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面向矿山的确定性承载网技术及应用
1
作者 赵宇 顾义东 +2 位作者 黄金波 梁宏 李烨 《工矿自动化》 北大核心 2026年第1期87-95,共9页
现有矿用确定性承载网研究对时间敏感网络(TSN)和切片分组网络(SPN)的适用边界、协同可能及技术融合路径缺乏深入探讨,未能结合矿山多业务、多层次、高动态的网络承载现实,给出具有指导意义的技术选型与融合组网方案。针对该问题,系统... 现有矿用确定性承载网研究对时间敏感网络(TSN)和切片分组网络(SPN)的适用边界、协同可能及技术融合路径缺乏深入探讨,未能结合矿山多业务、多层次、高动态的网络承载现实,给出具有指导意义的技术选型与融合组网方案。针对该问题,系统分析了在智能化矿山背景下,工业以太网及面向矿山垂直行业的5G无线接入网对确定性承载网的迫切需求,重点研究了TSN和SPN技术的基本原理与性能特征,TSN关键技术包括业务流量监管、业务确定性调度技术、集中管控技术,SPN关键技术包括切片以太网技术、小颗粒切片技术、分组转发技术。结合矿山生产环境中工业环网的实际组网架构与业务类型,进一步探讨了TSN与SPN在井下通信、远程控制、视频监控及传感器数据传输等典型场景中的适用性与技术局限性。研究表明,SPN凭借其硬隔离能力、灵活业务调度和面向垂直行业的切片特性,更契合矿山工业环网对多业务统一承载和确定性性能保障的要求。最后,论证了SPN作为矿山智能化建设中确定性网络演进的重要技术路径,并为矿山工业环网的升级部署提出了建议。 展开更多
关键词 矿用工业环网 确定性承载网 5G无线接入网 时间敏感网络 切片分组网 硬切片网络
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基于直连通信的矿用无线短距通信技术研究
2
作者 王亚坤 《工矿自动化》 北大核心 2026年第1期80-86,95,共8页
矿用无线短距通信技术具备低时延、高可靠和灵活组网的能力,是解决矿山智能化建设过程中面临的数据传输时延大、信息交互流程复杂及装备控制精度受限等问题的关键手段。目前针对矿用无线短距通信技术的研究主要集中于ZigBee,WiFi和5G:Zi... 矿用无线短距通信技术具备低时延、高可靠和灵活组网的能力,是解决矿山智能化建设过程中面临的数据传输时延大、信息交互流程复杂及装备控制精度受限等问题的关键手段。目前针对矿用无线短距通信技术的研究主要集中于ZigBee,WiFi和5G:ZigBee难以满足常态化应用需求;WiFi存在同频干扰,且传输时延较大;5G存在不可控数据传输风险,且成本较高。针对上述问题,提出了一种以工作于授权专用频段的直连通信为核心的矿用无线短距通信解决方案;构建了矿用直连通信独立组网、矿用直连通信和矿用5G融合组网2种架构,形成了“广域覆盖+局部增强”的全场景矿用通信新模式;针对直连通信在煤矿领域应用面临的时间同步、资源效率提升与可靠性保障等需求,研究了无GNSS时间同步、基于子帧和子信道的资源池动态配置、物理层无线信号传输及终端分布式资源分配等关键技术,有效提升了系统在复杂煤矿环境中的适应性与可靠性;研究了矿用直连通信技术在装备智能控制、井下自动驾驶及灾变应急指挥等领域的应用场景,验证了该技术在促进矿山业务与通信系统融合方面的实用价值。在实验室搭建了模拟煤矿井下无GNSS环境的测试系统,测试结果表明,系统平均时延低于23 ms,能够有效满足矿山关键业务场景对无线短距通信技术的需求,为矿山智能化建设提供了可靠的无线短距通信解决方案。 展开更多
关键词 矿用直连通信 矿用无线短距通信 装备智能控制 自动驾驶 应急通信
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基于高可靠5G局域网的综采面无线化改造技术应用
3
作者 张骥 赵博 《能源与节能》 2026年第2期75-77,81,共4页
针对黄陵一号煤矿627工作面5G化改造率低的问题,计划构建高可靠、智能化的5G通信体系。部署端到端高可靠5G网络,采用双频冗余模式,支持井下基站侧业务流分流。网络建设涵盖多板块,运用双频组网、NodeEngine基站等方面技术实现全覆盖,支... 针对黄陵一号煤矿627工作面5G化改造率低的问题,计划构建高可靠、智能化的5G通信体系。部署端到端高可靠5G网络,采用双频冗余模式,支持井下基站侧业务流分流。网络建设涵盖多板块,运用双频组网、NodeEngine基站等方面技术实现全覆盖,支持高清视频监控、远程控制等功能,推动煤矿开采向少人化、无人化方向发展。 展开更多
关键词 5G 局域网 综采面 无线化
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便携式多频段矿用本安型无线中继器工业设计
4
作者 李昀 《煤矿机械》 2026年第1期35-38,共4页
针对井工煤矿复杂环境下临时性、多场景的无线通信需求,设计了一种便携式、多频段的矿用本安型无线中继器,解决井下通信盲区、部署困难及可靠性不足等问题。采用本质安全电路设计,集成多频段射频模块与电池管理系统,优化了散热方式同时... 针对井工煤矿复杂环境下临时性、多场景的无线通信需求,设计了一种便携式、多频段的矿用本安型无线中继器,解决井下通信盲区、部署困难及可靠性不足等问题。采用本质安全电路设计,集成多频段射频模块与电池管理系统,优化了散热方式同时满足IP67工业防护及抗冲击、阻燃等矿用设备标准。该中继器质量仅为3.6 kg,尺寸小于300 mm×150 mm×150 mm,续航超24 h,同时满足了易携带、易部署、续航长、质量轻、尺寸小、散热快、防水防尘、阻燃抗静电、抗冲击跌落等诸多要求。该设计显著提升了井下作业的灵活性和响应能力,为设计煤矿用通信设备提供了安全适用的参考路径。 展开更多
关键词 无线中继器 矿用本安型 工业设计 多频段
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室内电磁波传播衰减统计模型用于矿井的适用性研究 被引量：2
5
作者 孙继平 彭铭 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期1-8,共8页
5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的设计、规划和优化,需进行矿井电磁波传播分析。电磁波传播衰减统计模型是预测电磁波传播衰减的有效方法。分析研究了室内电磁波传播衰减统... 5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的设计、规划和优化,需进行矿井电磁波传播分析。电磁波传播衰减统计模型是预测电磁波传播衰减的有效方法。分析研究了室内电磁波传播衰减统计模型在矿井的适用性:①矿井电磁波传播为有限空间特殊环境中远距离传播,与地面室内长方体简单环境中近距离电磁波传播不同。②矿井巷道四周为较厚的煤岩,对电磁波具有较强的吸收能力,巷道支护材料进一步阻挡了电磁波穿透,一般不考虑电磁波穿墙衰减。室内−室内电磁波传播衰减统计模型中的COST−Multi−Wall模型、Keenan−Motley模型考虑电磁波穿墙衰减,不适用于矿井。③矿井的基站和无线终端均在巷道内,为有限空间内部电磁波传播。室外−室内电磁波传播衰减统计模型适用于基站在室外开放空间、无线终端在室内有限空间的电磁波传播,不适用于矿井。分析研究了室内电磁波传播衰减统计模型对矿井不同场景(矿井辅助运输大巷、掘进巷道、拐弯巷道、分支巷道、综采工作面)中电磁波传播衰减的预测误差:利用室内电磁波传播衰减统计模型中的WINNER II模型、3GPP InH−Office模型、ITU−R P.1238模型、ITU−R M.2412 InH模型预测矿井电磁波传播衰减时,总的误差均值分别为9.3,8.2,9.9,7.7 dB,由于预测误差较大,这些模型不适用于矿井。目前没有专门针对矿井特殊环境建立的矿井电磁波传播衰减统计模型。因此,有必要针对矿井有限空间特殊环境,研究建立矿井电磁波传播衰减统计模型,指导矿井通信基站和定位分站及其天线的设计和布置。 展开更多
关键词 矿井通信 电磁波传播 电磁波衰减 统计模型 基站布置
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基于巷道断面面积的矿井无线传输路径损耗计算方法研究
6
作者 孙继平 彭铭 《工矿自动化》 北大核心 2025年第11期1-11,75,共12页
矿井移动通信、物联网通信人员和车辆定位等系统的无线网络规划和优化等均需要计算无线传输路径损耗。但目前没有专门针对井下有限空间特殊环境的矿井无线传输路径损耗统计计算方法。现有的通用、地面开放空间及室内无线传输路径损耗统... 矿井移动通信、物联网通信人员和车辆定位等系统的无线网络规划和优化等均需要计算无线传输路径损耗。但目前没有专门针对井下有限空间特殊环境的矿井无线传输路径损耗统计计算方法。现有的通用、地面开放空间及室内无线传输路径损耗统计计算方法均没有考虑巷道断面面积等井下特有环境因素的影响,难以直接用于井下复杂条件。针对上述问题,分析了影响矿井无线传输路径损耗的主要因素,提出了基于巷道断面面积的矿井无线传输路径损耗计算方法。该方法考虑了视距和非视距传输,不但与频率和距离有关,还与巷道断面面积、拐弯、分支、带式输送机、巷道壁平整度等有关。基于实测数据分析,揭示了矿井无线传输特性:①矿井无线传输具有显著的频率带通特性,存在频率拐点。当工作频率低于频率拐点时,巷道对无线传输影响大,无线传输路径损耗大,且工作频率越低,巷道对无线传输影响越大;当工作频率高于频率拐点时,巷道对无线传输影响小,但工作频率越高,无线传输路径损耗越大。直巷道的频率拐点在700/800MHz附近。②矿井巷道无线传输路径损耗受巷道断面面积影响大。巷道断面面积越小,无线传输路径损耗越大,特别在工作频率低于频率拐点时,巷道断面面积对无线传输影响更大。③矿井拐弯巷道和分支巷道无线传输既受巷道断面面积的影响,又受非视距无线传输频率的影响,且频率对拐弯巷道和分支巷道无线传输的影响比巷道断面面积的影响大;巷道拐弯和分支增加了矿井无线传输路径损耗。使用所提方法对矿井不同场景的无线传输路径损耗进行了计算,结果表明,所提方法的平均绝对误差为3.8dB,相较于FSPL,CIF,ABG,WINNERⅡ,ITU-RM.2412,3GPPInH-Office及ITU-RP.1238计算方法分别降低了7.0,3.3,2.7,5.2,2.9,3.5,5.1dB。 展开更多
关键词 矿井通信 无线传输 路径损耗 巷道断面 频率拐点
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面向矿用环境的TSN交换机关键技术研究
7
作者 毛江尧 《煤矿机械》 2026年第1期236-240,共5页
针对煤矿井下复杂环境中时间敏感网络(TSN)同步精度易受干扰及多业务调度性能不足的问题,进行了增强技术研究。首先,在IEEE 802.1AS协议基础上,引入中值滤波抗差模块以抑制脉冲干扰,提升了时钟同步稳定性;然后,综合运用时间感知整形器(T... 针对煤矿井下复杂环境中时间敏感网络(TSN)同步精度易受干扰及多业务调度性能不足的问题,进行了增强技术研究。首先,在IEEE 802.1AS协议基础上,引入中值滤波抗差模块以抑制脉冲干扰,提升了时钟同步稳定性;然后,综合运用时间感知整形器(TAS)、基于信用的整形器(CBS)和帧抢占机制,设计了一种分层混合调度策略。仿真结果表明,所提同步方案能将绝大多数同步误差控制在±200 ns以内;混合调度策略在保障关键控制流低抖动的同时,有效避免了视频流的丢包与过大延迟。该研究为TSN技术在矿用高可靠性通信中的应用提供了有效解决方案。 展开更多
关键词 TSN 矿用通信 时间同步 流量调度 帧抢占
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光接入网调顶AMCC技术及应用
8
作者 刘新峰 沈琼霞 +2 位作者 郑艳烈 李明 李家辉 《光通信研究》 北大核心 2025年第2期60-72,共13页
【目的】基于调顶技术的辅助管理和控制信道(AMCC)与承载数据业务无关,具有超低时延抖动的优点,契合接入网大带宽、低时延和智能化的发展趋势。文章旨在探讨光接入网中调顶AMCC技术的原理、实现方法和技术验证,深入分析了其在接入网中... 【目的】基于调顶技术的辅助管理和控制信道(AMCC)与承载数据业务无关,具有超低时延抖动的优点,契合接入网大带宽、低时延和智能化的发展趋势。文章旨在探讨光接入网中调顶AMCC技术的原理、实现方法和技术验证,深入分析了其在接入网中的新型应用,从而为其在接入网中的进一步研究开发和工程应用提供参考。【方法】文章通过文献综述和实验数据分析,对调顶AMCC的技术原理进行了系统性阐述。研究集中于探讨其在光接入网络中的低成本实现路径,包括直接调制激光器和分光探测器等技术。此外,还分析了调顶AMCC技术在不同接入光网络系统中的应用及其对网络性能的影响,并进一步阐述了相关技术在接入网系统中的多通道监测、反射和光功率推算以及时分复用(TDM)无源光网络(PON)静默窗口规避的应用方法。【结果】研究显示,调顶AMCC技术能在接入网中有效地提供有别于传统方法的支持多通道监测和管理的途径,特别是在第5代移动通信技术(5G)前传承载、光线路在线监测和低时延TDM PON系统中能够有较好地应用。调顶AMCC技术能在支撑网络高速率传输的同时,实现对光层通道的感知和管理,尤其在处理TDM PON静默窗口问题上展现了显著的技术潜力。【结论】调顶AMCC技术在一定程度上实现了高速数据和低速信号在接入网中的低成本多维复用,在光接入网中具有广泛应用前景,其在满足对网络的大带宽和低时延通信进行智能化水平管理的同时,还可在光层实现一定程度的感知。文章所提技术的实施有助于提高网络的效率和稳定性,能够顺应第5代固定网络增强(F5G-A)和未来第6代固定网络(F6G)的发展。若能对文章所提技术在PON拓扑结构、更多的调制格式和更多应用场景等方面进行进一步的研究以优化其性能和适应性,将能够推动其大力发展。 展开更多
关键词 调顶 辅助管理和控制信道 光接入网 静默窗口
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基于多阶段去噪与双分支时序网络的井下RSSI定位方法
9
作者 冯梓洋 弓培林 +4 位作者 赵通 伊康 李鹏 苏超 白利斌 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期34-40,共7页
井下接收信号强度指示(RSSI)信号在多径、遮挡与电磁干扰作用下呈尖峰突变、高频抖动与趋势漂移等非平稳特征,导致定位误差较大。现有定位方法缺乏对多源干扰的协同抑制,且对信号的特征提取不充分、多尺度特征融合不足。针对上述问题,... 井下接收信号强度指示(RSSI)信号在多径、遮挡与电磁干扰作用下呈尖峰突变、高频抖动与趋势漂移等非平稳特征,导致定位误差较大。现有定位方法缺乏对多源干扰的协同抑制,且对信号的特征提取不充分、多尺度特征融合不足。针对上述问题,提出了一种基于多阶段去噪与双分支时序网络的井下RSSI定位方法。多阶段去噪通过异常值剔除与插值修复、自适应卡尔曼滤波和小波域自适应门控分别抑制尖峰干扰、高频抖动与趋势漂移,输出更稳定且保留细节的RSSI序列;双分支时序网络引入一阶差分作为辅助扰动先验,采用趋势分支与扰动分支并行提取特征,通过通道注意力机制自适应加权融合特征,并结合双向长短时记忆网络(Bi−LSTM)捕捉前后文时序依赖,从而在复杂动态环境中保持轨迹的平滑性与连续性。测试结果表明:RSSI信号经过多阶段去噪后整体波形更稳定,且保留了局部动态特征而不出现过度平滑;双分支时序网络的准确率、F_(1)分数、精确率和召回率高且收敛快,在不同场景测试下的准确率和F_(1)分数均超过85%,具有良好的泛化能力;在动态环境下的连续定位任务中,该方法平均定位误差仅为0.12 m。 展开更多
关键词 煤矿井下定位 接收信号强度指示 RSSI 多阶段去噪 双分支时序网络 Bi−LSTM
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综采工作面对讲系统非平稳噪声低功耗去噪方法
10
作者 杨艺 谭晓 +3 位作者 常亚军 王科平 刘斌斌 王田 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3692-3706,共15页
综采工作面语音对讲系统面临严重的非平稳噪声干扰。在功耗限制条件下,实现对讲系统的超低信噪比语音去噪,是确保工作面语音信息正确传输的核心技术之一。基于IMCRA算法,提出一种面向综采工作面语音特点的非平稳噪声去除方法 MIMCRA。其... 综采工作面语音对讲系统面临严重的非平稳噪声干扰。在功耗限制条件下,实现对讲系统的超低信噪比语音去噪,是确保工作面语音信息正确传输的核心技术之一。基于IMCRA算法,提出一种面向综采工作面语音特点的非平稳噪声去除方法 MIMCRA。其中,针对先验信噪比估计延迟导致的非平稳噪声估计不准的问题,引入改进2步噪声去除方法。即利用前一帧的先验信噪比和当前帧的纯净语音来滚动估计当前帧的先验信噪比和下一帧的纯净语音,实现了先验信噪比实时估计。针对固定平滑因子对含噪功率谱进行平滑处理容易引起噪声过估计,从而导致语音信息难以提取的问题,引入帧-频动态平滑因子调节机制。以平滑功率谱密度和噪声功率谱密度的最小均方差为依据,对含噪语音的功率谱实现动态平滑处理。针对信噪比过低,噪声去除不彻底的问题,提出一种面向弱语音分量保护的噪声存在概率检测机制。根据2~4 kHz频率范围内,噪声与弱语音能量分布的统计特性差别,对去噪后的信号再进行噪声检测,并消除存在的残余噪声。对比试验结果表明:当输入语音信噪比为-5~10 dB时,MIMCRA算法与IMCRA算法相比,分段信噪比提高约3 dB,分段误差降低约0.3,对数谱距离降低约0.2。特别当语音信噪比为-5 dB时,MIMCRA算法仍然能将分段信噪比提高到-2.799 5 dB,表明该算法对超低信噪比含噪语音有较强的去噪能力。MIMCRA算法在郑煤机最新研发的综采工作面对讲系统中实现了低功耗部署,芯片功耗为16.5~66.0 mW;处理32 ms帧长的语音帧耗时约16 ms,达到实时性要求。 展开更多
关键词 单通道语音降噪 非平稳噪声 语音活动检测 先验信噪比 帧-频动态平滑因子
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矿井巷道无线传输超表面反射测试分析
11
作者 李昀 罗伟 +1 位作者 尹波 李小亮 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期41-47,56,共8页
高频无线电磁波在弯曲巷道、巷道拐角处传输损耗大,造成信号盲区。针对该问题,提出采用超表面反射技术进行无线信号覆盖补盲。改进超表面阵列单元传统的十字结构,通过嵌入多级嵌套的矩形振子和改变内部十字尺寸,获得了330°相移范... 高频无线电磁波在弯曲巷道、巷道拐角处传输损耗大,造成信号盲区。针对该问题,提出采用超表面反射技术进行无线信号覆盖补盲。改进超表面阵列单元传统的十字结构,通过嵌入多级嵌套的矩形振子和改变内部十字尺寸,获得了330°相移范围和良好的线性相移曲线,并基于改进的十字结构设计制作了超表面反射装置。选择5.8 GHz超高频频段,针对清水溪巷道起坡段弯曲巷道和主辅段岔口,仿真并现场测试了超表面反射装置的信号增强效果。结果表明,在入射距离与接收距离固定、发射天线结构不同的情况下,无论是在起坡段弯曲巷道还是主辅段岔口位置,安装超表面反射装置后无线信号的信噪比、参考信号接收功率均得到不同程度的增强,采用线极化喇叭状定向天线时信号增强效果最优,实测参考信号接收功率增益最大值为13 dB。分析指出矿井巷道中应用超表面无源反射技术存在入射波角度难对准、波束难集中、入射距离短等问题,结合测试结果推断矿井巷道岔口处适合固定安装超表面反射装置用于点对点传输补盲。 展开更多
关键词 矿井无线传输 巷道信号覆盖补盲 无线信号增强 超表面反射 超表面阵列设计
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煤矿工业视频监控系统通用技术条件标准研究制定 被引量：3
12
作者 常琳 李宗伟 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期155-162,共8页
为提升煤矿工业视频监控系统在现代化矿井复杂应用场景下的环境适应性、智能分析可靠性,除图像监视功能外,系统应增加:①视频图像质量自诊断机制,对视频图像质量和云台镜头远程控制的有效性进行自动检测和诊断。②多层级智能视频分析(I... 为提升煤矿工业视频监控系统在现代化矿井复杂应用场景下的环境适应性、智能分析可靠性,除图像监视功能外,系统应增加:①视频图像质量自诊断机制,对视频图像质量和云台镜头远程控制的有效性进行自动检测和诊断。②多层级智能视频分析(IVA)体系,包括目标检测、目标识别、行为识别、事件检测等。③可配置IVA框架,支持根据需求选择和配置IVA功能。④结构化视频描述与索引,支持对IVA结果进行自动描述,以及基于IVA结果等信息建立索引。⑤跨系统报警联动,具备报警联动数据交互接口,发送IVA结果等信息至其他设备或系统。系统主要IVA功能应通过最大误差、误报率、漏报率、IVA延迟等指标进行量化,其中最大误报率不高于5%,漏报率不高于10%,IVA延迟不大于2 s。设计多场景模拟试验综合验证系统性能,主要包括:①采用视频质量干扰模拟与主观评价机制验证视频图像质量自诊断功能和系统图像质量。②构建测试视频导入、测试视频翻拍、场景模拟三重测试体系评估IVA功能。③采用总带宽占用量计算或最大数量视频信号接入测试方式验证系统最大容量。 展开更多
关键词 煤矿工业视频监控 智能视频分析 视频图像质量自诊断 结构化视频描述 报警联动
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基于5G天线和改进Dijkstra算法的露天矿车辆智能调度
13
作者 陈晓磊 陈浏仿 王洁 《工矿自动化》 北大核心 2025年第11期133-140,共8页
露天矿深坑、高边坡等复杂地形造成信号物理遮挡与多径衰落,且现有路径规划算法易导致车辆行驶轨迹不稳定或由于局部最优引发拥堵,导致露天矿车辆调度效率低。针对上述问题,提出了一种基于5G天线和改进Dijkstra算法的露天矿车辆智能调... 露天矿深坑、高边坡等复杂地形造成信号物理遮挡与多径衰落,且现有路径规划算法易导致车辆行驶轨迹不稳定或由于局部最优引发拥堵,导致露天矿车辆调度效率低。针对上述问题,提出了一种基于5G天线和改进Dijkstra算法的露天矿车辆智能调度方法。在通信层面,基于双锥天线模型,通过加载L型辐射枝节,并在辐射贴片上设置矩形、L形缝隙优化电流分布,形成车载双频全向偶极子天线,实现了2.3~2.7 GHz与4.8~4.9 GHz双频段覆盖,解决了矿区深坑与高边坡造成的信号遮挡与衰减问题。在路径规划层面,对传统Dijkstra算法引入深度优先搜索与“容器数组”机制,通过记录节点所有潜在前驱信息实现全局路径回溯与择优,提高规划路径的平滑度。实验结果表明:双频全向偶极子天线在深坑与高边坡等信号遮挡严重区域的信号覆盖率达81.2%,平均信号强度为−94 dBm,高于传统商用5G天线;与Dijkstra算法、A*算法及快速遍历随机树(RRT)算法相比,改进Dijkstra算法规划的路径距离更短、拐点更少、轨迹更平滑,且在多车协同运输场景下路径冲突率低、重规划路径响应时间短;在实际露天矿的车辆调度中,与产量完成度法、最早装车法、车流规划法相比,所提方法能有效缩短车辆等待时间和满载行驶距离,且在单班总产量、空驶率及调度指令响应时延等指标上均最优。 展开更多
关键词 露天矿 车辆调度 5G天线 双频全向偶极子天线 DIJKSTRA算法 深度优先搜索 路径规划
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无线网络化控制系统:简要介绍及最新进展
14
作者 刘晚春 李永会 《工矿自动化》 北大核心 2025年第1期1-10,共10页
无线网络化控制系统(WNCS)将无线通信技术与控制系统深度融合,成为物联网(IoT)、工业物联网(IIoT)及触觉互联网(TI)的重要组成部分。系统性地讨论了WNCS的基本架构、关键组成和主要性能指标,并深入分析了应对延迟、数据包丢失和能耗等... 无线网络化控制系统(WNCS)将无线通信技术与控制系统深度融合,成为物联网(IoT)、工业物联网(IIoT)及触觉互联网(TI)的重要组成部分。系统性地讨论了WNCS的基本架构、关键组成和主要性能指标,并深入分析了应对延迟、数据包丢失和能耗等挑战的先进控制算法,包括模型预测控制(MPC)、鲁棒控制、自适应控制及基于事件触发的控制(ETC)。总结了WNCS最新研究进展,如延迟、数据速率和可靠性之间的权衡,带有可变数据包长度的无线反馈控制,无编码数据传输,最优下行-上行调度,实时远程估计与混合自动重传请求(HARQ),空中计算与优化,远程状态估计的稳定性条件,深度学习联合估计-控制-调度。展望了WNCS未来发展方向,如5G、边缘计算和人工智能(AI)技术在WNCS中的应用,包括跨层设计、资源优化和安全性增强。研究旨在提供系统全面的技术指导和设计理念,以推动WNCS在工业自动化、智能基础设施等领域的广泛应用。 展开更多
关键词 无线网络化控制系统 模型预测控制 网络物理系统 工业物联网 无线通信 控制系统
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通用无线传输路径损耗统计模型用于矿井的适用性研究 被引量：1
15
作者 彭铭 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期57-63,85,共8页
矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的无线网络规划和优化,需进行链路预算,确定系统允许最大无线传输路径损耗。无线传输路径损耗统计模型是预测无线传输路径损耗的有效方法。分析研究了通用无线传输路径损耗统计... 矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的无线网络规划和优化,需进行链路预算,确定系统允许最大无线传输路径损耗。无线传输路径损耗统计模型是预测无线传输路径损耗的有效方法。分析研究了通用无线传输路径损耗统计模型在矿井的适用性:(1)单频通用无线传输路径损耗统计模型的变量中没有频率,仅适用于预测单一频率不同距离下的无线传输路径损耗,而矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的工作频段较多,且没有考虑矿井特殊环境因素对无线传输的影响,因此,单频通用无线传输路径损耗统计模型不适用于矿井。(2)多频通用无线传输路径损耗统计模型的变量中有频率,适用于预测多个频率(即相应频段范围内)不同距离下的无线传输路径损耗,但仅考虑了频率和距离对无线传输的影响,而没有考虑矿井特殊环境因素对无线传输的影响。使用多频通用无线传输路径损耗统计模型预测矿井辅助运输大巷和掘进巷道中无线传输路径损耗时,误差均值较为接近,均为8~9 dB,由于预测误差较大,所以多频通用无线传输路径损耗统计模型不适用于矿井。目前没有专门针对矿井特殊环境建立的矿井无线传输路径损耗统计模型。因此,有必要针对矿井有限空间特殊环境,研究建立矿井无线传输路径损耗统计模型,指导矿井移动通信、人员和车辆定位、无线视频和无线传感等系统的无线网络规划和优化。 展开更多
关键词 矿井通信 无线传输 路径损耗 统计模型 无线网络规划 基站布局
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煤矿井下重点场所5G覆盖性能研究及验证 被引量：1
16
作者 索智文 王亚坤 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期34-40,共7页
当前矿用5G专网相关研究主要面向系统架构和上层应用,结合井下实际环境对矿用5G底层技术特性的研究成果较少。为进一步推动矿用5G技术的高适配性发展和高可靠性应用,从矿用5G覆盖性能影响因素、煤矿重点场所矿用5G传输性能及现场测试3... 当前矿用5G专网相关研究主要面向系统架构和上层应用,结合井下实际环境对矿用5G底层技术特性的研究成果较少。为进一步推动矿用5G技术的高适配性发展和高可靠性应用,从矿用5G覆盖性能影响因素、煤矿重点场所矿用5G传输性能及现场测试3个方面展开研究。理论分析了5G工作频段、工作面或巷道截面面积、巷道壁粗糙度等与矿用5G覆盖性能的关系,结果表明:工作频段越低、工作面或巷道截面面积越大、巷道壁粗糙度越小、遮挡因素越少,则矿用5G覆盖性能越好。梳理了煤矿井下主运巷道、辅运巷道、综采工作面和掘进工作面的工作条件和环境因素等,得出结论:辅运巷道截面较大、粗糙度较低、遮挡相对少,5G覆盖性能最优;为改进上述场所中5G覆盖性能,宜采用低频段信号进行5G传输与覆盖。在4个煤矿的不同工作场所,采用900 MHz频段测试矿用5G传输性能,结果表明:辅运巷道极限覆盖距离超过700 m,主运巷道极限覆盖距离达450 m,综采工作面部署2个基站可实现稳定覆盖且上行传输速率保持在90 Mbit/s以上,掘进工作面距5G基站150 m处上行传输速率达68.2 Mbit/s。测试结果与理论分析一致,验证了矿用5G可有效满足不同工作场所的应用需求。 展开更多
关键词 矿用5G 覆盖性能 主运巷道 辅运巷道 综采工作面 掘进工作面
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基于Zigbee的煤矿安全生产监控系统设计与研究 被引量：2
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作者 贺婷 《煤矿现代化》 2025年第1期144-147,共4页
针对目前有线式煤矿安全监控系统布线繁琐、灵活性差、安装及维护成本高等问题,将无线通信及物联网技术应用至煤矿安全生产监控中,提出了一种基于Zigbee无线传感器网络的煤矿安全监控系统设计方案,对多参数融合检测无线传感器节点及基... 针对目前有线式煤矿安全监控系统布线繁琐、灵活性差、安装及维护成本高等问题,将无线通信及物联网技术应用至煤矿安全生产监控中,提出了一种基于Zigbee无线传感器网络的煤矿安全监控系统设计方案,对多参数融合检测无线传感器节点及基站传感器节点进行设计,利用无线传感网络自组织、结构灵活等特点弥补目前有线系统缺陷,实现煤矿井下环境参数及人员信息的采集、传输与监控,有效提高煤矿安全生产监控水平。 展开更多
关键词 煤矿 安全监控 ZIGBEE 无线传感器网络
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矿用可确定性传输分站研究 被引量：1
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作者 张金豪 何青松 《煤矿机械》 2025年第9期218-221,共4页
针对现有分站由于时钟误差大、数据传输延迟大、网络容易堵塞等原因造成通信中断问题,研究一种矿用可确定性传输分站。通过对分站进行精密时钟同步、带宽预留、路径备份、数据复制与消除等技术进行研究,解决了分站通信容易出现故障的问... 针对现有分站由于时钟误差大、数据传输延迟大、网络容易堵塞等原因造成通信中断问题,研究一种矿用可确定性传输分站。通过对分站进行精密时钟同步、带宽预留、路径备份、数据复制与消除等技术进行研究,解决了分站通信容易出现故障的问题。试验数据表明:该分站同步时间误差由原来的秒级提升到纳秒级;带宽预留可实现在100~800 Mb/s范围内任意带宽划分,不同类型数据之间相互无干扰;路径备份等功能可实现路径切换时数据零丢包。该分站可以有效解决工业网数据拥堵、延时大、带宽利用率不高的问题,保证了分站稳定运行。 展开更多
关键词 gPTP 时钟同步 带宽预留 路径备份 数据复制与消除
原文传递
煤矿采空区多孔非均匀介质无线信道建模
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作者 王洪梅 李含笑 +3 位作者 卢旭 孟庆勇 沈胜强 李世银 《工矿自动化》 北大核心 2025年第8期67-73,87,共8页
现有井下无线信道建模主要针对巷道、井筒和房柱等几何结构相对规则的特定场景,对于几何形状复杂多变、介质分布不均匀的采空区场景适用性不足。针对煤矿采空区多孔非均匀介质环境,采用弹跳射线法进行无线信道建模。首先,建立煤矿采空... 现有井下无线信道建模主要针对巷道、井筒和房柱等几何结构相对规则的特定场景,对于几何形状复杂多变、介质分布不均匀的采空区场景适用性不足。针对煤矿采空区多孔非均匀介质环境,采用弹跳射线法进行无线信道建模。首先,建立煤矿采空区环境模型,通过弹跳射线法对电磁波在采空区多孔非均匀介质中的传播机制进行仿真,获取发射机−接收机、发射机−中继器、中继器−接收机之间的直射路径和反射路径。然后,针对各条传播路径,引入反射系数建立信道冲激响应模型和路径损耗模型,并综合考虑采空区环境温度和设备噪声系数,构建热噪声模型。最后,通过对多径分量进行相干矢量叠加,生成复合接收信号。基于所建立的采空区多孔非均匀介质无线信道模型,对0.7,0.8,0.9,2.6,3.5,5.9 GHz频率下的信噪比进行了仿真,得到信噪比与频率呈显著负相关关系,这与煤矿井下无线通信的理论规律相符,表明所建立的无线信道模型能准确反映不同频率电磁波在采空区环境中的传播特性差异;在模拟采空区环境下,采用ZigBee和LoRa通信模块开展了2.4 GHz,868 MHz和915 MHz频率下不同传输距离的接收信号强度测试,测试结果与仿真结果具有良好的一致性,验证了所建立无线信道模型的准确性。 展开更多
关键词 煤矿采空区 多孔非均匀介质 无线信道建模 弹跳射线法 电磁波传播 多径效应
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基于CAN通信的煤矿掘锚机语音报警系统设计
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作者 刘开 《工矿自动化》 北大核心 2025年第S2期33-36,共4页
针对进口MB670型掘锚机缺乏语音报警功能且通信协议封闭的问题,基于CAN通信与嵌入式技术,设计了一种煤矿掘锚机语音报警系统。该系统采用矿用本安型声光报警器作为终端,搭载STM32F103微控制器,通过解析掘锚机CAN通信协议,建立动作状态... 针对进口MB670型掘锚机缺乏语音报警功能且通信协议封闭的问题,基于CAN通信与嵌入式技术,设计了一种煤矿掘锚机语音报警系统。该系统采用矿用本安型声光报警器作为终端,搭载STM32F103微控制器,通过解析掘锚机CAN通信协议,建立动作状态与数据信号的映射关系,实现状态识别与报警触发。实际测试结果表明,该系统可精准实现电动机启动、设备行走等9类工况的语音报警,有效提升了设备安全性能,节省了设备维护成本,保障了掘进工作面安全生产。 展开更多
关键词 CAN通信 掘锚机 语音报警 微控制器 声光报警器
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