CN206908606U - 矿用本安型通信、定位及广播一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，包括置于地面的调度平台和以太网交换机，以及置于矿井下的矿用本安型基站、矿用本安型移动终端、矿用本安型标识卡和矿用本安型广播终端；矿用本安型基站基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络；矿用本安型基站通过矿井下交换网络和以太网交换机与调度平台以单模全双工传输方式有线连接；矿用本安型基站与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；矿用本安型基站与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；矿用本安型基站与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。本实用新型可大幅降低矿用调度系统的施工、布线及材料成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及矿用设备技术领域。更具体地，涉及一种矿用本安型通信、定位及广播一体化系统。
背景技术
现有的矿用调度系统包括矿用通信子系统、矿用人员定位子系统和矿用广播子系统，这三个子系统各自独立，矿用通信子系统采用的通信方式是3G或WiFi技术，矿用人员定位子系统采用的通信方式是RFID技术，矿用广播子系统采用的通信方式是隔爆兼本安型或基于有线调度的组网形式。
由于上述三个子系统各自独立且采用的通信方式不同，子系统的布设交错繁杂，子系统之间的整合性较差，设备管理不便，且存在重复建设和对资金消耗较大的问题。
另外，现有的矿用通信子系统采用的通信方式若为Wi-Fi技术的话，存在信号穿透力、绕射力、越区切换能力差，容易丢包，且Wi-Fi技术本身不是移动通信的问题；若为3G的话，存在带宽小，无法实现视频和大数据传输的问题。现有的基于RFID技术的矿用人员定位子系统则存在定位不准确且易漏读的问题。现有的矿用广播子系统存在功能单一且不能与另外两个子系统融合为综合调度系统的问题。
因此，需要提供一种集成高速有线无线融合通信、精确定位及智能广播等多种功能为一体的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，以实现地面、井下全方位的4G信号覆盖，提供语音、视频、多媒体调度、集群对讲、广播调度、数据传输、精确定位、紧急报警、多方会议等功能，可大幅降低矿用调度系统总体的施工、布线及材料成本。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，包括置于地面的调度平台和以太网交换机，以及置于矿井下的矿用本安型基站、矿用本安型移动终端、矿用本安型标识卡和矿用本安型广播终端；
矿用本安型基站基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络；
矿用本安型基站通过矿井下交换网络和以太网交换机与调度平台以单模全双工传输方式有线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。
优选地，该系统还包括置于矿井下的隔爆交换机，所述矿用本安型基站与隔爆交换机一一对应地有线连接，矿用本安型基站通过隔爆交换机基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络。
优选地，所述隔爆交换机、矿用本安型基站和矿用本安型广播终端的电源均为矿用隔爆兼本安型直流稳压电源。
优选地，所述矿用本安型基站包括交换板卡和与交换板卡连接的4G通信板卡、定位板卡、广播板卡；
交换板卡基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络；
4G通信板卡通过4G天线与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；
定位板卡通过定位天线与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；
广播板卡与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。
优选地，所述矿用本安型基站包括交换板卡和与交换板卡连接的4G通信板卡、定位板卡、广播板卡；
交换板卡与隔爆交换机一一对应地有线连接；
4G通信板卡通过4G天线与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；
定位板卡通过定位天线与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；
广播板卡与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。
优选地，所述交换板卡、4G通信板卡、定位板卡和广播板卡均采用热插拔与所述矿用本安型基站的背板连接。
优选地，所述矿用本安型基站还包括分别与交换板卡、4G通信板卡、定位板卡和广播板卡连接且置于矿用本安型基站面板上的多个LED指示灯。
优选地，所述4G天线和定位天线集成于一个组合天线。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型所述技术方案可实现地面、井下全方位的4G信号覆盖，提供语音、视频、多媒体调度、集群对讲、广播调度、数据传输、精确定位、紧急报警、多方会议等功能，大幅降低矿用调度系统总体的施工、布线及材料成本，对创建节约型矿山有重要意义。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出实施例1提供的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统示意图。
图2示出实施例1提供的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统中设有隔爆交换机示意图。
图3示出矿用本安型基站的内部连接关系图。
图4示出多媒体融合调度子平台的应用架构示意图。
图5示出人员/设备管理子平台的软件系统架构示意图。
图6示出人员/设备管理子平台的应用架构示意图。
图7示出实施例2提供的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，包括置于地面的调度平台和以太网交换机，以及置于矿井下的矿用本安型基站、矿用本安型移动终端、矿用本安型标识卡和矿用本安型广播终端；
矿用本安型基站基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络；
矿用本安型基站通过矿井下交换网络和以太网交换机与调度平台以单模全双工传输方式有线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。
其中，矿用本安型交换机、矿用本安型基站和矿用本安型广播终端的电源均为矿用隔爆兼本安型直流稳压电源。
矿用本安型基站包括交换板卡和与交换板卡连接的4G通信板卡、定位板卡、广播板卡；交换板卡基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络；4G通信板卡通过4G天线与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；定位板卡通过定位天线与矿用本安型标识卡以无线个域网传输方式无线连接；广播板卡与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。交换板卡、4G通信板卡、定位板卡和广播板卡均采用热插拔与所述矿用本安型基站的背板连接。矿用本安型基站还包括分别与交换板卡、4G通信板卡、定位板卡和广播板卡连接且置于矿用本安型基站面板上的多个LED指示灯。4G天线和定位天线集成于一个组合天线。
在具体实施时，如图2所示，该系统还可包括置于矿井下的隔爆交换机，矿用本安型基站与隔爆交换机一一对应地有线连接，矿用本安型基站通过隔爆交换机基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络，在矿井下交换网络由隔爆交换机构成的情况下，矿用本安型基站中的交换板卡与隔爆交换机一一对应地有线连接。
在具体实施时，调度平台包括调度计算机、iP寻呼话筒、综合业务交换机、定位服务器和广播服务器等，由UPS不间断电源供电。
在具体实施时，矿用本安型基站(以下简称基站)是矿用本安型通信、定位及广播一体化系统矿井下部分的关键设备，基站和地面的调度计算机、综合业务交换机、定位服务器、广播服务器、矿井下的矿用本安型移动终端、矿用本安型标识卡、矿用本安型广播终端等设备配合使用，可以实现无线通信、人员定位、广播等功能。该基站还能与地面的调度计算机通讯，将采集信号传送到地面的调度平台，也可执行调度平台发出的各种远程控制指令。该基站为矿用本质安全型产品，可应用于煤矿有瓦斯和粉尘爆炸的危险场所中。
基站的设计指标如下：
1、基站与调度平台之间的有线通信：
(1)传输方式：单模全双工；
(2)传输速率：1000Mbps；
(3)发射光功率：-12dBm～0dBm；
(4)接收灵敏度：≤-28dBm；
(5)最大传输距离：20km。
2、基站与基站之间的有线通信：
(1)传输方式：单模全双工；
(2)传输速率：1000Mbps；
(3)发射光功率：-12dBm～0dBm；
(4)接收灵敏度：≤-28dBm；
(5)最大传输距离：500m。
3、基站与矿用本安型标识卡之间的无线通信：
(1)调制方式：O-QPSK；
(2)传输方式：无线个域网ZigBee IEEE802.15.4；
(3)工作频率：2.4GHz；
(4)接收灵敏度：≤-75dBm；
(5)发射功率：-50dBm～20dBm；
(6)无线传输距离：0～500m。
4、基站与矿用本安型移动终端之间的无线通信：
(1)传输方式：LTE；
(2)工作频率：发射1805MHz～1880MHz，接收1710MHz～1785MHz；
(3)发射功率：-30dBm～-10dBm；
(4)接收灵敏度：≤-80dBm；
(5)无线传输距离：0～500m。
5、基站与矿用本安型广播终端之间的有线通信：
(1)传输方式：单模全双工；
(2)传输速率：100Mbps；
(3)发射光功率：-20dBm～-8dBm；
(4)接收灵敏度：≤-28dBm；
(5)最大传输距离：300m。
6、基站的电气性能：
交换板卡的独立供电：工作电压：12V，工作电流：≤0.7A；
定位板卡的独立供电：工作电压：12V，工作电流：≤0.2A；
4G通信板卡第一路独立供电：工作电压：12V，工作电流：≤0.6A；
4G通信板卡第二路独立供电：工作电压：12V，工作电流：≤1.1A。
基站集成了LTE无线通信、千兆接入交换、人员/车辆定位、语音广播、IP电话等功能，实现了上述功能的共电源和共传输，同时为接入设备提供了统一的承载通道。其中各个功能通过模块化相互独立，可根据实际应用情况进行适当取舍。基站对外提供两路IP电话接入，实现IP电话调度功能，作为当前有线固定电话调度功能的补充；基站通过百兆电口连接广播主站，实现网络语音广播功能，同时可以通过广播主站的手柄可以实现网络对讲功能。
基站对外提供5个千兆光口、3个百兆光口、4个百兆电口的接入，RS485信号接入，方便PLC工业控制和工业电视就近接入；可通过上行接口报文打VLAN标签后送入矿用本安型交换机，实现配合矿井下交换网络的VLAN和QOS规划管理功能；利用交换板卡可以进行链型、二分岔树型和环型等级联组网拓扑，连成环后可实现自切换功能。基站中的LTE和定位射频信号外接多合一天线，实现LTE、定位所有无线信号共天线和共覆盖，解决现场安装天线设备过多的问题。基站还设计一个显示窗，用LED指示灯显示上电状态及运行状态，用于观察各个功能板卡的基本工作状态。
所有设备板卡与基站背板采用即插即用连接，基站里所有设备板卡之间的连接线(光缆和射频线除外)用PCB走线替代，解决设备板卡之间连线过多、混乱问题。基站内所有板卡采用热插拔设计，可在用户不关闭系统，不切断电源的情况下取出和安装板卡，为安装和维护提供方便。
如图3所示，4G通信板卡、定位板卡和广播板卡都连接到交换机板卡上，4G通信板卡的天线和定位天线伸出基站的壳体外，定位板卡、4G通信板卡和交换板卡都需要有从引入的独立电源输入。
基站的外壳接口：共14个喇叭口，其中电源输入4路，天线输出4路，基站级联光口2路，广播音频1路，广播接音箱网口或电口1路，RS485 1路，备用1路。光缆口是M22，电缆口是M20，剩下两路是PG9，备用M22，其余的都是M20。
在具体实施时，置于地面的调度平台包括多媒体融合调度子平台和人员/设备管理子平台，其中，
多媒体融合调度子平台的主要功能是完成系统调度通信、广播等相关的业务触发、管理功能，包括音视频通话，音视频会议，对终端的强插、强拆、监听、禁话、转接等基本调度功能，视频监控、视频回传视频录制与存储等多媒体调度功能，全区报警、紧急报警、实时采播、打铃方案等广播系统的核心业务功能。多媒体融合调度子平台的软件系统运行于Windows操作系统，基于C++和C语言开发；硬件环境采用x86处理器，通过集成GPU台式服务器，支持存储能力、音视频接收、发送、录制、播放能力。
如图4所示，多媒体融合调度子平台的应用架构主要包括：TCP链路管理模块、TCP数据处理模块、UDP链路管理模块、UDP数据处理模块、控制消息处理模块、业务处理模块、UI呈现模块和配置管理模块；
上述各模块具体功能如下：
1、TCP链路管理模块功能主要包括：TCP连接的建立、维持、销毁；连接事件的上报；数据的收发。
2、TCP数据处理模块功能主要包括：TCP接收到数据的缓存；自定义消息的解析、分割、保存。
3、UDP链路管理模块功能主要包括：UDP连接的建立、维持、销毁；连接事件的上报；数据的收发。
4、UDP数据处理模块功能主要包括：TCP接收到数据的缓存；自定义消息的解析、分割、保存。
5、控制消息处理模块功能主要包括：接收的自定义消息的分发；发送的自定义消息的事务管理；将要发送的自定义消息转换成数据流；提供发送消息的接口。
6、业务处理模块功能主要包括：根据调度员的界面操作，构造调度命令；调用下层提供的命令发送接口发出命令；接收来自底层的命令、响应；在界面予以呈现。业务处理模块进一步包括：调度操作模块、分组操作模块、会议处理模块、PTT操作模块、录音功能模块、通信录处理模块、历史记录模块、日志功能模块和文字处理模块。
7、UI呈现功能主要包括：提供人机交互界面；提供配置界面。
8、配置管理模块功能主要包括：获取配置界面UI的内容并能保存在本地；提供全局的访问方法。
9、SIP协议栈功能主要包括：完成SIP消息的收发、解析；完成SIP协议中会话、事务等相关内容的管理。
人员/设备管理子平台主要用于实时监控矿井井下人员、车辆、设备、环境(各种传感器)实况。使用真实矿井地图，对人员、车辆、设备进行精确定位、快速查找，通过给每个员工、每辆车绑定一张唯一的定位卡，既可实现人员、车辆定位，又可实现人员考勤、车辆的出勤统计情况。此外，当发生异常时，人员/设备管理子平台还可实现报警提示。
人员/设备管理子平台的软件系统运行于Windows server 2012操作系统，基于java语言，应用eclipse软件集成开发工具进行开发，数据库采用SQL Server2008；硬件环境要求内存大于8G，CPU主频为Core(TM)i3-21003.10G及以上，采用戴尔R720服务器。
人员/设备管理子平台的软件系统基于java开发平台，使用Spring MVC+Spring+Hibernate的开发框架，经典的MVC设计模式。
如图5所示，人员/设备管理子平台的软件系统架构为：
1、表现层：表现层主要体现在web端，提供良好的界面交互效果、用户输入输出校验、显示从控制层返回的数据信息。采用html和css技术，配合jquery技术实现页面的框架搭建、界面形成，采用jquery这种javascript框架形成较为灵活和丰富的界面表现形式。优化html文档、事件处理、动画设计和Ajax交互，实现前端数据的合规性验证，并且采取json第三方序列化组件，将业务对象解析成为json格式数据。
2、控制层：Spring MVC负责处理请求层也即表现层的请求信息，调用业务层的将模型传给表现层，实现表现层的页面响应、数据反馈、交互。将Model(模型)、Controller(控制器)、View(视图)三层分离，降低应用程序的耦合性，应用程序可以相对独立，又能协同完成任务，同时增强程序的可扩展性。
3、业务逻辑层：Spring调用业务层的逻辑接口，然后调用持久层JDBC访问数据库，进行数据库与应用程序中的业务层数据处理和表现层的数据反馈。
4、持久层：Hibernate通过调用JDBC完成数据库的基本访问操作，封装其他数据格式准存数据，完成基本的访问和交互，实现数据库数据的增删改查。
5、数据层：数据层采取oracle或者mysql数据库对数据进行存储和数据管理。设置管理权限分级，允许用户自行添加数据，实现数据的扩充。数据采取热备份形式，避免数据的丢失。并且系统对外提供API接口，便于系统的后期扩展，具有较强的扩展性，可实现功能和业务的扩展。
如图6所示，人员/设备管理子平台的软件系统从应用框架角度来看，包括人员管理子系统、报警管理子系统、地图管理子系统、监控管理子系统、存储管理子系统，来分别完成人员管理、报警信息查询管理、地图信息应用与管理、监控以及存储等。
如上所述，调度平台的软件系统包括多媒体融合调度子平台的软件系统和人员/设备管理子平台的软件系统，调度平台的软件系统稳定、可靠，人员定位等数据能够实时更新，通信、广播质量较好，且具有良好的可扩展性。
调度平台的软件系统具体界面实现如下：
多媒体融合调度子平台的软件系统提供VOIP语音调度、视频调度、广播、紧急报警等功能。系统可自动识别判定不同的业务功能，包括指挥调度、组播、强拆、强插、视频通话、广播、报警等业务操作的自动切换，不同业务功能的优先级别等。
人员/设备管理子平台的软件系统实时监控矿井井下人员、车辆、设备、环境(各种传感器)实况。
本实施例提供的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，提高了矿井通信联络水平和通信效率的同时，实现了语音、视频、多媒体调度、集群对讲、广播调度、数据传输、精确定位、紧急报警、多方会议等业务功能，大大提高了矿井的工作效率和管理、信息化水平，产生了较大的经济和社会效益。
实施例2
如图7所示，本实施例提供的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统与实施例1的不同之处在于，矿用本安型基站基于双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，该系统包括置于地面的调度平台和以太网交换机，以及置于矿井下的矿用本安型基站、矿用本安型移动终端、矿用本安型标识卡和矿用本安型广播终端；
矿用本安型基站基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络；
矿用本安型基站通过矿井下交换网络和以太网交换机与调度平台以单模全双工传输方式有线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；
矿用本安型基站与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。
2.根据权利要求1所述的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，该系统还包括置于矿井下的隔爆交换机，所述矿用本安型基站与隔爆交换机一一对应地有线连接，矿用本安型基站通过隔爆交换机基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络。
3.根据权利要求2所述的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，所述隔爆交换机、矿用本安型基站和矿用本安型广播终端的电源均为矿用隔爆兼本安型直流稳压电源。
4.根据权利要求1所述的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，所述矿用本安型基站包括交换板卡和与交换板卡连接的4G通信板卡、定位板卡、广播板卡；
交换板卡基于环形组网或双冗余树形组网构成单模全双工传输方式的矿井下交换网络；
4G通信板卡通过4G天线与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；
定位板卡通过定位天线与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；
广播板卡与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。
5.根据权利要求2所述的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，所述矿用本安型基站包括交换板卡和与交换板卡连接的4G通信板卡、定位板卡、广播板卡；
交换板卡与隔爆交换机一一对应地有线连接；
4G通信板卡通过4G天线与矿用本安型移动终端以LTE传输方式无线连接；
定位板卡通过定位天线与矿用本安型标识卡以ZigBee传输方式无线连接；
广播板卡与矿用本安型广播终端以单模全双工传输方式有线连接。
6.根据权利要求4或5所述的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，所述交换板卡、4G通信板卡、定位板卡和广播板卡均采用热插拔与所述矿用本安型基站的背板连接。
7.根据权利要求4或5所述的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，所述矿用本安型基站还包括分别与交换板卡、4G通信板卡、定位板卡和广播板卡连接且置于矿用本安型基站面板上的多个LED指示灯。
8.根据权利要求4或5所述的矿用本安型通信、定位及广播一体化系统，其特征在于，所述4G天线和定位天线集成于一个组合天线。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201720897942.3U CN206908606U (zh) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | 矿用本安型通信、定位及广播一体化系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720897942.3U CN206908606U (zh) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | 矿用本安型通信、定位及广播一体化系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206908606U true CN206908606U (zh) | 2018-01-19 |
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ID=61312162
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201720897942.3U Active CN206908606U (zh) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | 矿用本安型通信、定位及广播一体化系统 |
Country Status (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109874102A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-06-11 | 江苏三恒科技股份有限公司 | 一种灾害矿井应急通信系统及人员定位系统 |
| CN111970075A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-11-20 | 中煤电气有限公司 | 一种矿井广播系统及使用方法 |
| CN113301676A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-08-24 | 西安北讯科技有限公司 | 矿用本安型5g/4g无线宽带融合通信基站 |
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2017
- 2017-07-24 CN CN201720897942.3U patent/CN206908606U/zh active Active
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