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KT362矿用无线透地通信系统技术研究报告山西浩宇龙晟电子科技有限公司二〇一五年三月鉴定资料之二：技术研究报告目录第一章项目研究的必要性和重要性1.1项目实施的必要性和重要性1.2国内外相关研究进展和取得的成果第二章技术方案和技术路线第三章所解决的关键技术和创新点第四章国内外同类研究对比分析第五章推广价值及应用情况第六章社会、经济效益分析第七章存在的问题及下一步计划1.项目研究的必要性和重要性1.1项目实施的必要性和重要性目前，国际市场上研发双向透地通信的企业屈指可数。主要原因在于国际矿山安全市场对透地通信需求欠缺，只有一个例外，那就是中国。国际矿山大国如澳大利亚、美国、智利、南非等都以预防为主，基本能通过先进的安全操作要求规程要求规范管理，达到提前预防矿难发生。而中国矿山面临的最大问题就是管理不健全，不完整，以产量为主要目的，从而导致很多可以避免的矿难还是造成了伤亡。矿难发生之后，政府以及矿山却很愿意不计成本的开展救援工作，矿难发生之后，井下断电，导致人员定位和原有的有线通信系统丧失工作条件。导致救援困难，无法及时施救。随着安全意识的提高，中国于2008年底开始引入救生船概念（由中税牵头），用于提升井下安全环境。但救生船只能解决逃生问题，还是无法解决逃生问题。这就迫切需要一个能进行透地通信的设备，用于在矿难发生之后联络井下被困人员。现今我国矿井灾变后的救援通信还停留在铺设有线通信线路，在可视范围内布置无线通信装置等阶段。但实际救援时，现场恶劣情况和有限的救援“黄金72小时”使得上述两种方式不合时宜、徒劳无功。而通过预先布置的地面和井下的透地通信系统，可在第一时间与被困人员取得联系，传递生命信号，打通生命通道。1.2国内外相关研究进展和取得的成果当前煤矿井下通信系统主要由有线调度电话系统、无线通信系统（Wi-Fi、3G、4G等）、广播系统等组成，其中：无线通信系统、广播系统的基站之间均为有线通信，只是终端设备与基站为无线通信。一旦发生突发事件时，井下基站之间的传输光缆有可能被砸断，导致通信系统被破坏，造成人员、财产救护工作受阻。无线透地通信系统提供了革命性的技术手段，独有的、实时的、双向的语音和数据通信技术，满足了矿山井下与地面的通信需求，为救生舱/避难硐室与地面通信、矿山救援、远程监测和控制等煤矿井下应用提供了专用的透地、穿岩的通信链路。目前，该技术属于国际领先、国内首创。2.技术方案和技术路线KT362矿用无线透地通信系统是利用本身发射的甚低频信号穿透岩（煤）层到达地下，即靠无线电磁波穿透大地岩（煤）层，通过磁导链接无线通信方式，实现双向语音和文本数据的通信。可以组成点对点的双向通信链路，从而实现垂直方向或水平方向等不同角度的透地通信。2.1系统结构该系统主要由：地面终端设备AGU、井下终端设备BGU、发射天线、接收天线、耳机、键盘等组成（见下图）。KT362系统连接示意图如上图所示，本系统包括井下设备与地面设备两部分，井下主要设备包括矿用隔爆兼本安型无线透地通信主机、矿用本安型计算机键盘；井上设备包括无线透地通信地面主机等。2.2产品特点本系统具有安装方便、自动连接、通信稳定、双向语音通信清晰、穿透岩层距离远等特点。●穿透岩石等固体物质的实时双向语音、数据的非视距无线通信●与现有的UHF/VHF对讲、采集传感控制设备、头戴耳机话筒器等能配合使用●双向语音传输距离300-450m、文本数据传输距离300-650m●双向传输速率可达1kb/s，支持SPR语音编码（速率800bps+）●多种可选数据接口，包括RS485、RS232、USB、以太网等●采用甚低频2KHz～6KHz●内置Linux平台和API接口，文本或文本到语音的人机对话功能●防护等级：IP67，适用于恶劣环境●隔爆兼本安型地下部分组成框图地上部分组成框图2.3产品介绍无线透地通信主机●工作电压：12.5VDC●接口形式：RS485、USB、语音麦克接口●无线传输工作频率：2～6KHz●内部电池供电，工作时间：≥12小时矿用本安型耳机、麦克风●具有PTT功能●工作时峰峰值电压：≤5.2VACKT362-Z矿用隔爆兼本安型无线透地通信主机●防爆类型：矿用隔爆兼本质安全型Exd[ib]IMb●工作电压：127VAC●接口形式：RS485、USB、语音麦克接口●无线传输工作频率：2～6KHz●内部电池供电，工作时间：≥8小时矿用本安型矿用本安型计算机键盘●额定电压：DC5V●工作电流：≤200mA●传输方式：USB●通信通道：1路●最大传输距离：2.4工作的组织与管理公司成立了课题组，人数20人，历时3年对透地通信项目设备与系统进行了研究，并进行了一系列的前期试验，试验如下。a)测试地点：金厂峪金矿测试内容：双向语音通信、双向文本通信等技术测试。测试结果：设备穿透280m岩层实现双向语音、文本通信。矿用本安型计算机键盘矿用本安型计算机键盘矿用本安型计算机键盘b)测试地点：榆林煤矿测试内容：双向语音通信、双向文本通信等技术测试。测试结果：设备穿透300m岩层实现双向语音、文本通信。c)测试地点：河北外石路测试内容：进行设备的接收灵敏度与接收极限测试。测试结果：设备在700米远距离成功同步实现双向语音、文本通信。d)测试地点：重庆礼嘉地铁站，地铁内部为钢结构隧道，纵深度为48米测试内容：进行设备的接收灵敏度与接收极限测试。测试结果：语音通讯清晰流畅，文本消息没有乱码漏字。3.所解决的关键技术和创新点解决了甚低频2kHz～6kHz透地传输技术，在国内矿井航道复杂的情况下实现产品化并通过煤安认证。4.国内外同类研究对比分析国外透地通信技术还不成熟，尤其国外不了解国内矿井的情况，很难解决国内矿井透地通信的问题。5.推广价值及应用情况a)隧道塌方救援现场，电力、通信线路完全瘫痪，实现地面与地下的垂直双向联系或者横向双向通信。b)地铁、隧道施工时地下施工工作面与其他相关人员或者指挥中心的双向通信。c)消防救护，主要应用于突发性灾难事故现场，在没有有效的通信设施情况下，使用此便携式无线穿岩通信设备建立及时有效的通信通道，使受困人员进行双向通信，为救援救护争取时间。以上情况试验中均已实现。6.社会、经济效益分析应急情况下透地通信弥补了其他通信的缺陷，避免人生、财产的损失，节约了人力资源和社会资源，也给企业带来经济效益。7.存在的问题及下一步计划井下设备供电对透地通信干扰直接影响通信质量与通信距离。下一步接收分两路，其中一路专门接收干扰信号，另一路接收信号与干扰，至接收内部将干扰有效去除，能有效解决干扰与通信质量、通信距离的矛盾。