入井人员跟踪定位系统方案选择及基于Zigbee网络平台的人员跟踪定位系统

摘要

煤矿入井人员的跟踪定位技术，在国内外目前仍然是一个空白领域，传统的井下人员跟踪定位方式是以人为主要因素，缺乏定量指标，准确性差，越来越不适应现代化生产的需要。 在国外，井下人员的跟踪定位信号一般是通过红外等无线方式经过泄漏电缆传输到地面，地面的计算机可对收到的数据进行处理，从而判断井下人员所在的地段。美国、日本等国家的一些煤矿已实现了全矿下井入员的跟踪定位，但这种方式造价非常高。国内目前所使用的井下人员跟踪技术，实际上仅仅是射频卡(RFID)一种考勤记录系统，而非真正的人员跟踪定位系统，这种方法是在矿井进口处，或其它井下一些关键通道口，使用射频卡(RFID)读取(刷卡)的方法对入井人员进行登记记录来跟踪的方法。此种RFID射频读写系统，包括SuperRFID，不仅不能实现真正意义上的井下人员定位跟踪，无法实时地报告井下人员的具体位置，而且，也无助于改善现有安全生产要素的监控系统，只能作为下井人员的考勤登记。煤炭科学研究总院曾研制过失踪人员寻找仪，主要是寻找事故发生后的人员位置，搜寻范围在十几米以内，尚无法对下井人员的井下全方位跟踪定位。根据目前中国煤矿安全生产所面临的严峻形势，如何建立一个精确、便捷的井下人员定位系统，得到国内各级政府的极大关注。 现今，国内煤矿安全生产的要求越来越高，因此建立可靠实用的煤矿井下人员跟踪定位系统对煤矿的安全生产管理有着重要的现实意义。本论文设计的是基于Zigbee无线网络平台的一种经济、适用的井下人员跟踪定位系统。Zigbee身份识别模块是SOC集成芯片带有独立的存取设置，可以存取一定的信息量，有信号的交换功能，能做到真正的人员跟踪与定位。在单个芯片上集成了Zigbee RF前端、128 KB闪存、8 KB RAM(随机存取存贮器)，以及8051八位MCU(微程序控制器)核，是高度整合的系统级射频收发器。 文章中将短距离、免费通信新秀Zigbee无线网络系统、有源RFID进行了比较，基于两者的优劣本文采用先进的Zigbee无线网络技术，和射频集成芯片技术、成都西谷公司的无线网络传输技术、微功率无线网络定位专利技术，设计出井下人员跟踪定位系统。论文介绍了此系统的构成及功能特点等。该系统提出了一种定性定量的评估方式，采用短距离通信新秀Zigbee将终端身份识别信号等(传感器收集的)各种参数传至坑道上的网关，再利用有线方式将网关数据传输至地面上的中央控制计算机，数据通过计算机进行分析比较，以经济实用的方法，实现了井下人员的定位和各种安全生产要素的无人自动采集，其选题具有重要理论意义和实用价值。 此系统是2.4GHz新一代人员跟踪定位系统，采用国际最新Zigbee无线网络技术，能够及时、准确的将井下各个区域人员的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员的分布状况和每个下井人员的入井、升井时间及运动轨迹，以便于进行更加合理的管理。从而，在事故发生前，安全生产监控中心可以随时掌握井下不同位置的各种安全生产的要素，从而采取积极有效的预防措施；当事故发生时，救援人员也可根据井下人员定位系统所提供的记录、图形，迅速了解有关人员的位置情况；事故发生后，可以掌握事故发生当时，甚至事故发生后相当一段时间内、井下工作人员的具体分布位置、不同位置的瓦斯浓度等情况，从而制定出及时有效的抢救措施，并实施有效的现场抢救指挥，提高应急救援工作的效率，具有一定的先进性和实用性，对改善煤矿的安全生产管理有着重要的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.1.1问题的提出

1.1.2研究的意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究目的和研究内容

1.3.1本文研究的目的

1.3.2本文研究的主要内容

2井下人员定位方案的选择

2.1两种技术方案的比较

2.2有源RFID卡系统

2.2.1有源RFID基本组成与工作流程简介

2.2.2有源RFID卡在人员跟踪定位系统的应用简介

2.3 Zigbee系统

2.4 Zigbee与RFID在井下人员跟踪定位应用中的比较

3 Zigbee无线网络平台解析

3.1Zigbee无线网络技术原理

3.1.1 Zigbee无线网络协议

3.1.2 Zigbee芯片架构

3.2 Zigbee无线网络人员跟踪定位系统技术特点和关键技术

3.2.1人员跟踪定位系统技术特点

3.2.2人员跟踪定位系统技术关键

4 Zigbee无线网络人员跟踪定位系统构建

4.1 Zigbee无线网络人员定位系统具体实施内容和技术路线

4.1.1建立定位网络

4.1.2移动目标的无线身份卡模块

4.1.3移动目标位置的确定

4.1.4定位方案实施时的一些具体问题的考虑

5 Zigbee无线网络井下人员定位系统具体方案

5.1系统组成及结构示意图

5.1.1系统组成

5.1.2系统结构示意图

5.2信号流程图

5.3工作原理说明

5.4系统功能、技术性能指标、特点

5.4.1井下定位系统的主要功能

5.4.2井下人员跟踪定位系统主要技术性能指标

5.4.3井下人员跟踪定位系统的主要特点

6结论与展望

6.1主要结论

6.2未来展望

致 谢

参考文献

附 录