基于TD—LTE技术的矿山移动互联系统的应用与解析
白立化
摘要：在目前合国家推行煤矿企业“两化融合”政策的大环境下，文章结合煤矿信息化建设的实际需求，通过研究以TD-LTE技术为基础的矿山移动互联系统的系统组成、系统功能及系统特点等，将TD-LTE通信技术有效整合进煤矿信息管理系统，大大提升了系统的效率和安全生平水平，实现了IPv6在矿山系统的应用实践。整体系统优势体现在：高业务带宽、小型化的网络设备结构、多种融合业务以及设备的本安型特性。
关键词：无线通信技术；TD-LTE技术；矿山移动互联系统；系统功能；系统组成；系统特点
基于TD-LTE技术的矿山移动互联系统是以TD-LTE技术为基础，研究开发的一种适应煤矿生产环境的煤矿宽带无线专网系统以及业务应用系统。TD-LTE技术是我国具有知识产权的先进移动通信技术，是3G的长期演进。本系统的目标是以先进的技术促进信息化发展，系统的研究不仅推动了我国煤矿信息化等工业领域相关技术的应用与发展，也将切实缩小我国煤炭行业与发达国家之间的信息化技术差距，从而加快运用信息技术改造提升传统产业的步伐，通过信息化和工业化的高层次的深度结合，以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，促进煤炭行业两化融合的发展应用。
1.系统组成
本系统包含基于TD-LTE技术，包含适合煤炭行业应用的系统设备和多种类型终端，包括语音终端、数据传输终端、视频终端以及交流平台，广泛应用于国内煤矿和露天煤矿，可实时监控、指导煤矿作业与安全生产，实现实施在线检测与远程控制管理，在节省大量人力的同时，提升煤矿现场安全生产作业水平，从而提高煤矿的安全生产效率。
系统整体网络结构分为井上和井下2个部分，井下部分的本安型4G基站直接连接到光纤环网。在某些不便于铺设光纤的区域，基站之间可以实现最大6级的级联。
2.系统主要功能
2.1基于4G网络构建完善的企业信息化和工业生产管理网络
构建现行煤矿企业地面信息网络（企业局域、广域网）与移动网络之间数据交互安全的系统，提升煤矿企业地面信息网络的可靠性和安全性，保证现有煤矿井下监测、管理移动网络系统数据接入的安全性。
2.2建立安全生产数据中心，实现数据的分级共享和监测
在IP网络上整合井下监控系统的数据资源，建立基于移动网络的数据传输机制和调度指挥系统，形成井下监控系统数据的共享数据资源平台和调度指挥资源平台。将生产数据与调度数据关联，调度台通过输入生产数据的类型，相关调度干系人自动排列显示。
2.3基于4G移动互联办公系统
基于4G无线通信网络系统，开发移动互联办公系统，旨在实现无论是在矿区还是在远离矿区的异地，使用矿用4G手机，可以随时随地掌握煤矿各种生产数据和安全信息，从而对煤矿安全生产进行远程监控指挥，实现随时随地移动办公，应用4G移动终端随时随地远程监测煤矿生产现场实时信息，为管理人员提供快速的生产信息通道，为4G在煤矿安全生产和通信技术发展提供技术依据，提高了煤炭通信系统的实时性可靠性。
2.4传感网络4G接入网关
煤矿井下的传感器数量众多，种类各异且分布广泛，无论是从成本还是通信网络的覆盖，或者是移动通信网络基站的终端接入能力来看，对所有传感器/执行器实现直接4G的接入代价很高，难以实现。井下短距离多跳的无线传感器网络和各种工业现场总线有非常广泛的应用，实现这些异构网络通过TD-LTE对主干网的接入是一种可行的方式。本项目研制基于TD-LTE的通用网关，实现现场各传感器网络对TD网络的接入，支持RS485，CAN，ZIGBEE和WirelessHART等。
2.5基于4G无线/有线一体化调度通信系统
通信系统是“智能矿山”实现的重要保障手段，无线/有线一体化调度通信已经成为今后的发展趋势，提出的是一种集井下移动通讯、视频监控、人员定位、应急救援通信、工业以太环网、无线/有线一体化调度通信的六网合一的系统。系统采用模块化设计方便用户对各子系统的选择与扩展，六网合一使系统的整体造价、设备线缆安装架设工程量、维护量大幅缩减，系统的扩展性大幅增强。基于VoIP通信技术的优势，系统还具备应急通信的功能，系统支持多环多路由网络冗余，系统中任意一点的分站、光缆等设备发生故障或遇灾害损坏时，系统具有即时重构自愈功能，故障不影响系统的正常工作。
2.6物流综合信息平台的研究开发
利用RFID，传感器技术改造物流系统末端网络，为集团建成一个高效率的基于物联网的新型物流信息系统平台，使企业决策层可以随时了解企业内部经营和管理状况，实现实时监控与决策，提高企业运营效率，带来综合经济效益的提高。
3.系统主要特点
基于TD-LTE矿山移动互联系统采用目前国家具自主知识产权的4G技术TD-LTE，以“迅速、准确、可靠、方便”为目标，实现煤矿管理人员随时随地、实时有效掌握企业“产、运、销、安全”等信息，将矿区安全生产提升到一个新的高度。
3.1高业务带宽
TD-LTE系统的上行传输速率50Mbps，下行传输速率100Mbps，而矿山生产数据以上传为主，本系统针对此需求，所基于的4G技术TD-LTE充分满足矿山业务的上行高带宽数据传输需求。
3.2小型化的网络设备结构
系统在基于矿山领域的业务需求和特点上，将公网TDLTE系统中的很多个通信网元集成到一个小型化的电信级平台中，使设备具高集成度，体积小，重量轻。在矿山运作环境下，运输、安装、维护更加方便。
3.3多种融合业务
基于TD-LTE矿山移动互联系统融合多种业务，具有丰富的应用：（1）语音业务、短消息业务、分组业务、可视电话等增强业务。（2）视频调度功能、语音调度功能、调度会议、组呼、录音、监听等功能。（3）支持专网内移动电话的互通，支持专网内移动电话与固定电话的互通，支持专网与公网的互通。（4）支持宽带数据的接入，可搭载人员定位、高清图像、环境监测等数据的传送。（5）提供开放的接口，支持与行业企业现存管理系统互通，支持与移动互联业务应用互通。
4.结论
移动与固定应用产业的结合将是煤矿安全生产管理未来的发展趋势，也将成未来我国的煤炭企业实力提升的巨大机遇。如语音通信、无线调度、视频监控、移动无线环境监测监控、矿井设备监控、生产自动控制、生成数据远程采集、煤矿移动生产办公等领域。但是上述这些技术由于没有较好的通信承载平台，目前在煤矿的应用都是分散的，每项应用的开展都是独立的，这给煤矿通信系统的建设、维护和运营带来诸多的不便。高带宽、支持语音、数据和图像多媒体业务的第4代4G移动通信系统是当前无线移动通信系统应用和发展的主流。如果以4G的主流技术TD-LTE作为承载平台，将上述离散的技术或应用进行高度的集成，形成一个面向智能化矿山安全生产管理的宽带多媒体无线传输系统，则可以预计，必定会给煤矿安全生产信息化建设提供有力的支持。
