无线供电矿井应急通信与定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线供电矿井应急通信与定位系统，该系统应用于井下通信与定位服务，以无线供电方式为无线节点设备供电，当矿井下发生灾害事故时，可通过无线节点设备组成应急无线通信网络，为井下无线终端设备提供通信服务。该系统能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可为视频和传感器设备提供数据链路通信服务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线供电矿井应急通信与定位系统，该系统涉及无线通信技术、无线充电技术等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。井下通讯联络系统是煤矿“六大安全避险系统”之一，是煤矿安全生产的重要保障。现有井下通讯联络系统主要包括有线调度系统、移动通信系统、广播系统、救灾系统、透地通信系统。当井下发生瓦斯突出、瓦斯爆炸、冲击地压、冒顶、水灾、火灾等事故时，会对井下巷道内的各种通信设备、通信线缆、供电线缆造成破坏，所以有线调度系统、移动通信系统、广播系统易受灾害事故影响无法使用。救灾通信系统由灾后救援人员携带的无线通信系统，可在灾后一定范围内实现通信，但对于救援人员无法到达的区域仍无法通信。透地通信系统是基于低频透地通信技术的通信系统，事故影响小，抗灾能力强，但透地通信的发送设备和发送天线体积大成本高，所以透地通信一般采用单向广播通信方式，井下人员只能接收井上的信息，不能发送信息，只有在井下有限数量的硐室才可配有发射设备，发生事故后井上仍无法获知不在硐室内的井下人员情况，所以透地通信系统也无法满足矿井应急通信需要。为保证井下人员的生命安全并解决以上问题，需要新的应急无线通信系统，能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可为视频和传感器设备提供数据链路通信服务。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种无线供电矿井应急通信与定位系统，在井下间隔一定距离安装无线节点设备，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成无线通信网络；井下的无线移动终端设备由无线节点设备接入无线通信网络；无线节点设备内置蓄电池；无线节点设备由无线供电发射设备采用无线方式对其提供工作电能和蓄电池充电电能；无线供电发射设备由供电线缆供电；无线节点设备邻近无线供电发射设备安装；当无线供电发射设备无法工作时，由其无线供电的无线节点设备自动进入省电工作状态，无线节点设备可被无线移动终端设备和相邻的其它设备激活进入正常工作状态，为系统提供应急通信与定位服务；无线节点设备处于省电工作状态时，只接收无线信号不发送无线信号；无线节点设备被激活进入正常工作状态后，具有完整的发送接收与组网功能；被激活的无线节点设备完成此次通信后，自动进入省电工作状态；应急通信可由无线移动终端设备发起，也可由井上的通信设备发起。1.所述系统进一步包括：无线节点设备外壳包括顶部和底部，无线节点设备底部紧贴安装面固定，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或直角，底部与顶部交界角为锐角；顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备外壳具有防水功能。2.所述系统进一步包括：供电线缆采用漏泄电缆。3.所述系统进一步包括：当无线节点设备被无线移动终端设备激活时，如无线移动终端设备需上行通信，无线节点设备则激活上行通信方向上的相邻无线节点设备，通过接力方式逐级激活上行方向上的通信所需的无线节点设备，完成通信所需链路的网络环境组建；当系统需下行通信或定位时，同样采用接力激活方式激活通信或定位所需无线节点设备，完成通信或定位所需网络环境组建；当此次通信完成后，无法充电的无线节点设备自动进入省电工作状态。4.所述系统进一步包括：无线供电发射设备可采用统一供电方式也可采用分区供电方式；当采用统一供电方式时，所有无线供电发射设备并联在同一路直流供电线缆上，由此路直流供电线缆统一供电，电源由并联在此路直流供电线缆上的各交/直流电转换设备共同提供；当采用分区供电方式时，各区域的无线供电发射设备并联在本区域的直流供电线缆上，由此路区域直流供电线缆供电，电源由本区域的交/直流电转换设备单独提供。5.所述系统进一步包括：无线供电发射设备可采用交流直接供电方式，当采用此供电方式时，无线供电发射设备内置有交/直流转换模块，可直接连接交流供电线缆实现供电。6.所述系统进一步包括：无线供电发射设备可同时为多个无线节点设备无线供电；无线供电发射设备周边可安装多个无线节点设备。7.所述系统进一步包括：无线移动终端设备包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备。8.所述系统进一步包括：无线移动终端设备设有紧急呼叫按钮，用于激活通信区域内的无线节点设备。9.所述系统进一步包括：设备安装时，应尽量保证无线供电发射设备的供电天线与周边无线节点设备的电能接收天线方向相对。10.所述系统进一步包括：无线节点设备安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁，也可安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁牢固的且在巷道使用期内永久性保留的附属设施上。附图说明图1无线供电矿井应急通信与定位系统实施示意图1。图2无线供电矿井应急通信与定位系统实施示意图2。图3无线供电发射设备统一供电示意图。图4无线供电发射设备区域供电示意图。图5无线供电发射设备与无线节点设备安装位置示意图。图6无线供电发射设备与无线节点设备安装和剖面结构示意图。图7无线供电发射设备原理组成示意图。图8无线节点设备原理组成示意图。图9井下的无线移动终端设备发起通信的系统工作流程图。图10井上设备呼叫井下的无线移动终端设备通信的系统工作流程图。具体实施方式所述通信与定位系统的具体实施方式1如图1所示，组成包括：1.监控终端(101)，通过无线通信网络与井下无线移动终端设备(106)双向通信。2.交换机(102)，负责所有接入以太网的设备的数据交换，同时负责无线通信网络的建立与管理。3.无线供电发射设备(103)，通过无线供电方式为无线节点设备(104)供电，通过供电线缆从交/直流电转换设备(105)获取直流电能。4.无线节点设备(104)，负责组建无线通信网络；在无线供电发射设备(103)无法正常工作的情况下自动进入省电工作状态，可被无线移动终端设备(106)和相邻的其它设备激活进入正常工作状态，在通信完成后自动返回省电工作状态。5.交/直流电转换设备(105)，将井下交流电源转换为直流电通过供电线缆为无线供电发射设备(103)供电；如采用交流供电方式，无线供电发射设备直接接井下交流电源，则不需要交/直流电转换设备。6.无线移动终端设备(106)，包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备，设有紧急呼叫按钮，用于激活通信区域内的处于省电状态的无线节点设备(104)。图2所示为所述通信与定位系统在斜井、平硐的实施方式示意图。无线供电发射设备的供电方式包括统一供电方式、分区供电方式、交流供电方式。统一供电的实施方式如图3所示，所有无线供电发射设备(103)由统一供电线缆采用直流供电方式供电，无线供电发射设备(103)以并联方式连接统一供电线缆，实施时需间隔一定距离并联一个交/直流电转换设备(105)以补偿电缆压降，保证供电电压。无线供电发射设备的分区供电方式的实施方式如图4所示，与统一供电的区别在于不采用统一供电线缆，而采用区域供电线缆上供电，电源由本区域的交/直流电转换设备(105)单独提供。图5为无线供电发射设备与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线供电矿井应急通信与定位系统，其特征在于：在井下间隔一定距离安装无线节点设备，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成无线通信网络；井下的无线移动终端设备由无线节点设备接入无线通信网络；无线节点设备内置蓄电池；无线节点设备由无线供电发射设备采用无线方式对其提供工作电能和蓄电池充电电能；无线供电发射设备由供电线缆供电；无线节点设备邻近无线供电发射设备安装；当无线供电发射设备无法工作时，由其无线供电的无线节点设备自动进入省电工作状态，无线节点设备可被无线移动终端设备和相邻的其它设备激活进入正常工作状态，为系统提供应急通信与定位服务；无线节点设备处于省电工作状态时，只接收无线信号不发送无线信号；无线节点设备被激活进入正常工作状态后，具有完整的发送接收与组网功能；被激活的无线节点设备完成此次通信后，自动进入省电工作状态；应急通信可由无线移动终端设备发起，也可由井上的通信设备发起。

【技术特征摘要】
1.一种无线供电矿井应急通信与定位系统，其特征在于：在井下间隔一定距离安装无线节点设备，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成无线通信网络；井下的无线移动终端设备由无线节点设备接入无线通信网络；无线节点设备内置蓄电池；无线节点设备由无线供电发射设备采用无线方式对其提供工作电能和蓄电池充电电能；无线供电发射设备由供电线缆供电；无线节点设备邻近无线供电发射设备安装；当无线供电发射设备无法工作时，由其无线供电的无线节点设备自动进入省电工作状态，无线节点设备可被无线移动终端设备和相邻的其它设备激活进入正常工作状态，为系统提供应急通信与定位服务；无线节点设备处于省电工作状态时，只接收无线信号不发送无线信号；无线节点设备被激活进入正常工作状态后，具有完整的发送接收与组网功能；被激活的无线节点设备完成此次通信后，自动进入省电工作状态；应急通信可由无线移动终端设备发起，也可由井上的通信设备发起。2.如权利要求1所述的通信与定位系统，其特征在于：无线节点设备外壳包括顶部和底部，无线节点设备底部紧贴安装面固定，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或直角，底部与顶部交界角为锐角；顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备外壳具有防水功能。3.如权利要求1所述的通信与定位系统，其特征在于：供电线缆采用漏泄电缆。4.如权利要求1所述的通信与定位系统，其特征在于：当无线节点设备被无线移动终端设备激活时，如无线移动终端设备需上行通信，无线节点设备则激活上行通信方向上的相邻无线节点设备，通过接力方式逐级激活上行方向上的通信所需的无线节点设备，完成通信所需链路的网络环境组建；当系统需下行通信或定位时，同样采用接力激...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11