ШАХТНАЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА
MINE TELECOMMUNICATION SYSTEM

Изобретение относится к радиотехническим системам и сетевым технологиям и может быть использовано в подземных выработках в качестве автоматизированной телекоммуникационной системы связи, мониторинга обстановки шахты и своевременного оповещения об опасности.
Известна система шахтной связи (патент RU №2508449, опубл. 27.02.2014) содержащая устройство распознавания и формирования команд управления, по меньшей мере, один терминал наблюдения, приспособленный для информирования оператора и получения от него управляющих команд, связанный с устройством распознавания и формирования команд управления, соединенные метки УВЧ и НЧ диапазонов, переносимые горнорабочими, и датчики состояния окружающей среды, распределенные по подземной выработке и связанные по каналам связи с устройством распознавания и формирования команд управления, отличающаяся тем, что содержит соединенные ретрансляторы УВЧ и НЧ диапазонов, выполненные с возможностью ретрансляции сигналов соединенных меток УВЧ и НЧ диапазонов, а также сигналов других соединенных ретрансляторов УВЧ и НЧ диапазонов на используемой частоте того же диапазона, или на используемой частоте другого диапазона, распределенные по подземной выработке и связанные по каналам связи с устройством распознавания и формирования команд управления.
Недостаток данной системы состоит в обширной подземной инфраструктуре, состоящей из большого количества устройств разного типа, как следствие система не надежна и экономически не эффективна в использовании. А также, человеческим фактором, обусловленным наличием одного или нескольких операторов, наблюдающих за параметрами окружающей среды, перемещением горнорабочих в зоне контроля, отдающих команды управления и сообщения оповещения об опасности.
Известна автоматизированная система управления и контроля производственных процессов, окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках (патент RU №2180941, опубл. 27.03.2002), характеризующаяся тем, что она осуществляет контроль и управление технологическими процессами в подземных выработках по каналам проводной и радиосвязи в автоматическом режиме и по запросам, при этом ЭВМ пульта управления системы оснащена программным обеспечением "СМОГ", станции сбора и передачи информации, распределенные по подземной выработке и соединенные с пультом управления информационной магистралью, оснащены приемниками кодированных радиосигналов и датчиками состояния окружающей среды, распределенными по подземной выработке, а горнорабочие оснащены передатчиками кодированных радиосигналов ограниченного радиуса действия, вмонтированными в головные светильники, с возможностью осуществления непрерывного контроля за состоянием окружающей среды и местоположением горнорабочих в подземных выработках и использования этой информации для управления производственными процессами.
Недостатком системы является низкая эффективность и надежность системы, так как радиосигналы между станциями сбора и передачи информации распространяются вдоль подземной выработки и в случае нарушения прохождения радиосигналов, например, из-за завала, система перестает работать.
Известна шахтная система мониторинга, оповещения и определения местоположения горнорабочих (патент RU №2401947, опубл. 20.10.2010) содержащая, по меньшей мере, одно устройство распознавания и формирования команд управления, по меньшей мере, один терминал наблюдения, приспособленный для информирования оператора и получения от него управляющих команд, связанный с устройством распознавания и формирования команд управления, соединенные метки УВЧ и НЧ диапазонов, переносимые горнорабочими, а также датчики состояния окружающей среды, устройства приема-передачи сигнала меток УВЧ диапазона, устройства активации меток НЧ диапазона и устройства распознавания сигнала меток НЧ диапазона, распределенные по подземной выработке и связанные по каналам связи с устройством распознавания и формирования команд управления.
Недостатком является то, что система обеспечивает контроль местоположения горнорабочих в штатном режиме работы шахты с использованием штатных каналов связи, но утрачивает возможность контроля местоположения горнорабочих при нарушении (из-за завалов) работы штатных каналов связи в аварийном режиме работы шахты.
Известна автоматизированная система связи (патент RU №2473812, опубл. 27.01.2013)), содержащая станции сбора и передачи информации с пультом управления с персональным компьютером и программным обеспечением, М проводных каналов связи, отличающаяся тем, что каждый канал связи включает страховочный трос, первый и второй приемопередатчики, каждый из которых содержит антенну, выполненную в виде металлического стержня, покрытого слоем диэлектрика, страховочный трос изготовлен в виде плетеных нейлоновых нитей и многожильного металлического проводника, покрытого слоем диэлектрика, при этом приемопередатчики размещены по концам страховочного троса и гальванически подключены к многожильному металлическому проводнику страховочного троса либо не имеют гальванического контакта с многожильным металлическим проводником страховочного троса и связаны с ним по радиоканалу через антенны.
Недостатком системы является наличие передатчиков радиосигналов ограниченного радиуса действия, вмонтированных в головные светильники горнорабочих. Вследствие удаления шахтеров на значительное расстояние от приемопередатчиков, подключенных к страховочному тросу, связь между объектами пропадает.
Известна система мониторинга объектов в шахтах (патент RU №2636571, опубл. 23.11.2017), состоящая по меньшей мере из одного центрального контроллера с соответствующим программным обеспечением, находящегося вне шахты и связанного с множеством считывателей, расположенных в фиксированных местах ретрансляции по всей шахте и связанных, в свою очередь, с множеством транспондеров (меток), прикрепленных к объектам мониторинга, причем между считывателями и транспондерами установлена двухсторонняя высокочастотная беспроводная связь, отличающаяся тем, что каждый транспондер совмещен с приемником низкочастотного сигнала аварийного оповещения и работает в режиме запроса, содержащего код обратного отсчета времени и код вычисления времени ответа в пределах интервала ожидания.
Недостаток данной системы состоит в том, что между центральным контроллером и считывателями установлена проводная связь и вследствие аварийного обрыва кабеля часть системы перестает работать.
Известен шахтный комплекс аварийной связи (патент RU №2382203, опубл. 20.02.201), принятая за прототип, на базе беспроводной сенсорной сети, содержащий на поверхности шахты блок управления командного пункта с телефонным аппаратом и телефонную линию, соединяющую блок управления с подземными абонентами, а в подземной выработке содержащий беспроводную сенсорную сеть, состоящую из вычислительно-коммутационных радиоустройств - ретрансляторов, количество которых в комплекте зависит от длины контролируемой выработки, и оконечного радиоустройства, отличающийся тем, что, с целью создания эффективного речевого радиоканала в подземных условиях, в него введены два или более абонентских устройства, размещаемых в индивидуальных осветительных приборах шахтера, адаптер и искробезопасное устройство гальванического разделения цепей, при этом адаптер с одной стороны подсоединяется к двухпроводной телефонной линии, а с другой стороны через устройство гальванического разделения соединяется с оконечным радиоустройством.
Недостаток данной системы состоит в том, что блок управления командного пункта с телефонным аппаратом может поддерживать связь в режиме реального времени только с одним абонентом с невозможностью определения местоположения последнего.
Технический результат заключается в повышении надежности и автоматизации системы мониторинга и передачи данных телеметрии для своевременного оповещения шахтеров о возможных угрозах для жизни и здоровья.
Технический результат достигается тем, что дополнительно содержит подземный автоматизированный пункт управления с экспертной системой, соединенный с наземным блоком управления командного пункта кабелем передачи данных и с беспроводной сенсорной сетью посредством канала радиосвязи, в качестве радиоустройств-ретрансляторов используются маршрутизаторы беспроводной связи, входящие в состав контроллеров, как индивидуальных устройств шахтеров, так и мобильных робототехнических платформ, к входам / выходам каждого контроллера подключен блок датчиков состояния окружающей среды и видеокамера для мониторинга обстановки шахты и местоположения шахтеров в режиме реального времени. Шахтная телекоммуникационная система поясняется следующей фигурой:
фиг. 1 - структурная схема устройства;
фиг. 2 - функциональная схема устройства, где:
1 - блок управления командного пункта;
2 - кабель передачи данных;
3 - подземный автоматизированный пункт управления;
4 - индивидуальное устройство шахтера;
5 - мобильная робототехническая платформа;
6 - контроллер;
7 - маршрутизатор беспроводной связи;
8 - видеокамера;
9 - блок датчиков состояния окружающей среды.
Шахтная телекоммуникационная система, содержащая на поверхности шахты блок управления командного пункта 1 (фиг. 1, 2), а в подземной выработке содержащая беспроводную сенсорную сеть, состоящую из вычислительно-коммутационных радиоустройств - ретрансляторов, количество которых в комплекте зависит от длины контролируемой выработки дополнительно содержит подземный автоматизированный пункт управления 3 с экспертной системой, соединенный с наземным блок управления командного пункта кабелем передачи данных 2 и, посредством канала радиосвязи, с беспроводной сенсорной сетью, состоящей из индивидуальных устройств шахтеров 4 и мобильных робототехнических платформ 5. Каждое индивидуальное устройство шахтера 4 и каждая мобильная робототехническая платформа 5 имеют в своем составе контроллер 6, содержащий маршрутизатор беспроводной связи 7 для передачи данных по каналу радиосвязи между индивидуальными устройствами шахтеров 4, мобильными робототехническими платформами 5 и подземным автоматизированным пунктом управления 3. К входам и выходам каждого контроллера 6, для мониторинга обстановки шахты и местоположения шахтеров в режиме реального времени, подключена видеокамера 8 и блок датчиков состояния окружающей среды 9, в состав которого входят датчики давления, температуры, влажности, освещенности, вибрации, задымленности, огня и концентрации веществ (метана).
Шахтная телекоммуникационная система работает следующим образом. В процессе производственных работ в подземной выработке группа шахтеров, имеющих при себе индивидуальные устройства 4 (фиг. 2) для мониторинга обстановки шахты и радиосвязи, перемещаются в различных направлениях. По мере удаления шахтеров друг от друга радиосвязь ухудшается. В этой связи необходимо наличие ретрансляторов, которые используются в ближайших аналогах данной заявляемой системы в неподвижном состоянии и выполняют, преимущественно, одну единственную функцию ретрансляции сигналов, а в случае аварийной ситуации (завала) перестают функционировать. В данной заявляемой системе роль ретрансляторов выполняют маршрутизаторы беспроводной связи 7 (фиг. 1), установленные на автономных мобильных робототехнических платформах 5, самостоятельно определяющих целесообразность их местоположения в зависимости от местонахождения шахтеров при помощи эволюционных алгоритмов моделирования и оптимизации и бионических алгоритмов комбинаторной оптимизации, в отличии от ближайших аналогов, в зависимости от технического задания на устройство и технических условий, выполняющих, функции мониторинга обстановки шахты и местоположения шахтеров в режиме реального времени с дополнительным оповещением шахтеров о возможной опасности по каналу радиосвязи. Данные видеосъемки и телеметрии от видеокамер 8 и блоков датчиков окружающей среды 9, подключенных к контроллерам 6, входящих в состав индивидуальных устройств шахтеров 4 и мобильных робототехнических платформ 5 по беспроводной сети посредством маршрутизаторов беспроводной связи 7 дополнительно передаются в автоматизированный пункт управления 3, содержащий экспертную систему, которая выполняет роль эксперта и, в свою очередь, может принимать необходимые решения в соответствии с обстановкой и уровнем опасности в шахте. Далее по кабелю передачи данных 2 данные дополнительно передаются в блок управления командного пункта 1, с, по меньшей мере, одним оператором, наблюдающим данные телеметрии и поступившие видеоизображения на телеэкране (на фиг. 1 и 2 не указан) и, по мере возникающей угрозы, в соответствии с заранее прописанной инструкцией, отдающим дополнительные команды системе.