СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ В ШАХТАХ Российский патент 2017 года по МПК H04W4/04 

Заявляемое техническое решение относится к системам учета и контроля объектов, находящихся в подземных выработках, а именно к системам слежения за перемещением шахтеров, шахтного оборудования и транспорта в целях определения их местоположения, обеспечения двухсторонней связи, повышения безопасного состояния работ в шахтах и эффективности спасательных операций.

Известно, что горным работам под землей присущи возникновения аварийной ситуации и наличие рисков вследствие взрыва метана или угольной пыли, наводнения, загазованности и т.д. Безопасность работ в шахтах и эффективность спасательных операций зависит от быстроты реагирования, что достигается наличием подходящих подземных коммуникаций, обеспечивающих качественный мониторинг работы находящихся под землей шахтеров, шахтного оборудования (например, буровых установок) и транспорта.

Кроме того, существуют многочисленные проблемы в использовании беспроводной связи под землей. Технология GPS здесь просто не работает, сигналы радиооборудования имеют многочисленные помехи, причем необходимы высокая безопасность, надежность и пропускная способность систем мониторинга при большом количестве контролируемых объектов в шахте.

Известна беспроводная шахтная система отслеживания и мониторинга объектов по заявке US №2008137589 (А1), патент US №8294568 (В2), H04W 04/04; H04W 4/22; H04W 64/00; H04W 84/12, опубл. 10.07.2006, содержащая, по меньшей мере, один центральный контроллер с соответствующим программным обеспечением, установленный вне шахты, на уровне шахтоуправления, по меньшей мере, один контроллер местоположения подсети, установленный в шахте и электронно связанный с центральным контроллером, множество считывателей, расположенных в фиксированных местах записи по всему подземному руднику, и множество транспондеров (меток), которыми снабжены шахтеры и подземное оборудование. При этом каждая магистральная беспроводная подсеть состоит из 25 беспроводных точек доступа (WAPS) и легко может быть увеличена в размерах и масштабах для охвата любого расстояния под землей.

Данная система позволяет осуществлять беспроводную двухстороннюю высокочастотную связь с персоналом, работающим в шахте, отслеживать возникновение чрезвычайных ситуаций, обладает быстродействием и высокой отказоустойчивостью, отвечает условиям искробезопасности и выбрана за ближайший аналог.

Недостатком ближайшего аналога является наличие подсети, состоящей из дополнительных контроллеров, обеспечивающих беспроводную связь с центральным контроллером, но усложняющих и удорожающих систему, а также использование исключительно одного вида связи, высокочастотного, решающего задачу мониторинга объектов только в зоне досягаемости сигнала (зона «прямой видимости»), ограниченной преградой из горных пород, поскольку высокочастотный сигнал не проходит через толщу горных пород и не может обнаружить объект, находящийся за углом горной выработки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение и повышение надежной работы системы для любых видов связи и условий распространения сигнала.

Достигаемый технический результат заключается в возможности использования преимуществ высокочастотной и низкочастотной связей и исключении негативного влияния данных сигналов друг на друга при работе системы.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что система мониторинга объектов в шахтах состоит, по крайней мере, из одного центрального контроллера с соответствующим программным обеспечением, находящегося вне шахты и связанного с множеством считывателей, расположенных в фиксированных местах по всем горным выработкам шахты, которые, в свою очередь, связаны с множеством транспондеров (меток), прикрепленных к объектам мониторинга, причем между считывателями и транспондерами установлена двухсторонняя высокочастотная беспроводная связь.

В отличие от ближайшего аналога каждый транспондер заявленной системы 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.

При этом запрос может быть сформирован в форме группового запроса, состоящего из серии одиночных запросов.

Кроме того, между центральным контроллером и считывателями установлена проводная связь.

Считыватели могут быть расположены как на стенах, так и (или) на кровле горных выработок, а транспондерами (метками) могут быть оборудованы как снаряжение шахтеров, например головной светильник, так и находящиеся в шахте оборудование и транспортные средства, например кабина водителя.

Наличие высокочастотной связи обеспечивает функции позиционирования (мониторинга) и двухсторонней передачи данных.

Наличие низкочастотной связи обеспечивает более надежное аварийное оповещение.

Наличие режима запроса, например группового, состоящего из серии одиночных запросов, каждый из которых содержит код обратного отсчета времени и код вычисления времени ответа в пределах интервала ожидания, позволяет согласовать работу двух независимых каналов связи: высокочастотного и низкочастотного, исключить их негативное влияние друг на друга, а также упорядочить ответы меток.

Наличие беспроводной связи между подвижными метками и неподвижными считывателями повышает ее удобство и качество.

Наличие проводной связи между центральным контроллером и считывателями позволяет упростить систему за счет исключения контроллеров местоположения подсети.

Сущность заявленного решения поясняется чертежом, на котором изображена общая схема работы системы.

Система мониторинга объектов в шахтах содержит, по меньшей мере, один центральный контроллер 1 с соответствующим программным обеспечением, расположенный на поверхности, вне шахты, например, в управляющем офисе, и соединенный посредством проводов с множеством считывателей 2, установленных по всем горным выработкам шахты в местах ретрансляции, например стенах и потолке шахты, и связанных двухсторонней беспроводной высокочастотной связью с транспондерами (метками) 3, которыми оснащены контролируемые объекты 4 (персонал шахты, оборудование и транспорт, работающие под землей), причем каждый транспондер 3 дополнительно оснащен приемником низкочастотного сигнала аварийного оповещения 5 и работает в режиме группового запроса, состоящего из серии одиночных запросов, каждый из которых содержит свой код обратного отсчета времени и код вычисления времени ответа в пределах интервала ожидания.

Система работает следующим образом.

С целью контроля и мониторинга объектов 4, находящихся в шахте, каждый считыватель 2 с интервалом 2 мс посылает групповой запрос, состоящий из серии одиночных запросов в количестве 20 шт., ожидающим транспондерам (меткам) 3, содержащим приемники 5, расположенные на подвижных и неподвижных объектах 4, что обеспечивает гарантированное получение каждым приемником 5 сигнала запроса от считывателя 2 и, соответственно, передачу гарантированного ответа, используя, в отличие от ближайшего аналога, преимущества высокочастотной и низкочастотной связей и исключая при этом их негативное влияние друг на друга за счет соблюдения порядка последовательности запросов. Причем каждый одиночный запрос содержит определенный код, устанавливающий момент начала режима приема ответов от приемников 5, и код начала момента синхронизации (обратного отсчета времени). Любой из приемников 5, получивших запрос, в течение периода ожидания, составляющего, примерно, 4 с, передает направившему этот запрос считывателю 2 ответ, согласно своему индивидуальному номеру (коду), избегая, таким образом, наложения помех от приемников 5 других транспондеров 3. Упомянутый считыватель 2 согласно заданной очередности получает ответы от приемников 5 каждого контролируемого транспондера 3. Затем цикл повторяется. Вся полученная считывателями 2 информация собирается центральным контроллером 1.

Такая система мониторинга контролируемых объектов в шахтах позволяет передавать сигналы, в том числе об аварии, как по высокочастотному, так и по низкочастотному каналам связи, увеличивая надежность работы за счет возможности дублирования каналов и обеспечивая отслеживание большого количества объектов.

Система обладает быстродействием и отказоустойчивостью даже в очень тяжелых условиях угольных шахт, поскольку, в случае повреждения части сети, оставшаяся часть системы продолжит работу в обычном режиме. Может быть использована в горных выработках шахт любой протяженности. Все элементы, входящие в систему, обладают длительным сроком службы. Может совмещать источник питания от проводной сети с переходом на резерв от аккумулятора. Система способна определять местоположение каждого шахтера каждые 8 с, обладая высокой скоростью отслеживания объектов. Является более простой и коммерчески доступной технологией по сравнению с ближайшим аналогом за счет исключения подсети контроллеров, имеет низкую стоимость обслуживания. Обеспечивает отслеживание объектов в реальном времени с соблюдением всех требований безопасности, включая электро-, взрыво- и искробезопасность. Прошла необходимые испытания и предназначена для практического использования.

Заявляемое техническое решение относится к системам учета и контроля объектов, находящихся в подземных выработках, а именно к системам отслеживания в режиме реального времени за местонахождением шахтеров, шахтного оборудования и транспорта в целях обеспечения двухсторонней связи, повышения безопасного состояния работ в шахтах и эффективности спасательных операций. Система мониторинга объектов в шахтах включает по меньшей мере один центральный контроллер с соответствующим программным обеспечением, находящийся вне шахты и связанный посредством проводов с множеством считывателей, расположенных в фиксированных местах ретрансляции по всей шахте, которые, в свою очередь, связаны посредством двухсторонней высокочастотной беспроводной связи с множеством транспондеров (меток), прикрепленных к объектам мониторинга, находящимся в шахте, при этом 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. Заявляемая система повышает надежность связи за счет использования и, при необходимости, дублирования двух каналов: высокочастотного и низкочастотного, обеспечивая при этом отслеживание большого количества объектов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система мониторинга объектов в шахтах, 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.

2. Система по п. 1,отличающаяся тем, что транспондер работает в режиме группового запроса, состоящего из серии одиночных запросов, каждый из которых содержит свой код обратного отсчета времени и код вычисления времени ответа в пределах интервала ожидания.