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煤矿井下应急救援无线通信设计

一、WiFi技术下的煤矿井下应急救援无线通信系统设计

所谓WiFi，其实就是一种现代化短距离无线网络传输技术，可以在一

定范围内接入互联网的无线电信号，也属于一种无线相容认证。WiFi

其实是由WECA（无线以太网相容联盟）宣传的业界术语。在迅猛发展

的无线通信技术中，尤其是相继出现的IEEE802,11g，IEEE802.11A等

标准，WiFi逐渐成为IEEE802.11标准系统称谓。其应急救援无线通信

系统的主要组成部分，也就是其无线通信信道，通过计算机上的WIFI

链路中心节点FFD1，就可以把救援人员的控制命令进行发送，直接发

送到小车上的RFD采集终端。借助于WIFI技术的自组网功能，其新投

放的节点会在其2个节点通信距离大于通信范围之后，直接在WIFI网

络中加入，并成为其中间路由节点，通常对其通信链路产生延伸作用，

对其正常运行提供有效保证。之后会继续将一些其他节点进行投放，

在对其链路进行建立过程中，其救援前端的各种参数也会通过采集终

端进行传送，救援中心就可以依照这些参数，对其具体的救援工作进

行合理的安排。

(一)煤矿急救通信结构在煤矿井下发生灾害的时候，就需要立即将井

下电力供应全部切断，其灾害现场环境具有一定的复杂性，所以，就

结构而言，救援通信系统的构建主要包括井下指挥中心、无线救援通

信系统以及地面指挥中心3部分。具体救援系统结构见图1，个人终端、

井下指挥中心与中继台共同组成煤矿井下无线救援通信系统。就无线

网络通信技术而言，煤矿急救通信结构属于无线与有线通信共同结合

的紧急救援系统。因为煤矿井下有着非常特殊的巷道结构，在具有局

限性空间中进行无线信号的传输，所传输的距离接近地面。所以在进

行个人终端设计时，通过功放模块的增加来加大无线网络传输距离。

此外，在井下指挥中心与个人终端间，依照现场需要，添置中继台。

(二)井下个人终端设计在煤矿井下，语音模块、环境参数采集模块、

图像采集模块、液晶显示模块、WiFi模块、键盘输入模块、MCU处理

模块以及无线功放模块等共同组成个人终端硬件。而且在国际国内市

场中图像采集模块、语音模块、液晶显示模块以及键盘输入模块等都

部件都比较成熟，无需独立性研究与开发；我院已研发出环境参数采

集模块，而且在设计时，不必对MCU进行单独性使用。WIFi模块以串

口方式对煤矿井下环境采集参数信息进行读取，采用G-SPI，即SPI方

式与凸显采集、语音模块进行通信。采用GPIO中的IO接口与液晶显

示模块、键盘输入模块进行连接，采用RX、TX管脚与无线功放模块进

行连接。具体设计图如图2所示。

(三)中继台设计在井下指挥中心与个人终端之间进行中继通道的构建

是中继台的主要作用，使其通信距离得以延长，中继台通过双WIFI芯

片，定向天线与双功放方案，通过定向天线能够使其通信距离得以延

长。具体中继台设计图如图3所示。

(四)监测监控系统设计煤矿井下所采用的传感器，例如CH4、O2、温

度以及CO等，其目前所采用的全部都是频率信号输出，通常是在

200～1000Hz，其系统均需要先把各种传感器全部都接入到监控分站，

随后通过监控分站向地面中心站进行传送，其不但会对设备成本进行

增加，同时在其数据传输过程中，如果距离超过2KM，就会受到电磁干

扰，增加系统的不稳定因素。所以说在其传感器之中加上WIFI模块，

将之中的数据在WIFI网络中进行接入，这样其数据就可以采用WIFI

的形式进行发送，同时也能够通过光纤环网进行发送。

(五)移动数字视频设计目前在煤矿井下其监控系统即为在特定位置所

安装的摄像仪，那么针对这一情况，如果是采用WIFI方式则可以对其

有效性进行切实提升。比如说胶带巡检摄像仪的应用，就必须要借助

于移动视频视频进行实现。其视频图像传输无线化对传统同轴电缆、

光纤图像监视受限制等等进行了突破，其灵活性以及便利性更高。其

中WIFI宽带最高能够达到300Mbit/s，其在高码流、高宽带以及高画

质的音视频中非常适用，同时还具有超强的抗干扰和抗衰落能力，其

可以对视频传输链路进行有效满足。

二、结语

在WIFI技术的煤矿井下应急救援无线通信系统中，采用此设计方案，

能够保证通信距离在5KM。而且此系统在目前依旧处于安标送审状态。

基于WIFI技术可用于各类型的煤矿井下灾害救援工作。研究与开发煤

矿安全监控始终受到国家鼓励与支持，我国煤矿安全生产标准与规程