[发明专利]坑道作业突发灾难背景下的钢轨通信技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种应急通信技术，具体是一种利用钢轨传输的快速语音通信技术，应用于坑道灾害救援中被困人员与救援人员的通信。

背景技术：

坑道是开发矿产资源的基本建设工程，也是生产矿山进行采矿准备和生产探矿的主要工程。在施工过程中会出现因地质作用和人为工程活动而造成地质灾害，如突水突泥、岩爆、岩土体变形位移滑塌等，危及作业人员生命财产安全。

当坑道灾难发生后，原有井下通信设备基本无法使用，经常是完全瘫痪。正常生产时所使用的有线电缆的通讯方式，会因为电缆易受挤压而发生形变、断裂、短路、以及中继设备受到损坏而造成通信中断。而室外使用的无线电磁的通讯方式，由于电波穿透能力有限，发生灾难事故时，因巷道堵塞、设备损坏等因素而导致电波不能传播，很难真正实现救援人员与被困人员的通信。

目前坑道灾害救援通信方式主要关注的是基站和救援人员以及救援人员之间的通信联络，缺乏对救灾人员和被困人员之间的通信技术研究。现有的坑道灾害救援设备通信方式有无线和有线两种。

坑道有线救灾通信系统将通信电缆兼做探险绳，主要由矿山救护队配备，在使用时需临时敷设线路，甚至需一边挖掘一边前进，主要用于传输语音、图像、以及监测环境中的CH₄、CO、O₂浓度、救护队员的体温、心跳、姿态等，目前的井下有线救灾通信系统仅用于救护队员与井下救援基地和地面救援指挥中心的通信联络，无法在第一时间联络坍塌体后的被困人员。

坑道无线救灾通信系统多采用MESH技术，采用MESH技术可以根据正常工作的节点自组织网络，因此一般情况下能够实现应急通信的要求。但当节点被瓦斯爆炸等事故连片摧毁时也不能保障被困人员通信，而且由于井下环境复杂，当事故发生时，可能因巷道堵塞等导致电波不能传播而不能快速的实现实时通信，从而不能准确定位合理施救的方案。

综上可知，原有救援通信技术存在局限与不足，而采用钢轨快速应急通信方法能够在救援人员到达灾害现场后第一时间与被困人员建立起通信链路，实现救援人员与被困人员的及时交流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种坑道作业突发灾难背景下的钢轨通信技术，该技术通过坑道内铺设的钢轨能快速实现救援人员与被困人员的通信联络。

为实现上述目的，本发明提供的坑道作业突发灾难背景下的钢轨通信技术包括如下骤：

（1）在信号的采集端，对被困人员的声音信号进行采样，将采集到的模拟声音信号进行包括滤波、去噪、放大的处理；

（2）将处理后的模拟声音信号转化为数字信号，并将数字信号进行低码率的压缩；

（3）将压缩后的信号通过振动发生装置转化为有规律的振动信号，通过巷道中铺设的钢轨进行传播；

（4）在信号的接收端，采用高灵敏度的振动传感器接收振动信号，对接收到的微弱振动信号进行包括滤波、去噪、放大的处理后，将模拟信号转化为数字信号；

（5）对数字信号进行傅里叶变换，提取其中所包含的信息，将提取到的数字信号进行解码，使其还原为原始采样后的二进制数字信号，最后将数字信号转化为声音模拟信号播出。

本发明由于采用钢轨进行信号的传输，对传输时的码率要求越低越好，同时由于救援通信的特点，不需要还原后的声音信号保留高保真度和高清晰度，仅需要实现简单通信即可，因此可采用参数编码对语音信号进行压缩处理，通过声码器可实现对语音信号进行低码率的频带压缩。将语音信号进行压缩后，可减少语音信号在传输时所需的码率，降低传输信号所需的频带宽度，增加传输线路使用的效率。将压缩后的语音信号通过振动发生装置以不同的频率传播，可以提高信号的传输速率。

本发明中振动信号在钢轨中以固体声的方式进行传播，由于钢轨在作业坑道中相互连通，因此振动信号沿钢轨传播是可行的，同时由于振动信号沿钢轨传播时衰减很小，因此可以实现信号的远距离传播。