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安全管理網(wǎng)

ZigBee技術(shù)在煤礦井下救援系統(tǒng)中的應(yīng)用

作者:湛浩星 孫長(zhǎng)嵩 吳珊 李冬艷  
評(píng)論: 更新日期:2011年03月08日

 1、引言

  近年來(lái),隨著對(duì)煤炭需求的高速增長(zhǎng),煤炭工業(yè)也得到很大發(fā)展,但是煤礦重大、特大事故時(shí)有發(fā)生,仍未實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害事故的有效控制。事故發(fā)生后,準(zhǔn)確判定井下生產(chǎn)作業(yè)人員的受困位置、遇險(xiǎn)人員撤退路線、井下的環(huán)境監(jiān)測(cè)情況以及及時(shí)準(zhǔn)確地制定救援方案,這對(duì)事故的救援是十分重要的,也是十分緊迫的任務(wù)。煤礦井下救援系統(tǒng)及其分系統(tǒng)一基于ZigBee技術(shù)的井下人員無(wú)線定位系統(tǒng),就是在此背景下進(jìn)行研究與開發(fā)的。

  目前,礦井無(wú)線通信技術(shù)主要有透地通信技術(shù)、中遠(yuǎn)距離射頻感應(yīng)通信技術(shù)、漏泄通信技術(shù)以及礦井移動(dòng)通信技術(shù)等。上述技術(shù)有的成木較高,有的功耗相對(duì)較大,還有的抗干擾能力相對(duì)較差等一些不足,在很大程度上阻礙了在礦業(yè)行業(yè)推廣應(yīng)用。木文提出了一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的煤礦井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)成功解決上述問(wèn)題。

  2、煤礦井下救援系統(tǒng)的功能與關(guān)鍵技術(shù)

  統(tǒng)計(jì)分析表明,全國(guó)煤礦瓦斯事故數(shù)占事故總數(shù)大約70%。因此木煤礦井下救援系統(tǒng)側(cè)重于瓦斯事故的救援管理,本系統(tǒng)的主要功能有:煤礦井下瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理;對(duì)出現(xiàn)的瓦斯事故進(jìn)行預(yù)警和救援支持;將包括瓦斯傳感器和井下作業(yè)人員等多種屬性數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示在電子地圖以及有關(guān)消息的網(wǎng)上發(fā)布等。煤礦井下救援系統(tǒng)的建設(shè)有利于安全監(jiān)察部門和行業(yè)管理部門及政府其它部門、中介機(jī)構(gòu)、輿論媒體協(xié)同工作,有利于實(shí)時(shí)的發(fā)現(xiàn)重大事故隱患、動(dòng)態(tài)排查隱患,跟蹤安全整改,將隱患處理于事故發(fā)生之前,從而最大限度地避免事故的發(fā)生,形成預(yù)警體系。

  2.1GIS

  地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystansGIS),是信息系統(tǒng)的一種,它以表征地球表層空間地理現(xiàn)象和事物的地理空間數(shù)據(jù)和信息為特定的運(yùn)作對(duì)象國(guó)。換言之,地理信息系統(tǒng)是對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理加工提取有用的地理空間信息乃至知識(shí)的系統(tǒng)??偲饋?lái)說(shuō)地理信息系統(tǒng)主要包括的功能有,例如,地理空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、操作、管理、分析、建立分析模型。本文所采用的GIS技術(shù),將地球表層空間數(shù)據(jù)延伸到地球表層以下,用于井下巷道圖、設(shè)備分布圖,瓦斯傳感器分布圖、瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人員動(dòng)態(tài)信息等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理。

  2.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于4G第四代無(wú)線通信技術(shù),3A自適應(yīng)天線陣,及分布式網(wǎng)格計(jì)算技術(shù),融合了傳統(tǒng)傳感與監(jiān)測(cè)技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)。

  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(如WLAN和蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò))有著不同的設(shè)計(jì)目標(biāo),后者在高度移動(dòng)的環(huán)境中通過(guò)優(yōu)化路由和資源管理策略最大化帶寬的利用率,同時(shí)為用戶提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證團(tuán)。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外,大部分節(jié)點(diǎn)都是靜正的。其中的設(shè)備體積小、能耗低,并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳播信息,因此對(duì)比傳統(tǒng)的傳感器而言,具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。由這些微小的智能傳感設(shè)備所組成的網(wǎng)絡(luò),不但能取代傳統(tǒng)的傳感設(shè)備,還能完成許多傳統(tǒng)控制,監(jiān)視設(shè)備所做不到的任務(wù)。從國(guó)外已成熟的應(yīng)用來(lái)看,在環(huán)境、軍事、水利電力、醫(yī)療、樓宇監(jiān)測(cè)、交通和制造以及礦業(yè)井下作業(yè)等許多領(lǐng)域里,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)都有極大的應(yīng)用價(jià)值。

 典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)撇日?qǐng)D1所示。該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由眾多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成,節(jié)點(diǎn)之間采用無(wú)線通信。節(jié)點(diǎn)包括普通節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集和多跳中繼傳輸,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)完成無(wú)線和有線信號(hào)轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接入。節(jié)點(diǎn)以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),通過(guò)多跳中繼方式將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳到sink節(jié)點(diǎn),最終借助長(zhǎng)距離或臨時(shí)建立的鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程中心進(jìn)行集中處理。

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