CN108885457A - 无线通信*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制一个或多个远程自动化采矿资产的无线通信***。该***包括高海拔平台，高海拔平台包括至少一个高海拔通信装置，并且用于传送用于采矿资产的控制消息。低海拔平台包括至少一个低海拔通信装置，并且适于传送用于采矿资产的控制消息。优选地，高海拔平台是长期通信平台，而低海拔平台是短期通信平台，短期通信平台能够被快速地部署和灵活地重构。

Description

无线通信***
技术领域
本发明涉及一种用于控制远程自动化采矿资产的无线通信***。
背景技术
本说明书中对任何现有技术的引用并非也不应被视为对现有技术构成公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。
自动化采矿资产例如挖掘机和卡车用于在没有固定通信基础设施或固定通信基础设施有限的远程位置进行采矿操作。
地面移动无线通信***可用于传送来自基站的控制消息以控制远程采矿资产。根据需要移动可重新定位的拖挂式无线通信站以维持基站和资产之间的通信。然而，矿井拓扑结构和相关资产位置的动态特性经常不期望地导致通信黑点。此外，通信站的重新定位也给驾驶员带来了安全风险。
需要一种改进的用于控制远程自动化采矿资产的无线通信***。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制一个或多个远程自动化采矿资产的无线通信***，该***包括：
高海拔平台，其包括至少一个高海拔通信装置，并且用于传送用于采矿资产的控制消息；以及
可部署的低海拔平台，其包括至少一个低海拔通信装置，并且用于传送用于采矿资产的控制消息。
低海拔通信装置可包括无人驾驶飞行器(UAV)或自主地面车辆。高海拔平台可以是长期平台。有利地，长期高海拔平台可以提供较广的通信覆盖范围和较长的耐久性。低海拔平台可以是短期平台。相比之下，短期低海拔平台可以被快速地部署和灵活地重构，以适应局部区域内的较高或意外的通信需求。在低海拔平台需要再充电的情况下，略不灵活的高海拔平台可以确保维持与资产的通信而没有黑点或无需重新定位地面通信站。
在覆盖范围和平台性能之间可存在折衷。进一步说明，更高的平台可实现更大的通信覆盖范围。然而，更高的平台也会导致更窄的通信带宽和更高的通信等待时间(延迟)。优选地，相比一个较低的平台，一个较高的平台会导致：更大的通信覆盖范围、更窄的通信带宽或更高的通信等待时间。
高海拔通信装置可包括气球或伪卫星。高海拔平台可直接与低海拔平台、卫星平台和地面平台通信。
UAV可以在数百米到数公里之间工作。UAV可包括无人机。UAV可提供视线(LOS)通信。低海拔平台可直接与高海拔平台和/或地面平台通信。
该***还可包括卫星平台，该卫星平台包括位于高海拔平台之上的至少一个卫星，并且用于传送用于采矿资产的控制消息。卫星平台可直接与高海拔平台和/或地面平台通信。
该***还可包括地面平台。地面平台可包括采矿资产。地面平台可包括传送用于采矿资产的控制消息的移动地面车辆。地面车辆可包括自主无人地面车辆(UGV)。地面车辆可包括拖挂式通信站。地面平台可直接与低海拔平台、高海拔平台和/或卫星平台通信。
平台中的每一个可直接或间接地将控制消息无线地传送到采矿资产。优选地，两个平台之间的任何单个通信链路的断开不会导致通信中断，由此，控制消息仍然能够在任何平台之间中继。此外，每个平台可采集数据。
平台可以是分层的。高海拔平台可位于卫星平台的下方。卫星平台可位于热大气层处或热大气层之外。高海拔平台可以比外逸层或平流层高出数公里，或者与外逸层或平流层相交。卫星平台就位的时间可以比高海拔平台长。高海拔平台就位的时间可以比低海拔平台长。
根据本发明的另一方案，提供了一种用于控制一个或多个远程自动化采矿资产的无线通信方法，该方法包括：
提供高海拔平台，该高海拔平台包括至少一个高海拔通信装置，并且用于传送用于采矿资产的控制消息；以及
部署低海拔平台，该低海拔平台包括至少一个低海拔通信装置，并且用于传送用于采矿资产的控制消息。
本文描述的任何特征可以在本发明的范围内与本文描述的任何一个或多个其他特征以任意的组合方式组合。
附图说明
通过下面的详细描述可以理解本发明的优选特征、实施例和变型，该详细描述为本领域技术人员提供了实施本发明的充分信息。该详细描述不应被视为以任何方式限制本发明的前述发明内容的范围。该详细描述将参考如下的多个附图：
图1a是根据本发明的实施例的用于控制远程自动化采矿资产的无线通信***的示意图；以及
图1b是示出图1a的通信***的分层通信平台的框图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，提供了一种用于控制远程自动化采矿资产102的无线通信***100。采矿资产包括用于挖掘材料的挖掘机102和用于运输挖掘材料的卡车。
***100包括长期(例如，数小时至数周)高海拔平台104，高海拔平台104包括至少一个高海拔通信装置106。高海拔通信装置通常包括气球或伪卫星。高海拔平台104位于外逸层或平流层中，高度超出数公里，并且适于传送用于控制采矿资产102的控制消息。
***100还包括可部署的短期(例如，数分钟到数小时)低海拔平台108，低海拔平台108包括至少一个低海拔无人驾驶飞行器(UAV)110。UAV 110通常是在高海拔平台104下数百米到数公里之间的高度工作的无人机。UAV 110提供视线(LOS)通信，并且适于传送用于控制采矿资产102的控制消息。
有利地，长期高海拔平台104提供较广的通信覆盖范围和较长的耐久性。相反，短期低海拔平台108能够被快速地部署和灵活地重构，以适应局部区域内的较高或意外的通信需求。在低海拔平台108需要再充电的情况下，略不灵活的高海拔平台104确保维持与资产102的通信而没有黑点或无需重新定位地面通信站。
***100还包括最上层的卫星平台112。长期高海拔平台104基本上位于卫星平台112的下方，而卫星平台112位于热大气层或热大气层之外。永久(例如数年至数十年)卫星平台112包括位于高海拔平台104之上的至少一个近地轨道(LEO)或地球同步(GEO)卫星114。卫星平台112适于传送用于采矿资产102的控制消息。
***100还包括用于陆地车辆的最下层的地面平台116。特别地，瞬态地面平台116包括能够彼此通信的采矿资产102，以及具有拖挂式无线通信站的移动地面车辆118。地面车辆118包括无人地面车辆(UGV)，该无人地面车辆相比在与自动化采矿资产102的相同的环境中工作的有人车辆要安全得多。地面平台116适于传送用于采矿资产102的控制消息。
可分层部署平台104、108、112、116中的每一个能够直接或间接地将来自基站的控制消息无线地传送到采矿资产102。两个平台之间的任何单个通信链路120-128的断开不会导致通信中断，由此，控制消息仍然能够在平台104、108、112、116中的任何平台之间中继。此外，每个平台104、108、112、116能够采集和发送与矿井环境有关的数据。特别地，能够捕获可具有不同容量和临界时间的各种数据模式，其设置了对***带宽、等待时间和可用性的要求。
包括资产102的地面平台116能够经由相应的通信链路120、122、124直接与低维度平台108、高维度平台104和卫星平台112通信。卫星平台112能够通过相应的通信链路126、124直接与高维度平台104和地面平台116通信。高维度平台104能够通过相应的通信链路128、126、122直接与低维度平台108、卫星平台112和地面平台116通信。低维度平台108能够经由相应的通信链路128、120直接与高维度平台104和地面平台116通信。
在覆盖范围和平台性能之间存在折衷。进一步说明，更高的平台实现了更大的通信覆盖范围。因此，从地面平台116上到卫星平台112，覆盖范围增加。然而，更高的平台也会导致更窄的通信带宽和更高的通信等待时间或延迟。因此，从卫星平台112到地面平台116，带宽增加。此外，从卫星平台112到地面平台116，通信等待时间减少。相比一个较低的平台，一个较高的平台会导致：更大的通信覆盖范围、更窄的通信带宽以及更高的通信等待时间。
本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以实施多个实施例和变型。
根据法规，已经用或多或少特定于结构或方法特征的语言描述了本发明。应当理解，本发明不限于所示或所述的具体特征，因为本文所述的方法包括将本发明付诸实施的优选形式。
本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定都指代同一个实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合为一种或多种组合形式。

Claims (27)

1.一种用于控制一个或多个远程自动化采矿资产的无线通信***，所述***包括：
高海拔平台，其包括至少一个高海拔通信装置，并且用于传送用于所述采矿资产的控制消息；以及
可部署的低海拔平台，其包括至少一个低海拔通信装置，并且用于传送用于所述采矿资产的控制消息。
2.如权利要求1所述的***，其中，所述高海拔平台是长期平台，而所述低海拔平台是短期平台。
3.如权利要求1或权利要求2所述的***，其中，相比所述低海拔平台，所述高海拔平台导致：更大的通信覆盖范围、更窄的通信带宽或更高的通信等待时间。
4.如权利要求1至3中任一项所述的***，其中，所述高海拔通信装置包括气球或伪卫星。
5.如权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述高海拔平台直接与所述低海拔平台、卫星平台和地面平台通信。
6.如权利要求1至5中任一项所述的***，其中，所述低海拔通信装置包括无人驾驶飞行器(UAV)或自主地面车辆。
7.如权利要求6所述的***，其中，所述UAV在数百米到数公里之间工作。
8.如权利要求6或7所述的***，其中，所述UAV包括无人机。
9.如权利要求6至9中任一项所述的***，其中，所述UAV提供视线(LOS)通信。
10.如权利要求1至9中任一项所述的***，其中，所述低海拔平台直接与所述高海拔平台和/或地面平台通信。
11.如权利要求1至10中任一项所述的***，还包括卫星平台，所述卫星平台包括位于所述高海拔平台之上的至少一个卫星，并且用于传送用于所述采矿资产的控制消息。
12.如权利要求11所述的***，其中，所述卫星平台直接与所述高海拔平台和/或地面平台通信。
13.如权利要求1至12中任一项所述的***，还包括地面平台。
14.如权利要求13所述的***，其中，所述地面平台包括采矿资产。
15.如权利要求13或权利要求14所述的***，其中，所述地面平台包括传送用于所述采矿资产的控制消息的移动地面车辆。
16.如权利要求15所述的***，其中，所述地面车辆包括自主无人地面车辆(UGV)。
17.如权利要求15或权利要求16所述的***，其中，所述地面车辆包括拖挂式通信站。
18.如权利要求13至17中任一项所述的***，其中，所述地面平台直接与所述低海拔平台、所述高海拔平台和/或卫星平台通信。
19.如权利要求1至18中任一项所述的***，其中，所述平台中的每一个直接或间接地将控制消息无线地传送到所述采矿资产。
20.如权利要求19所述的***，其中，两个平台之间的任何单个通信链路的断开不会导致通信中断，由此，所述控制消息仍然能够在任何平台之间中继。
21.如权利要求1至20中任一项所述的***，其中，所述平台是分层的。
22.如权利要求21所述的***，其中，所述高海拔平台位于卫星平台的下方。
23.如权利要求22所述的***，其中，所述卫星平台位于热大气层处或热大气层之外。
24.如权利要求22或权利要求23所述的***，其中，所述卫星平台就位的时间比所述高海拔平台长。
25.如权利要求1至24中任一项所述的***，其中，所述高海拔平台就位的时间比所述低海拔平台长。
26.如权利要求1至25中任一项所述的***，其中，所述高海拔平台比外逸层或平流层高出数公里，或者与外逸层或平流层相交。
27.一种用于控制一个或多个远程自动化采矿资产的无线通信方法，所述方法包括：
提供高海拔平台，所述高海拔平台包括至少一个高海拔通信装置，并且用于传送用于所述采矿资产的控制消息；以及
部署低海拔平台，所述低海拔平台包括至少一个低海拔通信装置，并且用于传送用于所述采矿资产的控制消息。
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