Радиотехника
RUEN
Радиотехника
RUEN
+7 (495) 625‑92‑41 info@radiotec.ru

Название статьи или книги, фамилия автора, DOI

Современное состояние систем радионавигации диапазона ультравысоких и сверхвысоких частот в подземных сооружениях

Д.В. Федосов1, А.В. Николаев2, А.В. Колесников3, Е.И. Старовойтов4, А.А. Логунов5

научная статья УДК 621.396 Страницы: 48-63 doi.org/10.18127/j20700784-202504-05

  1. 1,3 НПООО «КВ-СВЯЗЬ» (г. Омск, Россия)
  2. 2 Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (Москва, Россия)
  3. 4 АО «НИИМА «ПРОГРЕСС» (Москва, Россия)
  4. 5 ПАО «РРК «ЭНЕРГИЯ» им. С.П. Королева» (г. Королев, Московская область, Россия)
Ключевые слова: Подземные сооруженияподземная навигация и позиционированиенавигация с помощью ультравысоких и сверхвысоких частотсистема локального позиционирования

Аннотация

Постановка проблемы. Для повышения промышленной безопасности и производительности подземных предприятий в настоящее время требуется внедрять системы локального позиционирования. Поскольку подземные сооружения, к которым относятся шахты, рудники, туннели метро, коллекторы и т.п., не досягаемы для спутниковых систем навигации, в них используются методы радионавигации ультравысоких и сверхвысоких частот.

Цель. Анализ научных разработок и коммерческих решений в области радионавигации с помощью диапазона ультравысоких и сверхвысоких частот, используемых в подземных сооружениях.

Результаты. Рассмотрены методы радионавигации с помощью ультравысоких и сверхвысоких частот, приведены данные о точности определения расстояния современными системами позиционирования.

Практическая значимость. Проведено обобщение и систематизация методов позиционирования ультравысоких и сверхвысоких частот и систем для подземных сооружений, представленных на рынке.

Поступила
06.12.2024
Одобрена
06.02.2025
Принята
31.03.2025

Для цитирования

Федосов Д.В., Николаев А.В., Колесников А.В., Старовойтов Е.И., Логунов А.А. Современное состояние систем радионавигации диапазона ультравысоких и сверхвысоких частот в подземных сооружениях // Успехи современной радиоэлектроники. 2025. T. 79. № 4. С. 48–63. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202504-05

Список источников
  1. Захаров В.Н., Кубрин С.С. Цифровая трансформация и интеллектуализация горнотехнических систем // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2022. № 5-2. С. 31–47. https://doi.org/10.25018/0236_1493_ 2022_52_0_31
  2. Ferreira A.F.G., Fernandes D.M.A., Catarino A.P., Monteiro J.L. Localization and positioning systems for emergency responders: a survey // IEEE Communications surveys and tutorials. 2017. V. 19. № 4. Р. 2836–2870. http://dx.doi.org/10.1109/COMST.2017.2703620
  3. Seguel F. Underground mine positioning: a review // IEEE Sensors Journal. 2022. V. 22. № 6. https://doi.org/10.1109/JSEN.2021. 3112547
  4. Fernando L.P. Positioning systems for underground tunnel environments / CERN-THESIS-2016-101. P. 187. URL: https://cds.cern.ch/ record/2215397
  5. Hancke G.P., Silva B. Wireless positioning in underground mines // IEEE Industrial electronics magazine. 2021. V. 15. № 3. P. 39–48. https://doi.org/10.1109/MIE.2020.3036622
  6. Bensky A. Wireless positioning technologies and applications / A. Bensky-Artech House. 2008. P. 297.
  7. Forooshani A.E., Bashir S., Michelson D.G., Noghanian S. A survey of wireless communications and propagation modeling in underground mines // IEEE Communications surveys & tutorials. 2013. V. 15. P. 1524–1545. https://doi.org/10.1109/SURV.2013. 031413.00130
  8. Федосов Д.В., Николаев А.В., Колесников А.В., Лапин С.Э., Бабенко А.Г. Обзор способов организации подземной связи и перспективы использования диапазона средних волн в шахтах // Труды НИИР. 2022. № 1. С. 19–36. https://doi.org/10.34832 /NIIR.2022.8.1.003
  9. Patri A., Nayak A., Jayanthu Dr.S. Wireless communication systems for underground mines – A critical appraisal // International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2013. V. 4(7). С. 3149–3153. URL: http://www.ijettjournal.org/archive/ ijett-v4i7p174
  10. Yarkan S., Guzelgoz S., Arslan H., Murphy R. Underground mine communications: a survey // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2009. V. 11. P. 125–142. https://doi.org/10.1109/SURV.2009.090309
  11. Bandyopadhyay L.K., Mishra P.K., Chaulya S.K. Wireless Communication in Underground Mines. New York, NY: Springer US, 1 ed. 2010. https://doi.org/10.1007/978-0-387-98165-9
  12. Bedford M.D., Rodríguez López A.J.A., Foster P.J. Low-cost leaky feeder communication for mines rescue // Mining technology. 2020. V. 129(4). P. 217–227. https://doi.org/10.1080/25726668.2020.1838110
  13. Moschevikin A., Serezhina M., Sikora A. On the possibility to use leaky feeders for positioning in chirp spread spectrum technologies // Proc. 2nd Int. Symp. Wireless Systems within the Conferences on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems, Offenburg. 2014. P. 56–65. https://doi.org/10.1109/IDAACS-SWS.2014.6954624
  14. Pereira F., Theis C., Moreira A., Ricardo M. Multi-technology RF fingerprinting with leaky-feeder in underground tunnels / Proc. Int. Conf. Indoor Positioning and Indoor Navig. (IPIN), Sydney. NSW. 2012. P. 1–9. https://doi.org/10.1109/IPIN.2012.6418871
  15. Серов С.А., Куликов Р.С., Петухов Н.И. Использование многолучевого распространения сверхширокополосного радиосигнала для навигации внутри помещения // Радиотехника. 2022. № 11. Т. 86. С. 109–114. https://doi.org/10.18127/j00338486-202211-17
  16. Литвинов С.Н., Ладаном С.А., Шеремет Е.И. Особенности применения систем позиционирования на производстве // Динамика сложных систем – XXI век. 2023. № 2. Т. 17. С. 17–26. https://doi.org/10.18127/j19997493-202302-02
  17. Hrovat A., Kandus G., Javornik T. A Survey of radio propagation modeling for tunnels // IEEE Communications surveys & tutorials. 2013. V. 16 (2). P. 658–669. https://doi.org/10.1109/SURV.2013.091213.00175
  18. Emslie A., Legace R., Strong P. Theory of the propagation of UHF radio waves in coal mine tunnels // IEEE Transactions on antennas and propagation. 1975. V. 23(2). P. 192–205. https://doi.org/10.1109/TAP.1975.1141041
  19. Ranjan A., Sahu H.B., Misra P. Modeling and measurements for wireless communication networks in underground mine environments // Measurement. 2019. 106980. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.106980
  20. Zhang Y.P., Zheng G.X., Sheng J.H. Radio propagation at 900 MHz in underground coal mines // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2001. V. 49 (5). P. 757–762. https://doi.org/10.1109/8.929630
  21. Ranjan A., Misra P., Dwivedi B., Sahu H.B. Studies on propagation characteristics of radio waves for wireless networks in underground coal mines // Wireless personal communications. 2017. V. 97(2). P. 2819–2832. https://doi.org/10.1007/s11277-017-4636-y
  22. Bedford M.D., Kennedy G.A., Foster P.J. Radio transmission characteristics in tunnel environments // Mining technology. 2017.
    V. 126(2). P. 77-87. https://doi.org/10.1080/14749009.2016.1259196
  23. Jacksha R, Zhou C. Measurement of RF propagation around corners in underground mines and tunnels // Transactions of the society for mining, metallurgy, and exploration. 2016. V. 340(1). P. 30–37. https://doi.org/10.19150/trans.7324
  24. Zhang Y.P. Novel model for propagation loss prediction in tunnels // IEEE Transactions on vehicular technology. 2003. V. 52. № 5. P. 1308–1314. https://doi.org/10.1109/TVT.2003.816647
  25. Hakem N., Delisle G., Coulibaly Y. Radio-wave propagation into an underground mine environment at 2.4 GHz, 5.8 GHz and 60 GHz / The 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2014). https://doi.org/10.1109/EuCAP.2014.6902607
  26. Taleb H.A., Ghanem K., Zaaimia M. Z., Mabrouk I. B., Nedil M. On 60 GHz MIMO diversity in an undeground mine propagation channel // IEEE Antennas and wireless propagation letters. 2020. V. 19. № 10. P. 1769–1773. https://doi.org/10.1109/LAWP.2020.3017350
  27. Tariq S.A.M. et al. Angular dispersion of a scattered underground wireless channel at 60 GHz // IEEE Access. 2020. V. 8. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2986716
  28. Saleem A., Zhang X., Xu Y., Albalawi U.A., Younes S. A critical review on channel modeling: implementations, challenges and applications // Electronics. 2023. V. 12. № 9. P. 1–42. https://doi.org/10.3390/electronics12092014
  29. Chehri A., Fortier P., Tardif P.M. Characterization of the ultra-wideband channel in confined environments with diffracting rough surfaces // Wireless personal communications. 2012. V. 62. P. 859–877. http://dx.doi.org/10.1007/s11277-010-0097-2
  30. Chen Yu, et al. A survey on LPWAN-5G Integration: main challenges and potential solutions // IEEE Access. 2022. V. 10. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3160193
  31. Cheng B., Cheng X., Chen J. Lightweight monitoring and control system for coal mine safety using REST style // ISA Transactions. 2015. V. 54. P. 229–239. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2014.07.004
  32. Qin Y., Zhou C., Yang S. H., Wang F. A distributed newton iteration-based localization scheme in underground tunnels // Proceedings of the 2012 UKACC International Conference on Control, CONTROL 2012, 2012, pp. 851–856. http://dx.doi.org/ 10.1109/CONTROL.2012.6334743
  33. Tahir N., Karim M. M., Sharif K., Li F., Ahmed N. Quadrant-based weighted centroid algorithm for localization in underground mines // Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics).2018. V. 10874 LNCS. P. 462–472. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-94268-1_38
  34. Moridi M., Kawamura Y., Sharifzadeh M., Chanda E.K., Wagner M., Jang H., Okawa H. Development of underground mine monitoring and communication system integrated ZigBee and GIS // International journal of mining science and technology. 2015. V. 25. № 5. P. 811–818. http://doi.org/10.1016/j.ijmst.2015.07.017
  35. Song M., Qian J. Improved sequence-based localization applied in coal mine // International Journal of Distributed Sensor Networks. 2016. V. 12. № 11. http://dx.doi.org/10.1177/1550147716669615
  36. Nerguizian C., Despins C., Affes S. Geolocation in mines with an impulse response fingerprinting technique and neural networks // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2006. V. 5. P. 603–611. https://doi.org/10.1109/TWC.2006.1611090
  37. Nerguizian C., Despins C., Affes S., Djadel M. Radio-channel characterization of an underground mine at 2.4 GHz // IEEE Transactions on wireless communications. 2005. V. 4. № 5. P. 2441–2453. https://doi.org/10.1109/TWC.2005.853899
  38. Ralston J.C., Hargrave C.O., Hainsworth D.W. Localization of mobile underground mining equipment using wireless Ethernet // Conference Record – IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society). 2005. V. 1. P. 225–230. https://doi.org/ 10.1109/IAS.2005.1518314
  39. Lin P., Li Q., Fan Q., Gao X., Hu S. A real-time locationbased services system using Wi-Fi fingerprinting algorithm for safety risk assessment of workers in tunnels // Mathematical problems in engineering. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/371456
  40. Cypriani M., Delisle G., Hakem N. Wi-Fi-based positioning in underground mine tunnels / 2013 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation, IPIN 2013. https://doi.org/10.1109/IPIN.2013.6817894
  41. Guo Y., Liu H., Shu L., Li J. The precise underground localization method based on WIFI network / APCC 2012 – 18th Asia-Pacific Conference on Communications: Green and Smart Communications for IT Innovation. 2012. P. 664–667. https://doi.org/ 10.1109/APCC.2012.6388277
  42. Srikanth B., Kumar H., Rao K. A robust approach for WSN localization for underground coal mine monitoring using improved RSSI technique // Mathematical modelling of engineering problems. 2018. V. 5. P. 225–231 http://dx.doi.org/10.18280/ mmep.050314
  43. Li M., Liu Y. Underground coal mine monitoring with wireless sensor networks // ACM Transactions on sensor networks. 2009. V. 5. P. 1–29. https://doi.org/10.1145/1498915.1498916
  44. Fan Q., Li W., Hui J., Wu L., Yu Z., Yan W., Zhou L. Integrated positioning for coal mining machinery in enclosed underground mine based on SINS/WSN // The scientific world journal. 2014. http://dx.doi.org/10.1155/2014/460415
  45. Minhas U.I., Naqvi I. H., Qaisar S., Ali K., Shahid S., Aslam M.A. A WSN for monitoring and event reporting in underground mine environments // IEEE Systems journal. 2018. V. 12. P. 485–496. https://doi.org/10.1109/JSYST.2016.2644109
  46. Liu Z., Li C., Wu D., Dai W., Geng S., Ding Q. A wireless sensor network based personnel positioning scheme in coal mines with blind areas // Sensors. 2010. V. 10. № 11. P. 9891–9918. http://dx.doi.org/10.3390/s101109891
  47. Chehri A., Fortier P., Tardif P.M. UWB-based sensor networks for localization in mining environments // Ad Hoc Networks. 2009. V. 7. P. 987–1000. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2008.08.007
  48. Cheng G. Accurate TOA-Based UWB Localization System in Coal Mine Based on WSN // Physics Procedia. 2012. V. 24. P. 534–540. http://dx.doi.org/10.1016/j.adhoc.2008.08.007
  49. Qin Y., Wang F., Zhou C. A distributed UWB-based localization system in under-ground mines // Journal of networks. 2015. V. 10. http://dx.doi.org/10.4304/jnw.10.3.134-140
  50. Chen W. Personnel precise positioning system of coal mine underground based on UWB // Journal of physics: conference series. 2021. № 1920(012115). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1920/1/012115
  51. Rusu S.R., Hayes M.J.D. Localization in large-scale underground environments with RFID / 24th Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, 2011. P. 1140–1143. http://dx.doi.org/10.1109/CCECE.2011.6030640
  52. Pereira F., Theis C., Moreira A., Ricardo M. Performance and limits of KNN-based positioning methods for GSM networks over leaky feeder in underground tunnels // Journal of location based services. 2012. V. 6. P. 117–133. https://doi.org/10.1080/17489725. 2012.692619
  53. Dayekh S., Affes S., Kandil N., Nerguizian C. Cost-effective localization in underground mines using new SIMO/MIMO-like fingerprints and artificial neural networks / 2014 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC). 2014. P. 730–735. http://dx.doi.org/10.1109/ICCW.2014.6881286
  54. Baek J., Choi Y., Lee C., Suh J., Lee S. BBUNS: bluetooth beacon-based underground navigation system to support mine haulage operations // Minerals. 2017. V. 7. P. 228. http://dx.doi.org/10.3390/min7110228
  55. Jiang S., Wang W., Peng P. A single-site vehicle positioning method in the rectangular tunnel environment // Remote sensing. 2023. V. 15. № 2. P. 5–27. https://doi.org/10.3390/rs15020527
  56. ТАЛНАХ многофункциональный шахтный информационный комплекс. URL: https://it-ind.ru/product/oborudovanie-svyazi-i-peredachi-dannykh-dlya-shakht-rudnikov-i-tonneley/talnakh-mnogofunktsionalnyy-shakhtnyy-informatsionnyy-kompleks/
  57. ГОРИЗОНТ многофункциональный шахтный информационный комплекс. URL: https://it-ind.ru/product/oborudovanie-svyazi-i-peredachi-dannykh-dlya-shakht-rudnikov-i-tonneley/gorizont-mnogofunktsionalnyy-shakhtnyy-informatsionnyy-kompleks/
  58. Васильев В.А. Связь, позиционирование и аварийное оповещение в золотодобывающих подземных рудниках // Золото и технологии. 2022. № 1(55). С. 106–110.
  59. Новиков А.В., Паневников К.В., Писарев И.В. Многофункциональная система безопасности угольных шахт – практика применения систем определения местоположения и оповещения персонала // Горная Промышленность. 2018, № 2(138). C. 93–98.
  60. Новиков А.В., Паневников К.В., Писарев И.В. Рудник и многофункциональная система безопасности // Горная промышленность. 2019. № 5. C. 04–09. http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2019-5-04-09
  61. Новиков А.В., Паневников К.В., Писарев И.В. МФСБ – связь, оповещение и определение местоположения персонала в угольных шахтах // Горная промышленность. 2019. № 1. С. 37–40. http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2019-1-143-37-40
  62. ГРАНЧ. URL: https://www.granch.ru/ru/sistemy-bezopasnosti
  63. ARMAPHONE. URL: https://armaphon.ru/
  64. RADIUS. Типовые технические решения. URL: https://radius-nvic.ru/page7058240.html
  65. RealTrac. URL: https://real-trac.com/ru/
  66. Система позиционирования горнорабочих и транспорта СПГТ-41. URL: https://uraltexis.ru/production/spgt-41
  67. Mine Radio Systems. URL: https://mineradio.ru/about/?ysclid=l9fav127j1216798476
  68. Becker Mining Systems. Smart underground communications. VHF Leaky feeder system. URL: https://www.becker-mining.com/sites/default/files/smartcom_vhf_leaky_feeder_system_rev_d_0.pdf
  69. Горячев Д.В., Ухов В.И. Архитектура системы позиционирования и связи для шахт «Кондор» // Уголь России и майнинг. 2020. № 7. С. 21–22.
  70. Архитектура системы позиционирования и связи для шахт «Кондор» / Компания ДЭП. Системы и средства промышленной автоматизации. URL: http://dep.ru/presscentr/articles/gornaya-promyshlennost/arkhitektura-sistemy-pozitsionirovaniya-i-svyazi-dlya-shakht-kondor/
  71. Strata Worldwide.  https://www.strataworldwide.com/mining
  72. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 08.12.2020 №507 «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах».
  73. ГОСТ Р 55154-2019. Оборудование горно-шахтное. Многофункциональные системы безопасности угольных шахт. Общие технические требования.
+7 (495) 621‑48‑37 +7 (495) 625‑92‑41 info@radiotec.ru
Доставка и оплата Для авторов Об издательстве Прайс-лист Политика обработки персональных данных
© 1937–2026 ООО Издательство «Радиотехника»