[发明专利]一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统及方法，包括地面调度信息中心和采掘工作面通信系统；矿用惯导装置信号连接矿用5G专网，将生产过程中采掘机位置姿态和惯导数据信息传输至地面；井下集控中心控制主机通过井下工作面万兆网连接惯导系统服务器，实现下发和接收矿用惯导装置数据；万兆工业环网接收矿用惯导装置数据和下发惯导控制指令；矿用5G专网核心交换机通过三层互联路由配置实现接入和移动管理、核心网上报建立接入请求和安全隔离。通过系统配置和架构融合，实现惯导系统服务器至井下工作面采掘机机载惯导装置的端到端数据交互，满足矿用惯导系统通信时延、信道带宽、通信稳定性的应用需要。

技术领域

本发明涉及煤矿井下无线通信方法及系统，特别是一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统及方法。

背景技术

当前在用的矿用惯导至上位机服务器通信方法：惯导安装于煤矿井下的低速移动载体，RS422串行通信、动力电缆载波通信、复合动力电缆控制芯线通信、光纤通信等有线信道将惯导数据传输给上位机服务器进行数据解算。煤矿井下生产过程中因设备频繁移动、落煤、落石、浸水等因素常出现通信线挤压、弯折、破损等因素影响，有线通信介质(网线、光缆、通信电缆、串行通信线等)易受损伤，导致机载惯导系统通信异常，现有数据通信稳定性很难满足系统长时间稳定运行需要。

有线通信存在信道线缆敷设困难、通信稳定性不足、维护成本高、通信速率低、通信实时性不足等多个技术难题。

而采用无线通信技术在煤矿井下应用，wifi作为一种煤矿井下常用的无线通信技术，很多矿井采煤和掘进工作面已实现信号覆盖，但因wifi技术的通信原理限制，存在跳站或通信稳定性不足等信道质量问题，通信可靠性不能满足系统需要。

惯导5G无线通信方法：惯导安装在煤矿井下，应用于煤矿井下的低速运载体机身，将实时采集的载体位置、姿态信息通过串行通信口传输至接口转换部件，接口转换部件需要通过信道将惯导数据传输给上位机服务器进行数据解算。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种矿用惯导5G无线通信系统及通信方法，通过接口转换部件、5GCPE通信模组将惯导数据通过矿用本安型5G模组接入矿用5G专网，惯导上位机服务器通过5G专网实现惯导数据的接收和通信，满足矿用惯导系统通信时延、信道带宽、通信稳定性的应用需要。

本发明目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明一方面，提供了一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统，包括地面调度信息中心和采掘工作面通信系统；

地面调度信息中心包括地面调度指挥中心控制主机、万兆工业环网交换机、惯导系统服务器、矿用5G专网核心交换机、5GC核心网服务器和安全隔离防火墙；

采掘工作面通信系统包括井下工作面万兆网交换机、井下集控中心控制主机、5G边缘计算服务器、矿用惯导装置、矿用5G基站控制器和矿用5G基站；

矿用惯导装置信号连接矿用5G基站，矿用5G基站信号连接矿用5G基站控制器，矿用5G基站控制器分别信号连接5G边缘计算服务器和矿用5G专网核心交换机，将生产过程中采掘机位置姿态和惯导数据信息传输至地面；

井下集控中心控制主机通过井下工作面万兆网交换机与万兆工业环网交换机信号连接；矿用5G专网核心交换机通过安全隔离防火墙与万兆工业环网交换机信号连接；万兆工业环网交换机连接惯导系统服务器，实现下发和接收矿用惯导装置数据；万兆工业环网交换机连接地面调度指挥中心控制主机实现接收矿用惯导装置数据和下发惯导控制指令；

矿用5G专网核心交换机分别连接5GC核心网服务器、矿用5G基站控制器和安全隔离防火墙，通过三层互联路由配置实现接入和移动管理、核心网上报建立接入请求和安全隔离。

作为优选，地面调度信息中心包括：