Czy bezprzewodowa sieć radiowa może uratować życie górnikowi?

Niewiele jest sytuacji bardziej przerażających niż uwięzienie pod ziemią bez widocznych sposobów ucieczki. Górnicy ryzykują, że zostaną przyłapani w takiej sytuacji każdego dnia, gdy idą do pracy. W Stanach Zjednoczonych Mine Safety and Health Administration ustanawia wytyczne i środki bezpieczeństwa, które pomagają zminimalizować ryzyko katastrofy. Ale czasami to nie wystarczy.

Według Bureau of Labor Statistics śmiertelność górników w 2007 r. wyniosła 24,8 na 100 000 zatrudnionych. Jedynie przemysły kolektywne: rolnictwo, rybołówstwo, leśnictwo i łowiectwo miały wyższą śmiertelność. Nie każda ofiara śmiertelna była wynikiem zawalonej kopalni. Awaria sprzętu lub złe nawyki w zakresie bezpieczeństwa również mogą zakończyć się tragedią. Górnicy mogą również napotkać niebezpieczne gazy, takie jak metan, podczas poruszania się pod ziemią.

Jednym z największych wyzwań w zakresie bezpieczeństwa w kopalniach jest komunikacja. Trudno jest stworzyć sieć, która dobrze działa pod ziemią. Większość fal radiowych nie może przebić się przez skałę – musisz mieć linię wzroku między dwoma punktami transmisji. Nie jest to możliwe w przypadku większości operacji wydobywczych. Silny system łączności pod ziemią mógłby pomóc w ograniczeniu wypadków górniczych i zwiększeniu skuteczności akcji ratowniczych.

Bezprzewodowa sieć radiowa byłaby kluczowym elementem skutecznego systemu łączności. Wykorzystując fale radiowe, górnicy mogliby pozostawać w kontakcie z operacjami na powierzchni. Czujniki podłączone do bezprzewodowej sieci radiowej mogą wysyłać informacje środowiskowe do bazy operacyjnej, ostrzegając kierowników zespołów o potencjalnie niebezpiecznych sytuacjach, zanim dojdzie do wypadku. A dzięki odpowiedniemu systemowi śledzenia przywódcy mogą mieć oko na to, gdzie w kopalni znajdują się górnicy. W razie wypadku przywódcy mogli ustalić, kto był w tym czasie w okolicy.

Technologia bezprzewodowa jest wszechobecna — hotspoty można znaleźć na lotniskach i w kawiarniach. Niektóre miasta wprowadziły miejskie sieci bezprzewodowe . Można by pomyśleć, że każda kopalnia na świecie też by je miała. Ale pamiętaj: fale radiowe mają trudności z przebiciem się przez litą skałę. Projektując bezprzewodową sieć radiową dla kopalni, trzeba to wziąć pod uwagę. Przyjrzymy się dwóm najczęstszym podejściom do wdrażania bezprzewodowej sieci radiowej w kopalni.

Najpierw skupimy się na systemie o zabawnej nazwie: nieszczelny podajnik.

Do niedawna najbardziej zaawansowanym rozwiązaniem komunikacji górniczej był nieszczelny podajnik. Nieszczelne podajniki to kable, które mogą emitować częstotliwości radiowe . Są jak kable koncentryczne, które przenoszą sygnał z jednego punktu końcowego do drugiego. Zwykle kable koncentryczne mają miedzianą powłokę otaczającą sam kabel, aby zapobiec wyciekowi sygnału na całej długości kabla. Jeśli sieć używa długiego kabla, możesz nie być w stanie wykryć sygnału z przeciwległego punktu końcowego.

Nieszczelne podajniki są inne. Zamiast pokryć kabel solidnym miedzianym ekranem, nieszczelny zasilacz ma małe szczeliny w ekranie, aby przepuścić sygnał. Luki tworzą ograniczone środowisko bezprzewodowej sieci radiowej. Wzmacniacze liniowe i wzmacniaki wzmacniają sygnał w regularnych odstępach wzdłuż kabla, aby zrekompensować utratę sygnału.

Urządzenia bezprzewodowe mogą łączyć się z nieszczelnymi podajnikami. Mogą odbierać sygnały radiowe z kabla i przesyłać dane z powrotem. Dane mogą obejmować dane głosowe, wideo i komputerowe. Dzięki odpowiednim odbiornikom można nawet sterować urządzeniami stacjonarnymi, takimi jak pompy wodne wyposażone w odbiorniki radiowe, za pomocą sygnałów przesyłanych przez nieszczelny podajnik. Ale nadal musisz być stosunkowo blisko fizycznego kabla - 300 stóp (91,4 metra) lub więcej - aby odbierać i przesyłać sygnały [źródło: Komisja ds. Technologii Bezpieczeństwa Kopalń i Szkolenia ].

Jedną z zalet nieszczelnego kabla zasilającego jest to, że można go położyć podczas wykopywania miny. Możesz użyć rozgałęźników, aby przesłać różne długości kabla różnymi ścieżkami. A ponieważ kabel jest elastyczny, nie ma problemu z poruszaniem sieci po ostrych zakrętach i zakrętach. W razie potrzeby możesz nawet wprowadzić kabel prosto do otworu.

Nieszczelne systemy podajników mają kilka wad. Jeśli coś zerwie kabel, komunikacja zatrzymuje się po przerwie. Innym problemem jest to, że wiele nieszczelnych kabli zasilających może czasami powodować zakłócenia w systemie. Częstotliwości radiowe nieszczelnego podajnika zwykle znajdują się na wyższym końcu spektrum -- te wysokie częstotliwości nie penetrują zbyt dobrze skały.

Mine Safety and Health Administration (MSHA), agencja rządowa w Stanach Zjednoczonych odpowiedzialna za nadzorowanie kwestii bezpieczeństwa górników, zatwierdza cztery nieszczelne systemy podajników:

Sieci mesh są alternatywą dla nieszczelnych feederów. Sieć kratowa nie wymaga kabla, takiego jak nieszczelny system zasilający. Przyjrzyjmy się bliżej, w jaki sposób bezprzewodowe sieci kratowe mogą sprawić, że wydobycie będzie bezpieczniejsze.

Sieć kratowa dystrybuuje sygnał bezprzewodowy przez system nadajników zwanych węzłami. Węzeł to zasadniczo router bezprzewodowy . Specjalne oprogramowanie w węźle umożliwia komunikację z siecią innych węzłów. Węzły używają routingu dynamicznego do określenia najlepszej trasy wymiany danych. Najlepsza trasa może się zmieniać w zależności od lokalizacji węzłów, ruchu danych i warunków środowiskowych. Co najważniejsze, niektóre węzły mogą być mobilne.

Co najmniej jeden węzeł musi znajdować się w stałej pozycji. Jest to węzeł, który działa jako pomost między siecią mesh a większą siecią, taką jak Internet . Na przykład wieża radiowa podłączona do Internetu może służyć jako główny stały węzeł dla kopalni. Większość kopalń ma wiele stałych węzłów, aby zapewnić sieci mesh silne podstawy.

Bezprzewodowe sieci kratowe zwykle działają w ramach jednej z dwóch częstotliwości radiowych : 2,4 gigaherca (protokół IEEE 802.11) lub 900 megaherców (protokół IEEE 802.15). Oba typy mają problemy z rozgłaszaniem sygnałów za rogi, więc węzeł w każdym rogu może być niezbędny do utrzymania stabilności sieci. MSHA stwierdziło, że protokoły te nie kolidują z innymi systemami komunikacji w kopalniach [źródło: MSHA].

Węzły nie muszą być bardzo duże — wiele z nich ma rozmiar przeciętnego routera bezprzewodowego. Ułatwia to górnikom dołączanie węzłów do ciężkiego sprzętu. Ponieważ węzły mogą działać nawet w ruchu (choć z mniejszą szybkością transmisji), różne pojazdy górnicze mogą je przenosić. Możesz podłączyć węzły do ​​czujników w kopalni, aby monitorować również warunki kopalni. W razie niebezpieczeństwa węzeł może wysyłać sygnały do ​​reszty sieci.

Możliwe jest również zbudowanie identyfikatorów elektronicznych, które współdziałają z siecią mesh. Dzięki temu sieć może śledzić położenie poszczególnych górników. Gdy górnik przechodzi przez kopalnię, różne węzły wykrywają odznakę górnika. Jeśli część kopalni stanie się niebezpieczna, przedsiębiorstwo górnicze może zobaczyć, ilu górników może ucierpieć i ewakuować tę część kopalni. Górnicy mogą również korzystać z urządzeń, takich jak osobiste radia lub telefony VoIP , aby pozostać w kontakcie z operacjami na powierzchni.

Sieci mesh mogą pomóc w zapobieganiu wypadkom, ale co się stanie, jeśli część tunelu się zawali? Niestety, protokoły bezprzewodowe sieci kratowej nie są zbyt skuteczne w penetracji ziemi. W tym celu musisz użyć systemu, który działa na bardzo niskich częstotliwościach. Mine Safety and Health Administration (MSHA) przetestowała system naziemny (TTE), który mógł przebić się przez skałę o długości 270 stóp (82,3 metra). Transfer danych był bardzo powolny – 20 do 30 znaków na minutę z 80-procentową dokładnością na głębokościach do 630 stóp (192 metry). Potencjalnie system TTE może być w stanie nadawać jeszcze dalej przez stałą ziemię. Ale oprócz powolnego transferu danych jest też minus – MSHA odkrył, że systemy TTE mogą zakłócać działanie innych systemów komunikacyjnych w kopalniach.

Bezprzewodowe sieci radiowe mogą zapewnić górnikom powrót na powierzchnię. Biorąc pod uwagę, jak niebezpieczna jest ich praca, niezawodna sieć komunikacyjna może oznaczać różnicę między życiem a śmiercią.

Aby dowiedzieć się więcej o różnych sposobach korzystania z sieci bezprzewodowych, spójrz na łącza na następnej stronie.

Kopalnia! Kopalnia!

Nie wszystkie kopalnie są sobie równe. Niektóre z nich to kopalnie, które mogą wyglądać jak ogromna misa. Firma wydobywcza mogłaby wznieść obwód wież radiowych wokół krawędzi wyrobiska, aby wysyłać sygnały w dół kopalni. Innym rodzajem kopalni jest kopalnia szybowa, o której myśli większość z nas, gdy słyszymy słowo „moja”. Firmy muszą budować stałe węzły u wylotu szybu kopalni.

Powiązane artykuły

Więcej świetnych linków