CN107820220A - 一种矿用应急救援多功能通信节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用应急救援多功能通信节点，包括供电控制单元、CPU中控单元、无线收发单元、网络接口单元和若干定位终端组成。当矿山发生事故后，井下通信线路和设施可能遭受到部分或毁灭性的破坏，造成通信受阻，在传统的矿井搜救工作中，为避免发生二次事故，在矿井事故发生后井下电力供应会被完全切断，通信线路和设施的供电也会被切断，本发明的通信节点能够通过快速搭建基于信号线与电源线复合线缆和无线自组网的应急救援通信系统信息平台，侦察事故现场准确情况，为现场救援指挥提供数据支持，保证现场救援工作有序展开，避免救援队员自身伤亡，实现安全救援。本发明也可应用于除矿山外的其他应急救援现场，应用前景十分广阔。

Description

一种矿用应急救援多功能通信节点

技术领域

本发明属于矿山应急救援技术领域，尤其涉及一种矿用应急救援多功能通信节点。

背景技术

矿山发生灾变事故后，尤其是发生火灾、瓦斯突出和爆炸事故时，由于事故现场供电中断，通风系统被破坏造成空气成分发生变化，已不适于正常呼吸。井下通信线路和设施可能遭受到部分或毁灭性的破坏，造成通信受阻。事故现场的情况只能由佩戴氧气呼吸器的救援队员进入灾区侦察才能掌握，准确查明事故的性质、范围、遇险、遇难人员数量和位置，以及通风、瓦斯、粉尘、有毒有害气体、温度等情况，其侦察的结果是抢险指挥部全面了解灾情和正确决策的重要依据，也是矿山救护队全面了解灾情，实现安全救援的重要保证。侦察后及时定位被困矿工的准确位置，对搜救和救援行动十分必要，有助于救援队在第一时间到达准确地点，拯救被困矿工的宝贵生命。

现有矿山应急救援领域存在以下技术难题：现有传感器在灾变环境中适应能力较差，发生事故后在灾区的信息传输能力不强、灾害预警系统覆盖不全、灾变信息响应不及时；应急救援现场通信频点资源需求量大，不同通信设备及应急指挥通信管理系统间通讯标准和通信模式不兼容；救援通信终端防水、防爆、防高温性能差，应急救援对讲机等通信设备功能较少、固定不便、发射功率低、通信距离短、抗干扰能力弱；矿井通信系统发生事故时易受破坏，现有矿用隔爆或隔爆兼本安型透地通信系统便携性差、安全性、可靠性不够高；无线网络节点设备通信距离短、抗干扰能力弱、灵敏度低、续航时间较短，长距离光纤通信受制于救援人员一次可携带的通信光缆长度有限而难以实现；现有通讯系统线缆笨重、有线通信系统与无线通信系统之间不能自行融合；现有各类应急救援平台通信方式单一、功能分散、信息与数据分析能力差、智能化程度低，应急救援平台与灾区侦查设备间缺乏高效互联，缺乏救援决策先进技术手段；现有生命探测技术难以对遇难人员进行探测与搜索定位；RFID识别卡不能实现对井下人员地理坐标位置的精确定位等问题。

在灾难面前，“通信拯救生命”是一条首要的应急准则，通过快速搭建基于信号线与电源线复合线缆和无线自组网的应急救援通信系统信息平台，侦察事故现场准确情况，为现场救援指挥提供数据支持，保证现场救援工作有序展开，避免救援队员自身伤亡，实现安全救援。矿用多功能通信节点在矿山应急救援通信系统中是个关键设备，本发明基于以上背景产生。

发明内容

为了克服现有矿山应急救援通信技术中存在的不足，本发明提供一种矿山应急救援多功能通信节点，能够在灾后快速敷设应急救援通信系统，使不同通信设备异构互联，实现双向语音通信和无线广播、视频传输功能；实时采集事故现场环境瓦斯、一氧化碳、氧气等参数；实时监测救援人员和被救援人员的生命体征参数，为地面和井下救援指挥提供实时准确决策依据。

为实现上述目的，本发明的一种矿用应急救援多功能通信节点，包括供电控制单元、CPU中控单元、无线收发单元、网络接口单元和若干定位终端组成；

所述供电控制单元为DCDC控制芯片与LDO芯片配合组成，提供稳定可靠的供电保证，实现稳定的3.3V/3A直流电流及1.2V/1A直流电流供应，其采用复合线缆供电，供电距离不小于1Km，节点间的距离部署时不超过50m，第一个节点由专用供电电源提供， 1Km之内的节点供电采用数据线的馈电提供，超过1Km时起始节点采用复合线缆的供电电缆，以后节点采用数据线的馈电提供；

所述CPU中控单元核心由MT7620及配套DDR芯片组成，实现数据的核心处理即交换功能，为上行数据端口和下行数据端口提供数据的处理与交换、并实现应急救援多功能通信节点的管理；

所述无线收发单元为无线数据的接收与发送，无线收发单元实现无线数据的滤波、整形、信号放大，无线收发单元实现数据与CPU中控单元及网络接口单元直接的数据传输通道；

所述网络接口单元由上行数据接口及下行数据接口组成，实现有线数据的上下行传输的接口，组建成完整的上下行数据传输通道；

所述定位终端根据井下人员、车辆、设备配备不同类型，无线收发单元实时采集定位终端的无线信号，CPU中控单元通过自主滤波算法快速捕捉定位终端位置，在线缆覆盖范围内全程定位，通过定位终端的移动轨迹判断出入井方向，定位终端静止状态下实时定位精度2米内。

优选的，所述供电控制单元提供的直流供电电压纹波不大于10mV。

优选的，所述CPU中控单元的软件系统基于Linux操作系统，CPU中控单元支持两路100/1000Mbps以太网数据的交换处理。

优选的，所述CPU中控单元的数据处理速率不小于400Mhz。

优选的，所述无线数据收发单元的无线信号频率为2.4Ghz，用于接收定位数据、语音数据、传输广播数据及辅助救援数据。

优选的，所述网络接口单元支持上行数据接口、下行数据接口，均为标准的100/1000Mbps以太网接口，实现定位数据、语音数据、广播数据、辅助救援数据中的一种或多种数据的传输。

优选的，语音数据的语音通信功能，在井下使用具备语音通信功能的终端，通过无线收发单元在定位的同时可以为用户提供移动语音通信业务，并可在全网方位内漫游，使井下通信摆脱线缆的束缚，保证井上、井下的通讯畅通。

优选的，本通信节点支持点对点、点对多点通信，可通过调度台对井下终端进行广播、组播，并支持网内调度电话、移动终端间的通讯，支持网外电话与井下终端间实现互通。

本发明的有益效果：能够通过快速搭建基于信号线与电源线复合线缆和无线自组网的应急救援通信系统信息平台，侦察事故现场准确情况，为现场救援指挥提供数据支持，保证现场救援工作有序展开，避免救援队员自身伤亡，实现安全救援，应用前景十分广阔。

附图说明

附图1为一种矿用应急救援多功能通信节点的整体结构示意图；

附图2为供电控制单元的示意图；

附图3为CPU中控单元的示意图；

附图4为无线收发单元的示意图；

附图5为网络接口单元的结构示意图；

附图6为部署实施示意图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本发明的一种矿用应急救援多功能通信节点，包括供电控制单元1、CPU中控单元2、无线收发单元3、网络接口单元4和若干定位终端组成；

所述供电控制单元1为DCDC控制芯片与LDO芯片配合组成，提供稳定可靠的供电保证，实现稳定的3.3V/3A直流电流及1.2V/1A直流电流供应，其采用复合线缆供电，供电距离不小于1Km，节点间的距离部署时不超过50m，第一个节点由专用供电电源提供， 1Km之内的节点供电采用数据线的馈电提供，超过1Km时起始节点采用复合线缆的供电电缆，以后节点采用数据线的馈电提供，外部供电可以是直流9V到15V的范围，标准使用12V输入标准；

所述CPU中控单元2核心由MT7620及配套DDR芯片组成，实现数据的核心处理即交换功能，为上行数据端口和下行数据端口提供数据的处理与交换、并实现应急救援多功能通信节点的管理，CPU中控单元2由基本的CPU及外围复位电路、程序存储电路、DDR外部缓存电路组成，实现数据的基本交换管理电路；

所述无线收发单元3为无线数据的接收与发送，无线收发单元3实现无线数据的滤波、整形、信号放大，无线收发单元3实现数据与CPU中控单元2及网络接口单元4直接的数据传输通道，CPU中控单元2的数据发送，通过滤波整形、功率放大后经过天线后转换为射频2.4Ghz的无线信号进行发送；CPU中控单元2通过无线收发单元3进行数据接收的过程为发送过程的逆过程，无线信号经过天线接收，然后经过功率发达及滤波整形后送入CPU中控单元2，实现数据的接收；

所述网络接口单元4由上行数据接口及下行数据接口组成，实现有线数据的上下行传输的接口，组建成完整的上下行数据传输通道，网络数据的传输过程中，上行数据接口、下行数据接口、无线数据接口，三种接口直接的数据交互地位是相等的，三者的数据是可以在三个接口直接互相交换的，从而构建了一条透明的数据传输通信平台；

所述定位终端根据井下人员、车辆、设备配备不同类型，无线收发单元3实时采集定位终端的无线信号，CPU中控单元2通过自主滤波算法快速捕捉定位终端位置，在线缆覆盖范围内全程定位，通过定位终端的移动轨迹判断出入井方向，定位终端静止状态下实时定位精度2米内。

所述供电控制单元1提供的直流供电电压纹波不大于10mV。

所述CPU中控单元2的软件系统基于Linux操作系统，CPU中控单元2支持两路100/1000Mbps以太网数据的交换处理，所述CPU中控单元2的数据处理速率不小于400Mhz。

所述无线数据收发单元3的无线信号频率为2.4Ghz，用于接收定位数据、语音数据、传输广播数据及辅助救援数据。

所述网络接口单元4支持上行数据接口、下行数据接口，均为标准的100/1000Mbps以太网接口，实现定位数据、语音数据、广播数据、辅助救援数据中的一种或多种数据的传输。

本发明还具有数据总线的传输功能，井下各种本质安全型监测设备，如瓦斯浓度检测仪、风压传感器、顶板压力传感器、救援队员及遇险人员人体生命体征等数据终端，通过无线收发单元3将数据汇总到CPU中控单元2，然后通过网络接口单元4传输到数据总线致地面监控中心进行综合的分析和决策。

本发明是一个开放式的基础通信平台，任何厂家只要遵从标准无线通信规范，就可以将其传感器、控制器、以及人员通讯设备融入到矿山应急救援的通信网络中，实现人员和设备的统一管理和互动。

部署实施：图6为部署实施示意图，本发明通过矿用本安封装，两端连接复合线缆可以像普通线缆一样悬挂在矿井事故现场巷道壁上，可剪接、分叉，抗拉耐磨，能够完美应对矿井事故现场巷道复杂的分支结构，只要能够布设线缆的空间，均可以布设此通信系统，不受空间的拐角、岔路等结构因素影响，部署方式极其简便和快速，为矿井事故应急救援赢得宝贵时间。采用功耗低设计，两个相邻的加电位置间最长可连接2km，解决井下取电难的问题；信号均匀，全覆盖，多功能通信节点铺设到的地方即能形成均匀的无线信号覆盖，覆盖以线缆为半径30米范围内，与传统的基站部署方式相比，覆盖无死角、无盲区，抗干扰能力更强；易维护，修复快，多功能通信节点具备自检功能，后台实时监测线缆、信息转换器等设备的运行状态，出现故障及时报警；支持远程诊断、升级和重启等操作；某段线缆出现故障，可直接剪除，利用快速连接器接上一段新的新线缆即完成排障工作；线缆连接采用冷接方式，无需专业工具，徒手或使用简单的工具即可完成。

以上所述仅是本发明的一种多功能通信节点优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种矿用应急救援多功能通信节点，其特征在于：包括供电控制单元（1）、CPU中控单元（2）、无线收发单元（3）、网络接口单元（4）和若干定位终端组成；

所述供电控制单元（1）为DCDC控制芯片与LDO芯片配合组成，提供稳定可靠的供电保证，实现稳定的3.3V/3A直流电流及1.2V/1A直流电流供应，其采用复合线缆供电，供电距离不小于1Km，节点间的距离部署时不超过50m，第一个节点由专用供电电源提供， 1Km之内的节点供电采用数据线的馈电提供，超过1Km时起始节点采用复合线缆的供电电缆，以后节点采用数据线的馈电提供；

所述CPU中控单元（2）核心由MT7620及配套DDR芯片组成，实现数据的核心处理即交换功能，为上行数据端口和下行数据端口提供数据的处理与交换、并实现应急救援多功能通信节点的管理；

所述无线收发单元（3）为无线数据的接收与发送，无线收发单元（3）实现无线数据的滤波、整形、信号放大，无线收发单元（3）实现数据与CPU中控单元（2）及网络接口单元（4）直接的数据传输通道；

所述网络接口单元（4）由上行数据接口及下行数据接口组成，实现有线数据的上下行传输的接口，组建成完整的上下行数据传输通道；

所述定位终端根据井下人员、车辆、设备配备不同类型，无线收发单元（3）实时采集定位终端的无线信号，CPU中控单元（2）通过自主滤波算法快速捕捉定位终端位置，在线缆覆盖范围内全程定位，通过定位终端的移动轨迹判断出入井方向，定位终端静止状态下实时定位精度2米内。

2.根据权利要求1所述的矿用应急救援多功能通信节点，其特征在于：所述供电控制单元（1）提供的直流供电电压纹波不大于10mV。

3.根据权利要求1所述的矿用应急救援多功能通信节点，其特征在于：所述CPU中控单元（2）的软件系统基于Linux操作系统，CPU中控单元（2）支持两路100/1000Mbps以太网数据的交换处理。

4.根据权利要求3所述的矿用应急救援多功能通信节点，其特征在于：所述CPU中控单元（2）的数据处理速率不小于400Mhz。

5.根据权利要求1所述的矿用应急救援多功能通信节点，其特征在于：所述无线数据收发单元（3）的无线信号频率为2.4Ghz，用于接收定位数据、语音数据、传输广播数据及辅助救援数据。

6.根据权利要求1所述的矿用应急救援多功能通信节点，其特征在于：所述网络接口单元（4）支持上行数据接口、下行数据接口，均为标准的100/1000Mbps以太网接口，实现定位数据、语音数据、广播数据、辅助救援数据中的一种或多种数据的传输。