基于TD—LTE技術的礦山移動互聯(lián)系統(tǒng)的應用與解析

白立化

摘要：在目前合國家推行煤礦企業(yè)“兩化融合”政策的大環(huán)境下，文章結合煤礦信息化建設的實際需求，通過研究以TD-LTE技術為基礎的礦山移動互聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能及系統(tǒng)特點等，將TD-LTE通信技術有效整合進煤礦信息管理系統(tǒng)，大大提升了系統(tǒng)的效率和安全生平水平，實現(xiàn)了IPv6在礦山系統(tǒng)的應用實踐。整體系統(tǒng)優(yōu)勢體現(xiàn)在：高業(yè)務帶寬、小型化的網(wǎng)絡設備結構、多種融合業(yè)務以及設備的本安型特性。

關鍵詞：無線通信技術；TD-LTE技術；礦山移動互聯(lián)系統(tǒng)；系統(tǒng)功能；系統(tǒng)組成；系統(tǒng)特點

基于TD-LTE技術的礦山移動互聯(lián)系統(tǒng)是以TD-LTE技術為基礎，研究開發(fā)的一種適應煤礦生產(chǎn)環(huán)境的煤礦寬帶無線專網(wǎng)系統(tǒng)以及業(yè)務應用系統(tǒng)。TD-LTE技術是我國具有知識產(chǎn)權的先進移動通信技術，是3G的長期演進。本系統(tǒng)的目標是以先進的技術促進信息化發(fā)展，系統(tǒng)的研究不僅推動了我國煤礦信息化等工業(yè)領域相關技術的應用與發(fā)展，也將切實縮小我國煤炭行業(yè)與發(fā)達國家之間的信息化技術差距，從而加快運用信息技術改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的步伐，通過信息化和工業(yè)化的高層次的深度結合，以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化，促進煤炭行業(yè)兩化融合的發(fā)展應用。

1.系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)包含基于TD-LTE技術，包含適合煤炭行業(yè)應用的系統(tǒng)設備和多種類型終端，包括語音終端、數(shù)據(jù)傳輸終端、視頻終端以及交流平臺，廣泛應用于國內煤礦和露天煤礦，可實時監(jiān)控、指導煤礦作業(yè)與安全生產(chǎn)，實現(xiàn)實施在線檢測與遠程控制管理，在節(jié)省大量人力的同時，提升煤礦現(xiàn)場安全生產(chǎn)作業(yè)水平，從而提高煤礦的安全生產(chǎn)效率。

系統(tǒng)整體網(wǎng)絡結構分為井上和井下2個部分，井下部分的本安型4G基站直接連接到光纖環(huán)網(wǎng)。在某些不便于鋪設光纖的區(qū)域，基站之間可以實現(xiàn)最大6級的級聯(lián)。

2.系統(tǒng)主要功能

2.1基于4G網(wǎng)絡構建完善的企業(yè)信息化和工業(yè)生產(chǎn)管理網(wǎng)絡

構建現(xiàn)行煤礦企業(yè)地面信息網(wǎng)絡（企業(yè)局域、廣域網(wǎng)）與移動網(wǎng)絡之間數(shù)據(jù)交互安全的系統(tǒng)，提升煤礦企業(yè)地面信息網(wǎng)絡的可靠性和安全性，保證現(xiàn)有煤礦井下監(jiān)測、管理移動網(wǎng)絡系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入的安全性。

2.2建立安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級共享和監(jiān)測

在IP網(wǎng)絡上整合井下監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，建立基于移動網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸機制和調度指揮系統(tǒng)，形成井下監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享數(shù)據(jù)資源平臺和調度指揮資源平臺。將生產(chǎn)數(shù)據(jù)與調度數(shù)據(jù)關聯(lián)，調度臺通過輸入生產(chǎn)數(shù)據(jù)的類型，相關調度干系人自動排列顯示。

2.3基于4G移動互聯(lián)辦公系統(tǒng)

基于4G無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，開發(fā)移動互聯(lián)辦公系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)無論是在礦區(qū)還是在遠離礦區(qū)的異地，使用礦用4G手機，可以隨時隨地掌握煤礦各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)和安全信息，從而對煤礦安全生產(chǎn)進行遠程監(jiān)控指揮，實現(xiàn)隨時隨地移動辦公，應用4G移動終端隨時隨地遠程監(jiān)測煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場實時信息，為管理人員提供快速的生產(chǎn)信息通道，為4G在煤礦安全生產(chǎn)和通信技術發(fā)展提供技術依據(jù)，提高了煤炭通信系統(tǒng)的實時性可靠性。

2.4傳感網(wǎng)絡4G接入網(wǎng)關

煤礦井下的傳感器數(shù)量眾多，種類各異且分布廣泛，無論是從成本還是通信網(wǎng)絡的覆蓋，或者是移動通信網(wǎng)絡基站的終端接入能力來看，對所有傳感器/執(zhí)行器實現(xiàn)直接4G的接入代價很高，難以實現(xiàn)。井下短距離多跳的無線傳感器網(wǎng)絡和各種工業(yè)現(xiàn)場總線有非常廣泛的應用，實現(xiàn)這些異構網(wǎng)絡通過TD-LTE對主干網(wǎng)的接入是一種可行的方式。本項目研制基于TD-LTE的通用網(wǎng)關，實現(xiàn)現(xiàn)場各傳感器網(wǎng)絡對TD網(wǎng)絡的接入，支持RS485，CAN，ZIGBEE和WirelessHART等。

2.5基于4G無線/有線一體化調度通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是“智能礦山”實現(xiàn)的重要保障手段，無線/有線一體化調度通信已經(jīng)成為今后的發(fā)展趨勢，提出的是一種集井下移動通訊、視頻監(jiān)控、人員定位、應急救援通信、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、無線/有線一體化調度通信的六網(wǎng)合一的系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化設計方便用戶對各子系統(tǒng)的選擇與擴展，六網(wǎng)合一使系統(tǒng)的整體造價、設備線纜安裝架設工程量、維護量大幅縮減，系統(tǒng)的擴展性大幅增強?；赩oIP通信技術的優(yōu)勢，系統(tǒng)還具備應急通信的功能，系統(tǒng)支持多環(huán)多路由網(wǎng)絡冗余，系統(tǒng)中任意一點的分站、光纜等設備發(fā)生故障或遇災害損壞時，系統(tǒng)具有即時重構自愈功能，故障不影響系統(tǒng)的正常工作。

2.6物流綜合信息平臺的研究開發(fā)

利用RFID，傳感器技術改造物流系統(tǒng)末端網(wǎng)絡，為集團建成一個高效率的基于物聯(lián)網(wǎng)的新型物流信息系統(tǒng)平臺，使企業(yè)決策層可以隨時了解企業(yè)內部經(jīng)營和管理狀況，實現(xiàn)實時監(jiān)控與決策，提高企業(yè)運營效率，帶來綜合經(jīng)濟效益的提高。

3.系統(tǒng)主要特點

基于TD-LTE礦山移動互聯(lián)系統(tǒng)采用目前國家具自主知識產(chǎn)權的4G技術TD-LTE，以“迅速、準確、可靠、方便”為目標，實現(xiàn)煤礦管理人員隨時隨地、實時有效掌握企業(yè)“產(chǎn)、運、銷、安全”等信息，將礦區(qū)安全生產(chǎn)提升到一個新的高度。

3.1高業(yè)務帶寬

TD-LTE系統(tǒng)的上行傳輸速率50Mbps，下行傳輸速率100Mbps，而礦山生產(chǎn)數(shù)據(jù)以上傳為主，本系統(tǒng)針對此需求，所基于的4G技術TD-LTE充分滿足礦山業(yè)務的上行高帶寬數(shù)據(jù)傳輸需求。

3.2小型化的網(wǎng)絡設備結構

系統(tǒng)在基于礦山領域的業(yè)務需求和特點上，將公網(wǎng)TDLTE系統(tǒng)中的很多個通信網(wǎng)元集成到一個小型化的電信級平臺中，使設備具高集成度，體積小，重量輕。在礦山運作環(huán)境下，運輸、安裝、維護更加方便。

3.3多種融合業(yè)務

基于TD-LTE礦山移動互聯(lián)系統(tǒng)融合多種業(yè)務，具有豐富的應用：（1）語音業(yè)務、短消息業(yè)務、分組業(yè)務、可視電話等增強業(yè)務。（2）視頻調度功能、語音調度功能、調度會議、組呼、錄音、監(jiān)聽等功能。（3）支持專網(wǎng)內移動電話的互通，支持專網(wǎng)內移動電話與固定電話的互通，支持專網(wǎng)與公網(wǎng)的互通。（4）支持寬帶數(shù)據(jù)的接入，可搭載人員定位、高清圖像、環(huán)境監(jiān)測等數(shù)據(jù)的傳送。（5）提供開放的接口，支持與行業(yè)企業(yè)現(xiàn)存管理系統(tǒng)互通，支持與移動互聯(lián)業(yè)務應用互通。

4.結論

移動與固定應用產(chǎn)業(yè)的結合將是煤礦安全生產(chǎn)管理未來的發(fā)展趨勢，也將成未來我國的煤炭企業(yè)實力提升的巨大機遇。如語音通信、無線調度、視頻監(jiān)控、移動無線環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控、礦井設備監(jiān)控、生產(chǎn)自動控制、生成數(shù)據(jù)遠程采集、煤礦移動生產(chǎn)辦公等領域。但是上述這些技術由于沒有較好的通信承載平臺，目前在煤礦的應用都是分散的，每項應用的開展都是獨立的，這給煤礦通信系統(tǒng)的建設、維護和運營帶來諸多的不便。高帶寬、支持語音、數(shù)據(jù)和圖像多媒體業(yè)務的第4代4G移動通信系統(tǒng)是當前無線移動通信系統(tǒng)應用和發(fā)展的主流。如果以4G的主流技術TD-LTE作為承載平臺，將上述離散的技術或應用進行高度的集成，形成一個面向智能化礦山安全生產(chǎn)管理的寬帶多媒體無線傳輸系統(tǒng)，則可以預計，必定會給煤礦安全生產(chǎn)信息化建設提供有力的支持。endprint