煤矿人员管理和无线通信系统普遍存在定位精度差、融合联动难等缺点，不能满足智能矿山建设对人员管理、车辆调度、通信联络、智能物流、安全巡更等基本要求。中煤科工集团重庆研究院有限公司以精确定位、无线通信融合为契机，通过自主创新与多年的技术积累，采用UWB融合WiFi6技术，研发出定位通信一体化融合系统。定位通信一体化融合系统不但具有典型的矿井人员、车辆精确定位管理功能，还具有新一代无线通信功能，主要技术参数如下：融合通信基站≥512台，标识卡≥65000张，智能单兵≥10000套，信息矿灯≥10000盏，定位精度0.3m，并发识别数量≥200张，单基站覆盖距离≥600 m，单基站同时通话数128对。

系统组成及功能

       定位通信一体化融合系统主要由融合通信服务器、定位服务器、融合定位基站、读卡器、标识卡、信息矿灯、定位手机、智能单兵、车载定位卡、区域控制器、LED显示屏、唯一性检测装置等设备组成。定位通信一体化融合系统网络拓扑如图1所示。

定位通信一体化融合系统基于UWB和高带宽无线通信技术，以高精度、高带宽、广连接、低时延为核心，依托光纤骨干网，融合IP技术和多媒体软交换技术，形成了矿井有线/无线通信、定位“一张网”，为各类自动化、信息化等系统提供统一的数据交互通道，可大幅减少各类光缆、信号电缆的使用，减轻各类系统维护工作量；可实现矿井携卡人员、设备的实时精准定位、人员状态分析、轨迹显示、电子围栏、考勤调度管理、精准施救、多系统协同联动等功能；具备GIS展示及分析功能；为下井作业人员、电机车运输司机、带班领导等提供便捷的定位、通信方式，提高井下作业调度指挥能力，提高井下作业环境的安全性和管理效率。

图1  定位通信一体化融合系网络拓扑

系统创新技术

定位通信一体化融合系统具有以下3点创新技术：

（1）采用“UWB+ZigBee”双无线扩频技术，有效降低遮挡造成的定位误差，达到厘米级定位精度，实现人、车的精准监测（图2）。

（2）采用“精确定位+A I 视频人工智能识别”技术，自动定位识别人员进入盲巷、划定的危险区域、违章乘坐矿车、违规乘坐输送带、行车不行人、胶轮车闯红灯等危险行为（图3）。

图2 人车精准监测

图3 精确定位+AI视频人工智能识别

（3）率先采用主从双频同时工作技术，满足漫游切换条件后，快速切换到新的无线基站，实现语音视频快速漫游。

系统特点及优势

定位通信一体化融合系统不但具有定位、通信功能，还融合安全监控、应急广播、生产调度、智能视频等；具有区域控制、巡更管理、安全量化、智能点检、智能辅运、智能物流等多种应用场景；具有显著的“定的准、传的快、听的到、看的见、管的好”等特征。人员定位系统融合GIS展示如图4所示。

图4 人员定位系统融合GIS展示

（1）定位精度高

采用双无线扩频技术，融合TOF/TDOA定位算法，有效解决了因遮挡引起的定位误差，实现了人员、车辆、物资的精准定位，精度可达0.3m。

（2）巡检周期短

终端设备IP化，系统节点全光传输，无线带宽高达6 Gbit/s，总线传输由2.4kbit/s提升到20Mbit/s，位置同步更新时间由30s提升到2s。

（3）协同能力强

基站具备边缘计算能力，无需上位机软件参与即可实现工作面或限制区域的限员、限入控制，提高识别控制速度。

（4）融合联动快

系统融合语音通信技术，由单一定位数据展示提升为位置服务、分组对讲、精准广播、实时通话等多功能语音交互调度，实现井下人员的一键联络时间小于3s。

（5）行为辨识准

融合AI视频识别技术，突破了现场人员的行为辨识难题，由基于人员轨迹推理提升到全程可视化回溯，实现违规行为的快速辨识和违章人员的精准定位。

（6）智能应用多

基于精确、无线通信、超高频电子标签技术，可实现“三违”管理、安全量化、风险巡更、智能辅运、智能物流等应用场景，大幅提升了安全管理水平。

结语

定位通信一体化融合系统解决了定位精度低、延迟高、带宽低、覆盖距离短、容量低、巡检周期长等技术难题，实现了具有语音通信功能的精确定位系统。多项检测指标已超过行业标准，总体技术水平已处于国内领先，填补了煤矿定位系统在语音通信功能方面的空白。目前，定位通信一体化融合系统已在安徽、山西、内蒙古、新疆等大中型煤矿得到广泛应用，保障了下井工人的实时精准定位和无线通信，可实时掌握下井工人的准确信息，并紧急联络提供必要的技术支撑。定位通信一体化融合系统获2019年国家技术发明二等奖、重庆市名牌产品，以及欧盟认证，并出口土耳其、南非、澳大利亚等国家，在国内、国际深受一致好评。