礦山調(diào)度管理中無線通信系統(tǒng)的運(yùn)用研究

劉賀揚(yáng)

【摘要】 信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代的到來，促進(jìn)了無線通信技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用，礦山調(diào)度作為礦業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其無線通信技術(shù)水平的研究備受人們的關(guān)注。本篇文章通過對無線通信技術(shù)的研究，闡述了無線通信技術(shù)在礦山調(diào)度中的應(yīng)用原理。

【關(guān)鍵詞】 礦山調(diào)度 無線通信技術(shù) 實(shí)際應(yīng)用

無線通信技術(shù)與計算機(jī)、定位、自動化等多種現(xiàn)代科技融合起來，不僅在很大程度上提升了礦山調(diào)度的效率，而且其低廉的造價能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省很大的生產(chǎn)成本，由于無線通信技術(shù)在礦山調(diào)度中的應(yīng)用時間還比較短，無論是理論還是實(shí)際操作都還停留在較為初級的階段。因此，加快對無線通信技術(shù)的研發(fā)，提升無線通信技術(shù)的運(yùn)用水平，對礦山調(diào)度至關(guān)重要。

一、無線通信系統(tǒng)在礦山應(yīng)用的現(xiàn)狀

自上個世紀(jì)50年代以來，我國就開始加強(qiáng)對礦山的開發(fā)工作，截止到現(xiàn)在，我國的礦山擁有量就已經(jīng)達(dá)到了10萬多座，但是由于礦產(chǎn)屬于不可再生資源，在開發(fā)利用中應(yīng)避免資源的浪費(fèi)，目前，礦山開采和調(diào)度系統(tǒng)存在的漏洞，使很大部分的礦產(chǎn)在生產(chǎn)運(yùn)輸過程中就已經(jīng)消耗殆盡，如何能夠緩解礦山資源的枯竭、提升調(diào)度利用的高效性，是無線系統(tǒng)應(yīng)用研究的主要方向[1]。

礦山調(diào)度管理不同于其它的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，各方面信息的收集、整理、分析都是礦山調(diào)度管理正常進(jìn)行的保證，單單依靠人腦去對如此繁雜的信息進(jìn)行處理顯然是不可能的，無線通信技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而生，在很大程度上突破了人腦的局限性，通過對礦山調(diào)度的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的收集，使調(diào)度的管理有了數(shù)據(jù)性的支持，信息傳輸系統(tǒng)的便捷性，不僅提升了調(diào)度的效率，而且保證了調(diào)度的準(zhǔn)確程度。

無線通信系統(tǒng)是無線定位、無線通信、數(shù)據(jù)庫等多種通信技術(shù)的綜合體，系統(tǒng)終端的管理人員可以對調(diào)度設(shè)備、調(diào)度人員的工作狀況有著明確的了解，全程的系統(tǒng)監(jiān)控可以將故障的發(fā)生幾率控制在很小的范圍之內(nèi)。另外，無線通信技術(shù)有著自動化建設(shè)、經(jīng)營管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控多方面的優(yōu)勢，推動著無線通信技術(shù)向著人工智能化的方向發(fā)展。

二、無線通信技術(shù)在調(diào)度管理中的應(yīng)用

1、基于無線定位的調(diào)度管理

無線定位主要是以一種監(jiān)控者的姿態(tài)展現(xiàn)在調(diào)度管理之中的，對于生產(chǎn)調(diào)度流程的每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控離不開無線定位技術(shù)。目前，應(yīng)用在礦山調(diào)度管理中的無線定位技術(shù)主要包括以下幾種：

（1）RFID

該技術(shù)是一種自動識別的技術(shù)，通過信息的收發(fā)實(shí)現(xiàn)調(diào)度信息的收集，全程都不需要人為因素的介入，針對一些人力無法達(dá)到的惡劣環(huán)境，既可以實(shí)現(xiàn)對信息的收集，也保證了員工的生命安全。整個系統(tǒng)是由閱讀器、傳感器、中間環(huán)節(jié)以及系統(tǒng)終端組成，傳感器類似于標(biāo)簽，只不過標(biāo)簽是用芯片組成的，標(biāo)簽上會自帶電子編碼，而且每一個電子編碼都有所不同，將不同編碼的標(biāo)簽安裝在調(diào)度設(shè)備或者調(diào)度人員之上，信號的收發(fā)也就有了承載體。閱讀器既是信息發(fā)送的主體，也承擔(dān)著對標(biāo)簽信息的識別，通過系統(tǒng)終端下達(dá)的指令，將信息發(fā)送出去，經(jīng)過中間環(huán)節(jié)達(dá)到電子標(biāo)簽之上，然后將標(biāo)簽的編碼收回，以達(dá)到對標(biāo)簽承載體的監(jiān)控；最后，計算機(jī)終端是RFID的大腦，他對該系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。

（2）Zigbee

該技術(shù)是由參考點(diǎn)、待測點(diǎn)、協(xié)調(diào)器三個方面組成的，當(dāng)待測點(diǎn)想要查看參考點(diǎn)的位置時，就可以將定位指令發(fā)送給普通參考點(diǎn)，普通參考點(diǎn)將自身的信息傳送給待測點(diǎn)，由待測點(diǎn)將相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器的應(yīng)用主要是對參考點(diǎn)、待測點(diǎn)以及傳輸路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與管理，通過RS接口將最終的參數(shù)傳到終端管理的計算機(jī)之上[2]。Zigbee在調(diào)度中主要包括兩個環(huán)節(jié)，井上的總線以太網(wǎng)和井下的節(jié)點(diǎn)兩個系統(tǒng)組成，在調(diào)度之前將讀寫器放置在調(diào)度的重要環(huán)節(jié)之中，根據(jù)不同的礦業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安置參考點(diǎn)，一般情況下要保證每300m左右就要有一個參考點(diǎn)，在某些環(huán)境特別惡劣的地方，可以保證在每50m左右安置一個；傳輸系統(tǒng)的安裝有無線和有線兩種方式，基于Zigbee定位的無線安裝適用于較為惡劣的環(huán)境，對于一些主干網(wǎng)采用有線安裝的方式會更加可靠。

（3）Wifi

Wifi技術(shù)在近年來得到了非常廣泛的應(yīng)用，Wifi技術(shù)適應(yīng)了無線局域網(wǎng)的運(yùn)用，Wifi有著極為廣闊的使用環(huán)境，傳輸距離相較于其他通信技術(shù)來說更加寬廣，重要的是高效的傳播速度以及可靠的傳輸質(zhì)量，使其在礦山調(diào)度管理中占據(jù)著重要的地位。Wifi是由井上與井下兩個環(huán)節(jié)組成，通過在井下安裝無線接入點(diǎn)，使井下的所有環(huán)節(jié)都納入到無線局域網(wǎng)之中，井上采用手機(jī)或者其他類無線通信技術(shù)終端收集井下的調(diào)度信息。

（4）UWB

UWB無線通信技術(shù)是以超寬帶的網(wǎng)絡(luò)為載體的，采用的是脈沖的方式，不同于以往的通信信號，這類技術(shù)最早應(yīng)用的是軍事領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，制造成本也在不斷降低，使其能夠在更多的領(lǐng)域之中發(fā)揮作用，例如地質(zhì)勘探、汽車制造等，這種超寬帶的通信技術(shù)對硬件和軟件有著很高的要求，高額的應(yīng)用成本也是UWB沒有在礦山調(diào)度中得到廣泛應(yīng)用的主要原因。與RFID技術(shù)有些類似，也是通過定位標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的采集的，不過脈沖傳輸?shù)母咝?，并不是RFID所能相比的。

2、基于WLAN與GIS技術(shù)的調(diào)度管理

（1）WLAN

WLAN無線通信技術(shù)是以無線電和紅外線技術(shù)為傳播媒介，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、處理與監(jiān)控的，WLAN的安裝方便快捷，只要礦井調(diào)度的環(huán)節(jié)有局域網(wǎng)信號就可以實(shí)現(xiàn)對調(diào)度的控制，當(dāng)安裝設(shè)計出現(xiàn)問題時，也可以靈活的進(jìn)行調(diào)整，不需要對礦井進(jìn)行重新布線，節(jié)約了調(diào)度的成本。基于WLAN技術(shù)的礦山調(diào)度設(shè)備繼承了技術(shù)自身可擴(kuò)展的優(yōu)勢，在技術(shù)更新?lián)Q代的速度很快的時代，企業(yè)也僅僅需要少量的投資就可以實(shí)現(xiàn)對調(diào)度系統(tǒng)的更新。

（2）GIS

GIS不同于傳統(tǒng)的計算類的信息處理系統(tǒng)，空間類的信息管理方式是其最突出的特點(diǎn)，定量、定位、定性三個方面的分析使信息處理更加的準(zhǔn)確。GIS是一種極具動態(tài)性的技術(shù)，但是，空間性的管理模式缺乏相應(yīng)的技術(shù)支持，所以人為操作就顯得比較重要。

在進(jìn)行礦山調(diào)度時，可以向系統(tǒng)終端的管理人員提供員工以及設(shè)備的分布情況，根據(jù)調(diào)度需要可以快速的查找到人員和設(shè)備的位置，跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)，可以將調(diào)度的環(huán)節(jié)納入到終端的監(jiān)控之下，有助于指揮人員對現(xiàn)場的情況的決策和調(diào)度。

三、礦山調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)

1、調(diào)度定位

定位技術(shù)的選擇要根據(jù)礦井環(huán)境以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)情況，無論何種技術(shù)的選擇，都離不開傳感器、中間設(shè)備以及系統(tǒng)終端三種設(shè)備的安裝，需要注意的是，在安裝前應(yīng)對環(huán)境的情況有所了解，在一些惡劣的環(huán)境下安裝要注意安全措施的保護(hù)。

調(diào)度的總體設(shè)計應(yīng)保證調(diào)度的性能的高效，并且操作起來比較方便，根據(jù)近年來無線技術(shù)在礦井調(diào)度上的使用不難看出，調(diào)度的設(shè)計主要集中在定位、生產(chǎn)查詢、系統(tǒng)管理以及日志記錄四個方面，其中，系統(tǒng)管理是調(diào)度系統(tǒng)的主要組成部分，用于礦產(chǎn)生產(chǎn)與調(diào)度的員工、設(shè)備、接入點(diǎn)以及監(jiān)控反饋等環(huán)節(jié)都置于系統(tǒng)管理的控制之下；WIFI應(yīng)用于整個調(diào)度系統(tǒng)的定位以及對員工的監(jiān)控和集中管理，GIS對位置的感覺比較靈敏，應(yīng)用到調(diào)度中心能夠?qū)崿F(xiàn)對某些重點(diǎn)區(qū)域的查看；生產(chǎn)控制系統(tǒng)是調(diào)度系統(tǒng)核心，是調(diào)度的主要操控者，不僅僅包括現(xiàn)場員工和設(shè)備的指揮調(diào)度，而且還包括對生產(chǎn)計劃的制定和管理；最后，通過對生產(chǎn)每個環(huán)節(jié)進(jìn)行記錄，能夠很好的發(fā)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)中存在的問題，包括調(diào)度時間、責(zé)任人、員工出勤、開采量等等，一旦發(fā)生生產(chǎn)事故，也有助于搜救工作的展開和責(zé)任人的確定。

2、井下通信系統(tǒng)

基于TCP協(xié)議的IP電話適用于礦井下的語音通訊，用戶通過在電話中輸入號碼實(shí)現(xiàn)與無線連接，無線網(wǎng)關(guān)會對號碼的來源進(jìn)行確定，來源地明確時即可接入。

由于前端無線通信的架構(gòu)涉及到很多設(shè)備，因此，在進(jìn)行設(shè)備的安裝時要遵循設(shè)備的安裝規(guī)范，切忌馬馬虎虎、大手大腳的行為，設(shè)備運(yùn)行故障往往會影響通信系統(tǒng)的整體運(yùn)行。為了保證通信的可靠性，需要在通信的中間環(huán)節(jié)之中加入UPS，一方面能夠降低突發(fā)情況對系統(tǒng)整體運(yùn)行的影響，例如突然斷電；另一方面也可以消除設(shè)備運(yùn)行過程中的噪音問題，UPS采用集中式的布線方法，對布線的技術(shù)要求比較低，在傳送質(zhì)量上也有所提高[3]。

3、無線網(wǎng)絡(luò)的搭建

目前，應(yīng)用在礦井調(diào)度上的無線通信技術(shù)選擇主要集中在第一代和第三代之上，從管理、安全、功能、成本上不難看出，第三代無線通信要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過第一代，再加上第三代無線通信技術(shù)具有高度的擴(kuò)展性，即便是趕上信息技術(shù)更新較快的階段，也能夠保證技術(shù)跟上時代。

搭建井下的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循以下三個原則，首先是無線接入點(diǎn)的位置選擇應(yīng)遵循全面性的原則，爭取保證接入點(diǎn)能夠覆蓋礦井的所有位置，接入點(diǎn)之間的距離最低應(yīng)保證在300米左右，之所以對距離要求較高，除了節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本之外，主要是防止接入點(diǎn)之間的信號會出現(xiàn)互相干擾的情況。其次，接入點(diǎn)對分配頻率有著明確的要求，具體的頻段大致在2.4GHZ左右，無線局域網(wǎng)受信道的影響，如果接入點(diǎn)在接入信道時有重疊，信號就會受到干擾，因此，在相鄰的接入點(diǎn)之間要保證其信道不重疊。最后，接入點(diǎn)的設(shè)計要面向整個用戶，表現(xiàn)在礦井的調(diào)度上就是礦井的大小，當(dāng)?shù)V井面積較大時，接入點(diǎn)的使用量就會相對比較多，這就要求接入點(diǎn)的容量能夠滿足調(diào)度的要求，就WIFI而言，相鄰的接入點(diǎn)保持在300米即可。

四、結(jié)束語

通信技術(shù)在礦山調(diào)度管理中的應(yīng)用，促進(jìn)了礦山勘采企業(yè)向著網(wǎng)絡(luò)化的方向轉(zhuǎn)型，但是，諸多技術(shù)上的缺陷以及投資成本的增加，都限制了企業(yè)的選擇。為此，加快通信技術(shù)的研發(fā)，對礦山調(diào)度管理具有重要的意義。