浅析矿井人员定位系统中的定位技术

收稿日期:2010-03-02作者简介:方水平(1971-),男,湖北罗田人,讲师,工程硕士,主要从事煤炭行业通信专网建设、维护、煤矿安全生产等的教学和科研工作。

浅析矿井人员定位系统中的定位技术方水平,王怀群(北京工业职业技术学院,北京 100042)摘 要:文章阐述了井下人员定位系统中广泛使用的定位技术,分析了的几种定位技术优越性,针对不同的通信要求来选择合适的定位技术。

基于ZigBee 技术的无线传输网络节点可以移动、组网快速简单、成本低、网络易于维护,和总线结合在一起来完成定位更具有优越性。

关键词:人员定位系统;漏泄通信;无线射频识别中图分类号:TD679 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2010)07 0077 04Analysis ofm ine personnel positioning syste m positioni n g technologyF ANG Shu i-ping ,WANGH ua i-qun(1 Beiji ng Vocati onal&Techn i cal I nsti t u t e of Industry,Beiji ng 100042;2 Beiji ng Vocati onal&Techn i cal Instit ute of Industry,Beiji ng 100042)Abstrac t :Th i s paper ana l y zes tha t have been deve l oped and are deve l oping underg round pe rsonne l pos ition i ng syste m s w i dely used i n positi on i ng technology ,and ana l y zes t he advantages o f several po siti oni ng techno l ogy ,each w ith differentadvantages o f l o ca ti on techno l ogy ,t he need fo r different comm un i cation require m en ts to se lect the appropr i ate l ocationtechno logy W it h t he Z i gbee -based w i re l ess trans m ission techno l ogy ,net w ork nodes can be m obile ,net wo rk qu i ck and si m p le ,l ow cost ,easy to m a i nta i n characteristi cs of the net wo rk ,and the bus toge t her to acco m plis h a m ore super i o rpositi onK ey word s :M i ne ;People tracking syste m;Analysis图2 数据采集和圆度误差分析模块界面器。

虚拟仪器以软件替代硬件,其移值、改进和功能扩展方便,随着相关软硬件研究和发展,在仪器智能化和网络化等方面将会有更广阔的前景。

虚拟仪器技术的使用既缩短研发周期,又节约成本,具有很好的实用价值和经济价值。

另外,该系统采用遗传算法计算圆度误差,可达到较高的的精度值,并且对测点的要求不一定要象最小一乘圆法那样分布均匀,只要测点的分布大于半个圆周即可。

这种算法简单明了,收敛速度快,易于计算机程序实现,非常适用于一些高精度要求的回转体零件圆度误差的测量数据处理[4]。

参考文献:[1] 汪恺 形状和位置公差标准应用指南[M ].北京:中国标准出版社,1999[2] 吴波 黄镇昌 基于Labvie w 的圆度误差测量虚拟仪器设计[J].现代制造工程,2003,(2):49~50[3] 王树逵,高静 圆度误差的测量及数据处理[J ].阜新矿业学院学报,1997,(6):734~737[4] 廖平,陆敬舜 用遗传算法精确计算圆度误差[J].南京航空航天大学学报,1999,8(4):394~397(责任编辑 赵巧芝)矿井人员位置监测系统、井下人员及设备定位系统能够及时、准确地将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统,使管理人员随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹,以便进行更加合理的调度管理。

当事故发生时,救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形,迅速了解有关人员的位置情况,及时采取相应的救援措施,提高了应急救援的效率。

目前矿井人员位置监测系统采用的或可以采用的技术有: 有线传输网络+R F I D卡(射频标识卡);漏泄电缆+R F I D卡;!小灵通;∀基于Z i gBee技术+CAN总线。

本文主要分析这些技术,总结如何根据具体情况来选择应用这些技术。

1 有线传输网络+RFID卡(射频标识卡)的矿井人员定位系统RF ID即#无线射频识别∃,是#Radio F requency Identification∃的缩写,它实际上是自动识别技术在无线电技术方面的应用与发展。

该技术利用射频信号对目标进行非接触性的识别和相关数据的读写,可以实现快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理等。

系统主要由安装在安全帽上的T ag、矿井专用处理传输基站(包括天线和目标识别器)、数据传输接口、地面中心站软件组成。

当人员经过井下巷道安装有发射天线的工作区时,基站获取人员携带的标签信息,系统自动采集该人员经过的时间、地点信息,并传送到地面的管理数据库。

地面中心站接收来自井下专用处理传输分站上的编码信号,实现对井下人员跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、历史数据存储报表、查询打印等功能。

1)RF I D电子标签。

R F I D电子标签中存储有能够识别目标的信息,由耦合元件及芯片组成。

2)读写器。

查阅RF I D电子标签中当前贮存的数据信息;向空白RF I D电子标签中写入预贮存的数据信息;修改RFID 电子标签中的数据信息;与后台管理计算机进行信息交互。

3)发送接收信号的天线。

是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。

4)通信网络系统。

包括数据库服务器和其他信息系统。

数据库服务器负责处理读写器传送过来的信息,并进行信息处理。

将重要信息存储在数据库中。

其他信息系统根据需要向读写器发送指令,对标签进行相应操作。

基于有线传输网络+RF I D卡(射频标识卡)的矿井人员定位系统组成,如图1所示。

R F I D是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,可工作于各种恶劣环境,识别高速运动物体并同时识别多个标签,操作快捷方便。

利用射频方式进行非接触双向通信,能实现对人员、设备或其他物品自动识别和数据交换的技术。

与接触式识别技术不同点在于RF I D系统的电子标签和读卡器之间不用图1 基于有线传输网络+RFI D卡的矿井人员定位系统组成图接触就可以完成识别。

R F I D系统如果不采用光纤总线,系统安装的安监点数就会受到限制,覆盖面有限,无法满足大型、特大型煤矿的全矿井巷道监测的要求。

2 基于漏泄电缆+RFID卡的矿井人员定位系统漏泄通信是利用无线电波在媒质作用下沿直线传播,在屏蔽电缆上每隔一段距离开一个小口,使基站发射出来的无线电波在空中传播出去以供移动设备接收,从而实现异地间的相互通信联络。

煤矿井下漏泄通信系统是由漏泄电缆、监控主机、定位器、R F I D卡等构成,如图2所示。

漏泄电缆:漏泄电缆是在同轴电缆的纵向上每隔一定的距离开一个小口,用以释放一定的无线电波信号,使移动接收设备接收到或供移动发射设备发射出来的电信号将此信号传送给基站,它相当于一个很长的天线。

定位器:通过漏泄电缆与监控主机通信。

R F I D卡:RF ID卡中存储有能够人员的信息,由耦合元件及芯片组成,通过定位器把目标的信息与传输到主机,从而实现矿井人员的定位。

3 基于PHS小灵通定位技术的井下人员定位管理系统基于PHS小灵通定位技术的井下人员定位管理系统包括基站控制器、基站、基站延伸器、PH S定位终端、定位服务器、定位客户端等组成部分组成。

井下小灵通系统覆盖区域一般为煤主巷、辅运巷、进风巷、胶运巷、综采面、变电所等。

基于P H S小灵通定位图2 基于漏泄通信+RFI D 卡实现人员定位系统组成图技术的井下人员定位管理系统组成,如图3所示。

图3 基于PH S 小灵通定位技术的井下人员定位管理系统组成图中心控制器:在网络中的位置类似于传统的PBX,该系统直接配置在企业内,上行采用PR I 接口或FXO 接口和PSTN 网络连接,提供语音业务。

下行FXS 接口,为企业提供内部固定分机接入,BR I 接口为企业提供专用无线通信基站的接入,从而提供内部无线分机。

企业型基站:企业型基站(简称基站)是无线通信系统中的RF 设备,由中心控制器传来的ADPC M 信号及电源馈电,通过一对双绞线传入基站的接口,信号通过基站的射频调制波发射,与手机间构成无线链路。

基站线路延伸器:安装在中心控制装置和基站之间,可有效、简单地解决延伸距离的问题,简化了网络结构,降低了投资。

PHS 终端:包括定位手机和定位器,是专用无线系统的无线电终端设备。

信号通过基站的射频调制发射,与PHS 终端之间构成无线链路,从而实现无线通信。

定位客户端:是用户用来设置、管理和维护定位系统的图形操作界面。

PA S 应用于煤矿井下通信时,其速度和井下的覆盖范围都不太理想,一个基站只能覆盖几百米。

如果要实现井下任何地方的无缝链接,则需要建很多的基站,不但成本造价高,而且维护量大,系统可靠性较低。

4 基于Z igBee 技术的矿井人员定位系统Z i gBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。

主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输。

也可实现周期性、间歇性和低反应时间等数据的传输。

基于Z i gBee 技术的矿井人员定位系统在主巷道中铺设C AN 总线网络,并安置基于CAN 总线传输的传感器节点。

在不便与铺设总线的采空区、综采工作面等地采用Z i gBee无线传感器网络。

网络节点可通过自动读取移动目标的信息和信号强度,并以此来确定移动目标的位置信息,网络定位节点在已有通信电缆的地方直接通过R S-232接口与C AN 总线或现有的通信电缆相连接,再通过交换机将信息上传至终端管理计算机,通过井下人员跟踪定位软件系统处理,实现人员跟踪定位。