基于兩種不同通信技術(shù)的煤礦井下人員定位系統(tǒng)

陳靜

摘 要 針對煤礦安全事故多發(fā)，井下工作人員營救困難等特點，煤礦井下人員定位就顯得異常重要，本文依據(jù)兩種不同的通信技術(shù)對煤礦井下人員定位系統(tǒng)進行分析，并指出這兩種系統(tǒng)各自的優(yōu)點和缺點。

【關(guān)鍵詞】煤礦 人員定位 安全 系統(tǒng)

1 概述

煤礦行業(yè)除露天煤礦外，其余多為井工煤礦，在我國大多煤礦是井工礦，井工礦是通過打入地下的巷道，進行煤炭資源開采作業(yè)。如果地面負責生產(chǎn)調(diào)度的管理人員不能及時掌握井下煤礦工人的具體位置情況，就會造成盲目指揮生產(chǎn)工作，從而降低生產(chǎn)安全系數(shù)，即使某些事故不可避免，要是能在第一時間確定遇難人員的位置坐標，也可為順利開展救援工作提供最大的便利，從而將事故帶來的損失降到最低。隨著通信信息化技術(shù)的發(fā)展，利用無線通信技術(shù)實時掌控煤礦井下工作人員的作業(yè)地點和行動軌跡，非常有利于對煤礦工作人員的動態(tài)管理及事故發(fā)生時的人員救助。

2 煤礦井下人員定位系統(tǒng)

井下人員定位系統(tǒng)是礦井安全的基礎(chǔ)工程，它能精確識別井下各個區(qū)域在任意時刻的人數(shù)以及人員井下行動軌跡，是煤礦安全生產(chǎn)、日常管理和應(yīng)急救援中不可缺少的安全防護措施。因此，井下人員定位系統(tǒng)是井上人員掌握井下人員具體工作狀態(tài)和工作位置的重要手段之一，同時也是煤礦安全生產(chǎn)中優(yōu)先建設(shè)的重要系統(tǒng)之一。以下基于兩種不同的通信技術(shù)來淺析煤礦井下人員定位系統(tǒng)。

2.1 基于Zigbee技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)

Zigbee技術(shù)是由Zigbee聯(lián)盟提出的基于IEEE802.15.4協(xié)議標準的短距離、低功耗的無線通信技術(shù)協(xié)議，是一種能量消耗低、使用成本低、大容量網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點自組織性能優(yōu)越及信號抗干擾能力強的近距離無線通訊技術(shù)，正是這獨特的優(yōu)勢決定了它在以人員識別和位置探測為基礎(chǔ)的井下人員定位系統(tǒng)的可操作性。

井下人員定位系統(tǒng)由井上和井下兩部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，井上的硬件設(shè)備主要是控制中心和傳輸部分，井下的硬件設(shè)備主要由傳輸部分和信息采集部分組成，這個系統(tǒng)的工作原理是利用井下人員定位網(wǎng)絡(luò)來采集井下工作人員的信號強度，以此確定工作人員的位置信息，再把工作人員的位置信息進行編碼計算處理后，通過傳輸系統(tǒng)傳輸給地面的控制中心，控制中心將預(yù)存的礦井地理信息與工作人員的位置信息進行綜合比對，就可以顯示出工作人員所在礦井的具體位置。

在定位系統(tǒng)中，井下部分如圖所示，移動節(jié)點在井下移動的過程中以參考節(jié)點作為參考，并與參考節(jié)點進行通信比較，確定與參考節(jié)點的相對位置，因此確定自己的位置。移動節(jié)點是井下工作人員隨身攜帶的通信設(shè)備，主要是用來定位井下工作人員的位置和監(jiān)測工作人員的狀態(tài)；參考節(jié)點是預(yù)先布設(shè)在井下的固定設(shè)備，它主要是用來參考移動節(jié)點的位置，它會周期性的對移動節(jié)點和協(xié)調(diào)器發(fā)送通信信號，同時接受移動節(jié)點的入網(wǎng)和離網(wǎng)要求，并為移動節(jié)點提供入網(wǎng)和離網(wǎng)的配置服務(wù)，并實時監(jiān)測移動節(jié)點的無線信號強度。

基于Zigbee技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)無線覆蓋范圍廣，且具有自恢復功能，并且由于Zigbee技術(shù)具有特殊的碰撞避免策略和靈活的隨機算法，可以保證不漏檢，因此實現(xiàn)了井下人員的高精度定位，從而經(jīng)常被作為井下人員定位系統(tǒng)的無線通信技術(shù)被采用。

2.2 基于RFID射頻識別技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)

RFID射頻識別技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀80年代，是當前日趨成熟的非接觸式自動識別技術(shù)，是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場），來實現(xiàn)對各種物體（包括人、設(shè)備、物品）的識別和進行數(shù)據(jù)交換的技術(shù)，無論物體處于運動還是靜止狀態(tài)，甚至是處于高速運動狀態(tài)的物體，它都可以很好的進行識別，并且可以同時完成對多個物體的識別。

基于RFID射頻識別技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)同樣分為井上和井下兩部分，井下對工作人員的定位是利用射頻方式來完成識別操作，并進行非接觸式的雙向通信，因此減少了人為干預(yù)，可用于各種惡劣的環(huán)境中。RFID射頻識別系統(tǒng)由三個基本組成部分構(gòu)成：標簽、閱讀器和天線。標簽的主要作用是附著在目標對象上，并通過其擁有的一組唯一的電子編碼，來對目標對象進行標識；閱讀器主要用于讀取標簽設(shè)備中的信息；天線主要是用于標簽和閱讀器之間的射頻信號的傳遞。RFID射頻識別技術(shù)的工作原理是：當某個標簽進入磁場的某個覆蓋范圍后，會接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，如果使用的是被動標簽，通過在磁場中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的能量就可以將存儲在芯片中的信息發(fā)送出去，如果使用的是主動標簽，或者稱為有源標簽，則是由自身配有電池的標簽主動將某一頻率的信號發(fā)送出去。閱讀器和標簽之間可以按照事先約定的通信協(xié)議進行信息交互。由于整個通信過程是利用電磁場或者交變磁場的空間耦合及射頻信號的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)來實現(xiàn)的，所以這種通信是不需要標簽和閱讀器進行接觸就能完成。

RFID射頻識別技術(shù)具有工作半徑長、操作方便、使用壽命長、功耗低、信號穿透能力強等特點，因此也常常被運用于井下人員定位系統(tǒng)。

3 結(jié)論

本文通過分析兩種不同的通信信息技術(shù)，分別實現(xiàn)對井下工作人員的定位和監(jiān)測，根據(jù)這兩種不同的通信技術(shù)的優(yōu)缺點制定了不同的井下人員定位系統(tǒng)，對礦井選擇適當?shù)亩ㄎ幌到y(tǒng)具有一定的指導意義。

參考文獻

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[4]魏煜欣.礦山井下人員定位系統(tǒng)中無線通信技術(shù)研究與開發(fā)[D].湖南：湖南大學，2008.

作者單位

云南煤礦安全技術(shù)中心 云南省昆明市 650225