基于两种不同通信技术的煤矿井下人员定位系统

摘 要 针对煤矿安全事故多发，井下工作人员营救困难等特点，煤矿井下人员定位就显得异常重要，本文依据两种不同的通信技术对煤矿井下人员定位系统进行分析，并指出这两种系统各自的优点和缺点。

【关键词】煤矿 人员定位 安全 系统

1 概述

煤矿行业除露天煤矿外，其余多为井工煤矿，在我国大多煤矿是井工矿，井工矿是通过打入地下的巷道，进行煤炭资源开采作业。如果地面负责生产调度的管理人员不能及时掌握井下煤矿工人的具体位置情况，就会造成盲目指挥生产工作，从而降低生产安全系数，即使某些事故不可避免，要是能在第一时间确定遇难人员的位置坐标，也可为顺利开展救援工作提供最大的便利，从而将事故带来的损失降到最低。随着通信信息化技术的发展，利用无线通信技术实时掌控煤矿井下工作人员的作业地点和行动轨迹，非常有利于对煤矿工作人员的动态管理及事故发生时的人员救助。

2 煤矿井下人员定位系统

井下人员定位系统是矿井安全的基础工程，它能精确识别井下各个区域在任意时刻的人数以及人员井下行动轨迹，是煤矿安全生产、日常管理和应急救援中不可缺少的安全防护措施。因此，井下人员定位系统是井上人员掌握井下人员具体工作状态和工作位置的重要手段之一，同时也是煤矿安全生产中优先建设的重要系统之一。以下基于两种不同的通信技术来浅析煤矿井下人员定位系统。

2.1 基于Zigbee技术的井下人员定位系统

Zigbee技术是由Zigbee联盟提出的基于IEEE802.15.4协议标准的短距离、低功耗的无线通信技术协议，是一种能量消耗低、使用成本低、大容量网络、节点自组织性能优越及信号抗干扰能力强的近距离无线通讯技术，正是这独特的优势决定了它在以人员识别和位置探测为基础的井下人员定位系统的可操作性。

井下人员定位系统由井上和井下两部分组成，其结构图如图1所示，井上的硬件设备主要是控制中心和传输部分，井下的硬件设备主要由传输部分和信息采集部分组成，这个系统的工作原理是利用井下人员定位网络来采集井下工作人员的信号强度，以此确定工作人员的位置信息，再把工作人员的位置信息进行编码计算处理后，通过传输系统传输给地面的控制中心，控制中心将预存的矿井地理信息与工作人员的位置信息进行综合比对，就可以显示出工作人员所在矿井的具体位置。

在定位系统中，井下部分如图所示，移动节点在井下移动的过程中以参考节点作为参考，并与参考节点进行通信比较，确定与参考节点的相对位置，因此确定自己的位置。移动节点是井下工作人员随身携带的通信设备，主要是用来定位井下工作人员的位置和监测工作人员的状态；参考节点是预先布设在井下的固定设备，它主要是用来参考移动节点的位置，它会周期性的对移动节点和协调器发送通信信号，同时接受移动节点的入网和离网要求，并为移动节点提供入网和离网的配置服务，并实时监测移动节点的无线信号强度。

基于Zigbee技术的井下人员定位系统无线覆盖范围广，且具有自恢复功能，并且由于Zigbee技术具有特殊的碰撞避免策略和灵活的随机算法，可以保证不漏检，因此实现了井下人员的高精度定位，从而经常被作为井下人员定位系统的无线通信技术被采用。

2.2 基于RFID射频识别技术的井下人员定位系统

RFID射频识别技术最早出现在20世纪80年代，是当前日趋成熟的非接触式自動识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场），来实现对各种物体（包括人、设备、物品）的识别和进行数据交换的技术，无论物体处于运动还是静止状态，甚至是处于高速运动状态的物体，它都可以很好的进行识别，并且可以同时完成对多个物体的识别。

基于RFID射频识别技术的井下人员定位系统同样分为井上和井下两部分，井下对工作人员的定位是利用射频方式来完成识别操作，并进行非接触式的双向通信，因此减少了人为干预，可用于各种恶劣的环境中。RFID射频识别系统由三个基本组成部分构成：标签、阅读器和天线。标签的主要作用是附着在目标对象上，并通过其拥有的一组唯一的电子编码，来对目标对象进行标识；阅读器主要用于读取标签设备中的信息；天线主要是用于标签和阅读器之间的射频信号的传递。RFID射频识别技术的工作原理是：当某个标签进入磁场的某个覆盖范围后，会接收到阅读器发出的射频信号，如果使用的是被动标签，通过在磁场中感应电流所产生的能量就可以将存储在芯片中的信息发送出去，如果使用的是主动标签，或者称为有源标签，则是由自身配有电池的标签主动将某一频率的信号发送出去。阅读器和标签之间可以按照事先约定的通信协议进行信息交互。由于整个通信过程是利用电磁场或者交变磁场的空间耦合及射频信号的调制与解调技术来实现的，所以这种通信是不需要标签和阅读器进行接触就能完成。

RFID射频识别技术具有工作半径长、操作方便、使用寿命长、功耗低、信号穿透能力强等特点，因此也常常被运用于井下人员定位系统。

3 结论

本文通过分析两种不同的通信信息技术，分别实现对井下工作人员的定位和监测，根据这两种不同的通信技术的优缺点制定了不同的井下人员定位系统，对矿井选择适当的定位系统具有一定的指导意义。

参考文献

[1]汝彦冬.基于Zigbee技术的无线瓦斯传感器的设计[J].工业仪表与自动化装置，2013（06）：43-45.

[2]汝彦冬.新型井下监控分站的设计[J].自动化仪表，2010（08）：33-34.

[3]王军号，孟祥瑞.物联网感知技术在煤矿瓦斯监测系统中的应用[J].煤炭科学技术，2012（05）：23-24.

[4]魏煜欣.矿山井下人员定位系统中无线通信技术研究与开发[D].湖南：湖南大学，2008.

作者单位

云南煤矿安全技术中心 云南省昆明市 650225

推荐访问:两种 井下 通信技术 定位系统 煤矿