一种用于地下营救时地下与地面进行声通信的方法技术

一种用于地下营救时地下与地面进行声通信的方法，通过键控便携式发信机（或经过专门训练的人）控制铁锤按编码规则敲击地下设施已有的（或专用的）刚性管道、通风管道、运输铁轨等刚性介质以产生声脉冲信号；根据声脉冲的个数和声脉冲之间的时间间隔所表示的不同的敲击方式表示数码“０”、“１”，不同位数的“０”“１”组合，表示大量不同的通信信息；敲击所产生的声脉冲信号以地下设施的刚性介质为信道进行传输；收信端通过带封闭罩的高灵敏度拾音器获取声脉冲信号，采用信号处理技术实现对声脉冲信号的记录、自动检测、识别和译码，完成地下与地面的双向通信任务，为地下灾难（或事故）的营救通信提供一种新的技术方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，能实现矿井、地下军事设施、人防隧道等地下设施在常用通信方式无法使用的条件下，通过信息发送装置 的机械方式或人工方式敲击地下已有的(或专门预置的)刚性管道、通风管道、运输铁轨等 刚性介质，产生声脉冲信号，声脉冲信号通过刚性介质传输到地面，地面使用专用的信息接 收装置检测分析声脉冲信号并还原出发送方发送的信息，以建立地下到地面的通信。地下 也有地面的信息接收装置，地面也有地下的信息发送装置，将地下和地面的通信方式互换， 能够实现地上与地下之间的双向通信。本专利技术可以为地下设施发生灾难实施营救时的通信 保障提供一种新的方法。
技术介绍
地下设施中地下与地面之间的最低限度通信是一个值得研究的重要问题。目前， 矿井、地下军事设施、人防隧道等地下设施的地下深度能够达到几百米，例如我国大型煤 矿、朝鲜和伊朗的核设施都在地下400多米。以矿井为例，国家发改委对国内煤矿开采深度 的统计显示，大中型煤矿平均开采深度456米。矿井下地质条件非常复杂，工作环境恶劣， 环境中存在着大量的有爆炸危险的一氧化碳、瓦斯及煤尘等空气混合体，事故隐患极大，严 重威胁井下人员的生命安全。一旦发生瓦斯爆炸、塌方等矿难极有可能导致有线通信线路 和动力线缆断路、井下有线和无线通信完全中断，无法建立幸存者和地面营救人员之间的 通信联络。现有的地下设施中地下和地面之间的通信中有线通信和无线通信并存，以有线通 信居多。无线通信由于电波的穿透性差，难以覆盖地下设施的全部区域，而有线通信由于设 置固定位置的通信终端(语音为主)，难以保障地下营救时的通信。这些通信方式平时都能 很好的工作，可以保障通信任务的完成。但在遭遇矿井瓦斯爆炸、人防隧道塌方、地下军事 设施遭到爆破性武器持续攻击时，由于地下设施中固定的有线通信终端和无线通信基站数 目有限且都容易损坏，完全可能致使通信链路中断。发生地下事故和灾难时，地面营救人员 迫切希望了解地下设施中是否还有幸存者、幸存者所在具体位置、幸存者周围的地形状况 等关键营救信息，而这些信息可能用已有的通信系统无法由地下幸存者从地下给出。地下设施受到爆破性武器攻击或发生地下灾难等事故后，可能产生较为复杂的地 质情况和地质构造。例如，发生塌方后，某个人幸存下来后，即便离他十米处有一个有线通 信终端还可供使用，但由于地形阻隔，无法使用。根据现有的技术水平，地下和地面之间的通信应该是多种通信方式并存，这样不 同的通信方式可以发挥各自的优点，互为补充。为此本专利技术构想利用不易损坏的刚性管道作为信道，建立地下和地面之间声通信 的链路。这些已有的(或专门预置的)刚性管道、通风管道、运输铁轨等刚性介质可以连通 地下设施各个工作面和地面，发生地下灾难后，可能导致这些刚性介质弯曲变形但不易完 全折断，因此传声的物理基础仍然可能存在。故可以通过敲击这些刚性介质发送声脉冲信号的形式实现发送和接收信息，接收端设备按通信协议完成信息恢复，建立双向通信，使之 作为多种地下和地面通信方式中的一种，不同方式之间可以互为补充和完善。这是有理论依据的，例如一个标准大气压下声音在钢铁中传播的速度是5200m/ s，声波能量损耗以纵波传播方式最小，只要敲击能量源足够大，完全可以传送几百米甚至 上千米的距离。在接收敲击声脉冲信号时，可以利用先进的声信号处理技术，实现地下设施 中地下与地面之间关键信息的发送和接收。本专利技术阐述的用于地下营救时地下与地面进行声通信的方法也同样适用于隧道、人防设施和地下军事指挥所以及其它地下设施在发生灾难和事故等条件下的通信，各种地 下设施在建设或维护时可预置专用传声性能好的刚性管道与地面多处连通(或利用已有 刚性管道)，可以为保障地下幸存者和地面营救人员在上述条件下的通信提供一种新的技 术方法。国内在已发生的矿难(或地下设施发生事故)营救中，营救人员几乎完全不知道 井下的情况。所制定的营救计划缺乏准确的井下幸存者的信息支撑，因此并非最佳方案。这 一问题在国内外均存在，是一个有共性的问题。为解决这一世界性难题，本专利技术阐述了利用 地下设施中不易损坏的已有的(或专门预置的)刚性管道、通风管道或运输铁轨等刚性介 质作为信道传送信息，建立通信的方法。本专利技术主要利用专用预置金属管道和运输铁轨作为两个具体实施例来表明本发 明所阐述的用于地下营救时地下与地面进行声通信方法的可靠性和有效性，具体内容在具 体实施方式部分详细描述。
技术实现思路
地下设施发生灾难和事故后，由于地下设施的地下结构可能面积庞大，地形和地 质结构复杂，地面营救人员迫切需要了解地下设施中是否还有幸存者、有多少幸存者、幸存 者所在具体位置、幸存者周围的地形状况等关键营救信息，而这些信息可能用已有的通信 系统无法由地下幸存者从地下给出。而如果缺乏准确的地下幸存者的信息支撑，就难以制 定有效的和最佳的营救计划，为此本专利技术公开了一种用于地下营救时地下与地面进行声通 信的方法，该方法可以与其它多种通信方式并存，互为补充，为地下营救时地下与地面的通 信保障提供一种新的技术方法。通过键控便携式发信机(或经过专门训练的人)控制铁锤 按编码规则敲击地下设施已有的(或专用的)刚性管道、通风管道、运输铁轨等刚性介质以 产生声脉冲信号，根据声脉冲的个数和声脉冲之间的时间间隔所表示的不同的敲击方式可 以表示数字信息“0”、“1”。根据地下营救的特点，通过不同位数的“0” “1”组合，可表示大 量不同的通信编码信息。敲击所产生的声脉冲信号通过地下设施已有(或专用)的刚性管 道、通风管道、运输铁轨等刚性介质传输到地面，地面收信设备通过带封闭罩的高灵敏度拾 音器获取传输的声脉冲信号，并对该模拟信号进行采样，中央处理单元对采样得到的数字 信号采用信号处理技术实现对声脉冲信号的记录、自动检测、识别和译码，完成地下到地面 的通信任务。在地下和地面都配备信息发送和收信装置以完成地下和地面的双向通信。采用本专利技术设计的信息表示方法，可以根据以往地下灾难营救中所需的关键信息 编码制定信息表，即为码本，一组不同位数的“0” “1”组合指向营救所需的一条关键信息， 比如是否缺氧、幸存者的工作面位置、有多少人幸存等等，不同的码组的组合可表示大量的不同编码信息，能极大地提高了传输信息的效率。采用本专利技术的方法设计的通信终端，是可以移动的，避免了有线通信终端受电缆 长度和设置地点固定的限制，只要有刚性管道存在，就可以根据地下地形条件，就近使用， 开展地下和地面的通信。地面设备在营救期间，可以长期不间断无人值守，一旦收到地下被 困人员发出的信息，将会自动检测识别给出接收信息的内容，同时给予语音提示，这将极大 减轻地面营救人员的工作强度。在发信地点布置上也可以非常灵活，完全可以和地下有线 终端摆放位置错开，彼此形成互为补充的通信方式。采用本专利技术的方法设计的通信终端，由 于采用电池组供电，自带电源，不受地下事故发生后断电的困扰。采用本专利技术设计的通信方式，能够实现地下被困人员向地面营救人员传递出地下幸存者所在的位置、幸存人员的数目、幸存人员所处位置的大致地质情况等营救所需的关 键信息，这对地面救援人员快速制定科学的营救策略、争取营救时间是非常重要的。同时， 由于地下也有地面的信息接收装置，地面也有地下的信息发送装置，将地下到地面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于地下营救时地下与地面进行声通信的方法，其特征是：发信端通过键控便携式发信机（或经过专门训练的人）控制铁锤按编码规则敲击地下设施已有的（或专用的）刚性管道、通风管道、运输铁轨等刚性介质以产生声脉冲信号；根据声脉冲的个数和声脉冲之间的时间间隔所表示的不同的敲击方式表示数字信息“０”、“１”，不同位数的“０”“１”组合，表示大量不同的编码信息；敲击所产生的声脉冲信号以地下设施已有（或专用）的刚性管道、通风管道、运输铁轨等刚性介质为信道传输，收信端通过带封闭罩的高灵敏度拾音器获取声脉冲信号，并对该模拟信号进行采样，中央处理单元对采样得到的数字信号采用信号处理技术实现对声脉冲信号的记录、自动检测、识别和译码，完成地下与地面的双向通信任务。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高勇，唐志良，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]