiFi进行数据通信传输,其中传感器与井下电台之间设有WiFi中继放大器,设有WiFi中继放大器可以有效的将WiFi进行放大并使传输距离更远,有效的提高了WiFi覆盖的范围性,也进一步的提高了救援指挥的可靠性。

  进一步的,所述腕带式移动终端主要包括装置盘、保护盖、柔性腕带和处理模块;所述装置盘的前侧面设有氙气灯,装置盘的下底面呈圆弧型,中心设有心率检测灯,所述装置盘的上表面上从左到右依次设有扬声口和显示屏,所述显示屏的右端设有定位键、灯条开关键、多功能键和麦克风口,所述定位键和灯条开关键位于装置盘上表面的右下端,所述多功能键和麦克风口依次位于定位键和灯条开关键的上侧,装置盘的左右两侧面各设有一个滑轨;所述保护盖底面设有海绵保护层,所述海绵保护层的上端设有抗冲保护层,所述抗冲保护层内部为密集均匀的蜂窝网状结构,保护盖顶面的中心设有合页轴;所述柔性腕带内设有内夹层,所述内夹层设有多个相同空室,所述每个空室内均填充有柔性小球,柔性腕带的连接处设有磁吸扣a和磁吸扣b,所述磁吸扣a和磁吸扣b的连接处中间位置设有凸凹槽;所述处理模块包括接收发送模块、处理分析模块、显示模块、音频输入输出模块和输入模块,所述接收发送模块、显示模块、音频输入输出模块和输入模块与所述处理分析模块连接,所述显示模块与显示屏连接,所述音频输入输出模块与所述扬声口和麦克风口连接,所述输入模块与所述定位键、灯条开关键和多功能键连接,所述接收发送模块用于与井下电台进行数据的传输和接收,所述显示模块用于将文字信息转换显示在显示屏上,所述音频输入输出模块用于将音频信息转换输出在扬声口和分析识别麦克风口输入的音频信息,所述输入模块用于将控制按钮指令进行识别转换,采用这种腕带设备可以有效的提高使用环境的要求,使得与救援中心的通讯更加可靠,并且操作简单,通过空室和柔性小球的配合作用能起到对手腕的保护作用,且佩戴更加舒适,并能准确了解下井人员生命迹象。

  更进一步的,所述腕带式移动终端的使用方法是:通过磁吸扣a和磁吸扣b将腕带式移动终端佩戴在手腕上,当接收到救援指挥信息时,氙气灯会闪烁两下提醒,使用人员可通过长按或多次按压的方式进行操作,长按可进行语音通讯,多次按压可将预设的信息进行一键发送,在紧急时,还可使用氙气灯进行照明,按压定位键还可自动定位当前位置并发送救援中心,心率检测灯可以检测佩戴者的心率,为救援带来指导性的决策。

  进一步的,所述DPSK/FM调制解调模块包括调制模块和解调模块两大部分,所述调制模块包括依次连接的特低频编码调制模块、差分编码模块、DPSK副载波调制模块和二次FM调制模块;其中特低频编码调制模块用于将接收到的数据信息进行特低频编码,并将编码后的信号通过差分编码模块传送给DPSK副载波调制模块,差分编码模块用于对特低频编码后的信号进行差分编码,DPSK副载波调制模块用于对差分编码后的信号进行DPSK的副载波调制,并将输出的调制信号送给二次FM调制模块,二次FM调制模块用于对DPSK副载波调制信号进行FM的二次调制,通过DPSK/FM调制解调有效的提高了传输效率,确保了信息通讯的零延迟。

  进一步的,所述救援指挥中心使用4G网络与地面机动通信站进行实时数据通信,可通过所述本地电台的转发实现和井下人员的语音及短消息通信,4G网络的传输速度高,使用环境限制小。

  进一步的,所述透地通信系统支持语音、数据、预置短消息三种通信业务,可实现200米深度的语音透地传输以及300米深度的短消息和数据透地传输,这些通信方式在特低频传输效率高,稳定性好,传输深度深的优点。

  (1)所述透地通信系统在日常工作中,粉尘传感器和瓦斯传感器通过wifi中继放大器将检测到的数据传送至所述井下电台;

  (2)所述井下电台通过超低频信道将数据传送至所述本地电台,所述地面机动通信站将数据通过4G网络传送至所述救援指挥中心,井下多个人员之间通过佩戴的腕带式移动终端利用WiFi网络也可相互进行语音及短消息通信,同时可利用腕带式移动终端与救援指挥中心进行语音和短消息通讯;