通过采用OPM技术实现矿下定位和应急通讯的解决方案

在认知无线网络（Cognitive Radio）领域处于领导地位的欧麦斯通信（总部位于加拿大多伦多市）面向智慧矿山应用，基于自有的OPM（Opportunistic Mesh） 技术，开发出业内实时性最高的矿下定位于应急通讯系统参考设计。

OPM技术简介：

OPM技术是基于机会认知机制的智能无线网络（Opportunistic Mesh），OPM网络的每个节点自动机会地使用网络资源：包括无线频谱资源和无线站。网络节点在传输每一个数据包的同时亦在检测下一个数据包传输可以使用的最佳路径和无线频带。如果当下的物理信道被干扰，网络节点会在毫秒级的时间切换的另一个可用信道。这样网络资源的利用可以达到其瞬间最大值。通过建立新的跨层协议栈设计，在技术上OPM对传统无线网络的改造，从而大大地提高了网络扩展性和抗干扰性。网络带宽在经过多个节点后（多跳）保持稳定。在下面的量化图表中可以看到OPM网络这两方面的明显优势。

OPM这些特性对矿下定位和应急通讯方案有非常大的意义。

基于OPM技术的矿下实时定位系统参考设计特性

以OPM适机认知无线网络技术为代表的第三代井下人员定位管理系统在第二代系统的基础上实现三大功能的根本技术革新：

在相同网络拓扑的情况下，OPM比传统Zigbee组网技术系统容量提高十倍以上，定位卡可实现1-2秒定位一次的实时定位跟踪，大大提高实时定位精度和实时人员定位效果。

布设（临时）定位基站可不用布设有线（光纤、网线等）连接，无线基站通过OPM无线自组网可以和系统互联，并且可以无线多跳中继的方式扩大无线网络范围，不影响网络容量及定位效果。在没有有线连接的采掘面等位置布点可真正实现井下无线网络全覆盖。

在发生事故的情况下，如有线网络（光纤、网线等）中断，定位基站可通过OPM自组网方式无线互联，人员定位信息仍能传递到井上供指挥中心及搜救人员实时跟踪被困人员的位置；即便是发生塌方事故的情况下，搜救人员在挖掘搜救通道的时候可以通过瞬时布点（无线定位基站）的方式恢复井下人员定位网络的通信畅通找出被困人员位置，同时系统也能为井上指挥中心提供搜救人员的实时定位信息。

综上所述，基于OPM技术的定位系统，不但能在正常情况下运行，还能在网络线路被破坏的非正常情况下，实现应急通讯和定位的功能。这对矿下应用非常重要，可以作为矿下通信系统的最后一道防线，与矿下其他如3G，WiFi等语音和宽带数据传输为主的通信网络，没有功能上的重复。此外，OPM网络便捷的组网方式，也适合在煤矿施工初期，作为临时通讯定位使用。

基于OPM技术的矿下实时定位系统参考设计概述

OPM矿用实时定位管理系统分井上部分和井下部分，系统亦可根据客户的不同需求定制部分硬件和软件。

井上部分为矿产公司设在井上的定位服务器，定位显示终端等，本系统接口软件可与原用户定位软件对接。接口软件负责与井下系统进行通信，收集与传输信息，并通过客户定义的命令接口或者数据库接口更新数据到定位服务器或者定位终端的GIS系统。同时接收客户的命令或数据并传到井下的基站和定位卡。

井下部分包含定位基站和定位卡：基站可以是常设基站，也可以是临时基站。常设基站安装推荐连接本安型直流稳压电源和断电备用电池，并连接有线网络（基站板卡带以太网接口）。临时基站无需连接稳压电源和有线网络，可由电池供电并持续工作一周以上，并通过OPM无线网络连接到系统。在紧急情况下，比如断电断（有线）网的情况下，常设基站可自动转成临时基站，保证系统通信畅通。根据矿内实际情况，常设基站亦可不连接有线网络（光纤、网线等）。

基站之间通过以太网（TCP/IP）或者OPM无线网络连接将定位卡信息上传至井上的定位服务器，实现矿内人员的实时定位管理。使用14dBi平板天线，基站之间的单跳（无中继）无线通信覆盖距离可达1公里，一般推荐井下布点距离为200米，实现矿内无线全覆盖。基站同时可连接瓦斯检测等传感设备，并可与矿内其它无线通信设备，如WiFi， 3G， 等良好共存，可共用天线。单个基站故障不会影响系统的正常工作，系统并可及时诊断定位故障基站。

矿内人员或设备携带定位卡，定位卡定时与周围基站进行无线连接，收发控制及定位等信息。定位卡同时支持发送报警信号和接受撤退信号，高端定位卡可支持应急语音通信。定位卡带低电报警功能，单次充电连续工作时间可达1年（取决于定位扫描间隔时间）。

系统整体设计符合AQ标准，系统设计性能如下：

在硬件上，定位卡和基站组成定位系统的主要硬件部分。

定位卡分为几种类型：

定位卡（60X38mm）

基本型：2个LED输出和2个按钮输入。按钮输入分别为服务器对卡的警告的确认按钮和卡自身的报警按钮。定位卡带可编程MCU，和USB端口（可传输传感器数据，比如瓦斯传感器等）。

简易型：2个LED输出和2个按钮输入。按钮输入分别为服务器对卡的警告的确认按钮和卡自身的报警按钮。定位卡不带应用MCU，USB端口仅用于充电和定位卡配置。

全功能型：相比基本型，LED升级为液晶显示或者OLED显示和增加上下翻页功能键，同时支持定位卡与服务器的应急语音通信。

定位卡选可采用板载天线或者增强型陶瓷天线设计。

定位基站按有无外接电源分为常设基站和临时基站。常设基站由电缆供电可持续工作，临时基站则是电池供电工作一周以上（电池容量12V20Ah）。供电电压为4.8V至12V。基站硬件组成如下所示。若选择临时基站，则配置电池并可以省略以太网接口和485总线接口。

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