CC BY
15
CONCEPTUAL MODEL OF MINE TELECOMMUNICATION SYSTEM
DOI 10.24411/2072-8735-2018-10111
Alen V. Konstantinov,
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia, alen_konstantinov@mail.ru
Vadim A. Shpenst,
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
Keywords: multifunctional security system (MSS), telecommunication system, mobile robotic platform, sensor network, intelligent information technologies.
This article is concerned with the description of the conceptual model of the mine automated telecommunication system, monitoring of the mine environment and timely emergency notification on the basis of existing innovative technologies.
At present, the problem of accidents in underground mines is not solved. As a result, people die and the state suffers significant losses. In this regard, various systems are being developed to ensure the safety of miners, such as: a measuring system for air and gas monitoring, communications, information transfer and equipment management; a system for determining the location of personnel, transport and cargo, alerting and providing operational mobile communications to personnel located in mine workings; systems for the search and detection of people caught in an accident; a system for providing video, audio and telemetry data from equipment compatible with the system; system of loud-speaking communication, notifications and signaling, etc. All subsystems constitute a single multifunctional security system. Wired and wireless data channels are used for communication in most such systems. At the moment, there are three fundamental principles of constructing underground communication systems: penetrating underground communication at low frequencies, radiating cable and combined method, communication line and radio channel.
This article proposes to improve existing multifunctional security systems by introducing mobile robotic platforms and intelligent information technologies such as: artificial neural networks, genetic algorithms, genetic programming algorithms, fuzzy logic and expert system. The main purpose of writing the article is to identify the feasibility of applying a new concept to the development of mine telecommunication systems, namely, elimination of the human factor, which causes the majority of accidents, by full or partial automation of the system. The research methods are based on the modern concept of the occurrence of accidents in underground mines, a comprehensive study of modern technologies used in safety systems of underground workings and analysis of scientific and technical foreign and domestic literature.
Information about authors:
Alen V. Konstantinov, post-graduate student of the Department of Electronic Systems, Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia Vadim A. Shpenst, Doctor of Engineering, Professor, Head of the Department of Power and Electrical Engineering, Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
Для цитирования:
Константинов А.В., Шпенст В.А. Концептуальная модель шахтной телекоммуникационной системы // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №6. С. 65-68.
For citation:
Konstantinov A.V., Shpenst V.A. (2018). Conceptual model of mine telecommunication system. T-Comm, vol. 12, no.6, pp. 65-68.
According to the safety rules for coal mines [1], all underground workings should be equipped with a multifunctional safety system shown in Figure I.
The purpose of the multifunctional security system use is determined by the increase in economic efficiency by ensuring the stability and regularity of mining operations by preventing accidents, which is ensured by the provision of prompt and reliable information on hazardous situations and by implementation of emergency control and protection [6]. Unfortunately, these systems have some disadvantages, the main one Of which is unstable and untimely data transmission due to insufficient consistency of subsystems, extensive underground infrastructure and radio wave obstruction across the ground for a sufficient distance. In addition, the emergency communication system that is critical in emergency situations, providing prompt voice communication before, during and a Her an accident, was not developed for obvious reasons: such communication facilities should function during and after the accident; they must remain operative in case of emergency destruction in workings; they should be equipped with all the workings or they should be included in the staffing equipment of each employee in underground workings, be wireless, have internal power sources, etc, [6]. Therefore, improving the means of underground radio communication to ensure safety in mine workings is an important scientific and technical task.
This problem is proposed to be solved with the use of mobile robotic platforms and intelligent information technologies, which are actively implemented both in the sphere of industry and in
our daily lives as assistants in various fields. Today there are many robotic developments. There are designed wheeled, caterpillar, walking, flying, floating, creeping, etc. robots [2]. Most of these robots can be used in underground workings and completely replace people later without putting their lives and health at risk. Applicable to multifunctional security system, with the right technological solution and taking into account all the parameters of the subsystems, mobile robots will be able to solve many problems, the main one of which is the stability and efficiency of telemetry data transmission over the radio communication channel. As for automated control systems, in particular robot control, there is also a large number of intelligent information technologies, the so-called "Artificial Intelligence" technologies and systems [3].
The proposed conceptual model of the mine telecommunication system is represented by a structural (see Figure 1) and functional (see Figure 2) diagrams, where:
1 — Command station control unit;
2 — Data cable;
3 — Underground automated control station;
4 — Individual device of a miner;
5 - Mobile robotic platform;
6 — Controller;
7 - Wireless router;
8 — Video camera;
9 - Environmental sensor units.
External means of risk reduction
Measuring systems
Warning and communication systems
Multifunctional security system (MSS)
z
Other technologies
Electric electronic and programmable systems (EEPS)
Systems of fire-prevention» seismic and geophysical control and forecasting
System of geophysical and seismic observations
Safely-re la ted systems
z
Emergency control and protection -EEPS safety
Automatic gas protection
Fire protection equipment
Air and gas monitoring systems
Technological interlocks and protection
Technological positioning systems
Automatic systems of localization of explosions and fires
Emergency warning systems
Systems of search of people caught by an accident
Emergency underground
communication and communication with a paramilitary mine-rescue unit
Monitoring and control System of fixed fan installations
System of operative, technological, loud-speaking underground communication
Means of individual group protection and rescue
Fig. 1. Structural diagram of a multifunctional security system (MSS)
7TT
КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ШАХТНОЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Константинов Ален Владимирович, Санкт-Петербургский Горный Университет, Санкт-Петербург, Россия,
Alen_Konstantinov@mail.ru Шпенст Вадим Анатольевич, д.т.н., Санкт-Петербургский Горный Университет, Санкт-Петербург, Россия
Аннотация
Статья посвящена описанию концептуальной модели шахтной автоматизированной телекоммуникационной системы связи, мониторинга обстановки шахты и своевременного оповещения об опасности на основе существующих инновационных технологий. В настоящее время проблема аварий в шахтах подземных выработок не решена. Вследствие чего гибнут люди и наносится значительный экономический ущерб государству. В этой связи создаются различные системы направленные на обеспечение безопасности шахтеров, такие как: измерительная система аэрогазового контроля, связи, передачи информации и управления оборудованием; система определения местоположения персонала, транспорта и грузов, оповещения и обеспечения оперативной мобильной связью персонала, находящегося в горных выработках; системы поиска и обнаружения людей, застигнутых аварией; система обеспечения передачи видео, аудио и данных телеметрии от оборудования, совместимого с системой; система громкоговорящей связи, оповещения и сигнализации, и т.д. Все подсистемы в целом составляют единую многофункциональную систему безопасности. В качестве связи в большинстве таких систем используются проводные и беспроводные каналы передачи данных. В данный момент существует три фундаментальных принципа построения систем подземной связи: проникающая подземная связь на низких частотах, излучающий кабель и комбинированный способ, линия связи и радиоканал.
Предлагается усовершенствовать существующие на сегодняшний день многофункциональные системы безопасности путем внедрения мобильных робототехнических платформ и интеллектуальных информационных технологий таких как: искусственные нейронные сети, генетические алгоритмы, алгоритмы генетического программирования, нечеткая логика, экспертная система. Основной целью написания статьи является выявление целесообразности применения новой концепции к разработке шахтных телекоммуникационных систем, а именно устранения человеческого фактора, вследствие которого происходит большинство аварий, путем полной или частичной автоматизации системы. Методы исследования основаны на современном представлении о возникновении аварий в подземных шахтах, комплексном исследовании современных технологий, применяемых в системах безопасности подземных выработок и анализа научно-технической зарубежной и отечественной литературы.
Ключевые слова: многофункциональная система безопасности (МФСБ), телекоммуникационная система, мобильная робототехническая платформа, сенсорная сеть, интеллектуальные информационные технологии.
Литература
1. ПБ 05-618 - 03. Правила безопасности в угольных шахтах. Сер. 05. Вып. 40. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2014. 248 с.
2. Бройнль Томас. Встраиваемые робототехнические системы: Проектирование и применение мобильных роботов со встроенными системами управления. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2012. 520 с.
3. Бураков М.В. Системы искусственного интеллекта. М.: Проспект, 2017. 440 с.
4. Попов Е.А., Семенкина М.Е. Эволюционные алгоритмы моделирования и оптимизации. LAP Lambert Academic Publishing, 2013. 72 с.
5. Попов Е.А., Семенкина М.Е. Бионические алгоритмы комбинаторной оптимизации. LAP Lambert Academic Publishing, 2013. 76 с.
6. Бабенко А.Г. Анализ основ построения многофункциональных систем безопасности угольных шахт // Безопасность труда в промышленности. 2013. № 3. С. 40-47.
7. Dorigo M., Birattari M., Stutzle T. Ant Colony Optimization, Technical Report No. TR/IRIDIA/2006-023, September 2006.
Информация об авторах:
Константинов Ален Владимирович, аспирант кафедры Электронных систем, Санкт-Петербургский Горный Университет, Санкт-Петербург, Россия
Шпенст Вадим Анатольевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедры Электроэнергетики и Электромеханики, Санкт-Петербургский Горный Университет, Санкт-Петербург, Россия
7ТТ
