Архив 2008-2014 » 2009 | 03 Октябрь-ноябрь
Наблюдение и оповещение
В последние годы несколько строчек Правил безопасности лишили сна владельцев шахт. Параграф 41 ПБ 05-618-03, гласящий: «Шахта должна быть оборудована системами наблюдения, оповещения об авариях людей, независимо от того, в каком месте шахты они находятся, средствами поиска застигнутых аварией людей, а также прямой телефонной и дублирующей ее альтернативной связью с аварийно-спасательной службой, обслуживающей шахту», стал нарицательным — «41-м». Важное и трудное в реализации это требование на момент написания не имело технического воплощения в мировой практике, и потому вызвало немало толкований и предложений.
На самом деле параграф распадается на три независимые части: оповещение, наблюдение и поиск. В «гражданском» понимании вещей, когда радио и сирены оповещают, родственники отслеживают, а милиция ищет. Это понимание перенесено и на модель реализации «41-го», когда большинство систем состоит из трех независимых частей, работающих на одну цель. Кроме того, при реализации каждой из функций системы выявились два диаметрально противоположных идеологических подхода.
Во все времена человек кричал, звонил, гудел об опасности: глашатаи, колокола, сирены. По аналогии работают системы, передающие радиосигналы с поверхности сквозь горный массив. На поверхности, над полем выработки или внутри части выработок, строится антенно-фидерная система в виде протяженной антенны, излучающей на сверхнизкой частоте. Каждый индивидуальный светильник снабжается приемным устройством.
В случае аварийной ситуации радиосигналы аварийного оповещения или персонального вызова проходят в подземные выработки сквозь толщу горных пород. Мощность излучения при этом может достигать 15 кВт. Частота сигнала (в зависимости от удельной проводимости породы) варьируется в пределах 25 — 2500 Гц. Получив сигнал от излучателя, абонентское устройство извещает шахтера световым или звуковым сигналом.
Система относительно проста и понятна, как сирена или колокол, но остается неизвестным, получил человек сигнал или нет. Разумно было бы послать ответный, подтверждающий импульс, но на светильнике шахтера нет для этого ресурсов мощности.
Возможность получить сигнал от шахтера могут только системы, антенно-фидерные устройства которых расположены в относительной близости от шахтера и не закрыты от него угольным массивом. При этом применяется три технологии: радиоизлучающий кабель (leaky feeder), проложенный вдоль выработки шахты, и микросотовые системы стандартов DECT и WiFi (IEEE 802.11). Такую возможность имеют только устройства, использующие наиболее активно развивающуюся в мире технологию — WiFi. Системы, реализованные на ее основе, позволяют проверить — услышал ли оповещающий сигнал человек.
Существует два подхода к наблюдению за местонахождением объекта: знание, что он миновал какую-то точку, и знание, где он находится в каждое мгновение. Оба варианта обеспечиваются технологиями наблюдения положения группы RTLS — Real Time Location Service. Наиболее проста так называемая технология «определения непосредственной близости», или «Proximity». Это кнопка или рычаг, которую нажимают, проходя мимо, или радиочастотная метка (RFID), на которые реагирует датчик, установленный в нужном месте. Система RFID самая распространенная. Но неизвестно, где объект находится в данный момент. Известно лишь, что он миновал один датчик и не дошел до другого. И если датчики стоят на концах выработки длиной 3000 метров, то именно с такой точностью можно знать положение шахтера. Если интересует, чем объект занят сейчас и более точное местоположение, чем расстояние между датчиками, то необходима пространственная (spatial) технология. Сейчас активно развиваются два направления: RSSI (received-signal strength indication, технологии замера уровня поля) или TDOA (time difference of signal arrival, расчет разности времен прихода сигнала). Система RSSI обеспечивает определение положения объекта на открытом пространстве с точностью до 3 метров. Но неравномерное распределение напряженности радиополя в подземных выработках снижает правильность определения координат в десятки раз. И только методы, учитывающие особенности распределения радиополя, улучшают точность до приемлемых ±20 метров. Если этого мало, то необходима система TDOA. Замеряя разность прихода радиоимпульса с верностью до 1 нс, можно определить координаты объекта с погрешностью менее одного метра. В подземных условиях погрешность растет до трех-четырех метров. Поставив эту систему, можно знать, что машинист комбайна не только спустился в шахту, но и как далеко он от своего рабочего места и туда ли он движется.
Подземное пространство горнодобывающего предприятия не дает шансов на прямой поиск потерявшегося человека. Анонсировано немало устройств «дистанционного поиска людей в завалах угля». Большинство строится на обнаружении радиосигнала от абонентского оборудования. Местоположение же определяется по уровню затухания сигнала или по направлению на источник излучения методом триангуляции (как у обычных пеленгаторов). Часто заявляется о точности позиционирования до метра. Что, по информации производителей, достигнуто при испытаниях. Действительно, определить расстояние по уровню затухания можно, при однородном завале. А как отличить затухание в 6 м породы от затухания в 2 м породы плюс 70 м свободного пространства на ней, или метра породы и двух вагонеток сразу за завалом? И с пеленгацией не всё просто. Методом триангуляции достоверно определим положение излучателя, если есть подход с разных сторон. А если к завалу подходим с одной стороны? Обойти завал сквозь толщу породы невозможно, а ширины выработки в качестве базы пеленгации недостаточно. Особенно, если учесть, что передача ведется на достаточно длинных волнах. Да и на коротких переотражение сигнала на породе искажает фронт волны, исключая определение направления. Методы геолокации неприменимы ввиду неравномерности завала. Проще говоря, способы прямого поиска людей под завалами сегодня отсутствуют.
Реально работающими остаются косвенные методы, рассчитывающие положение человека по последней отметке в системе слежения. И системы ближней индикации на основе маломощных радиопередатчиков или акустических излучателей, расположенных на шахтере при нахождении в 2-3 метрах от поисковой группы. Если последнее местоположение человека было определено точно (с погрешностью ±20-30 м), то у спасателей есть шансы на быстрый поиск.
Перспективен метод, применяющий сразу несколько несвязанных технологий: прогнозирование местоположения с учетом последних известных координат, детектирование радиоизлучения или звукового сигнала от абонентского устройства (индивидуального аккумуляторного светильника). Если абонентское устройство сможет определять свои координаты, например, от датчика ускорения, и передавать их в радиопосылке, это позволит повысить точность нахождения пострадавших. Но такая технология — дело будущего, надеемся, не очень дальнего.
Бурно развивающаяся технология WiFi уже проникла во все области нашей жизни. По статистике, технологии, рассчитанные на критические ситуации, в половине случаев оказываются неработоспособными. И проблема не в них, а в том, что обычно их редко проверяют. В системе, которая используется постоянно и проверяется непрерывно, и неисправность оперативно выявляется и устраняется. Система безопасности, построенная на основе WiFi, образует мощную информационную магистраль подземного предприятия. Если она построена с учетом требований надежности и резервирования, то на эту основу можно навешивать остальную автоматику шахты и ее связь. Запущенная в полном объеме, она не просто участвует в технологическом процессе предприятия, а позволяет экономить, заменяя собой многочисленные локальные информационные системы и системы автоматизации.
Главная » Главная » 2009 | 03 Октябрь-ноябрь » Наблюдение и оповещение