一、引言
近年來，隨著對煤炭需求的高速增長，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)測情況以及及時(shí)準(zhǔn)確地制定救援方案，這對事故的救援是十分重要的。北京威控科技煤礦井下救援系統(tǒng)一基于ZigBee技術(shù)的井下人員無線定位系統(tǒng)，就是在此背景下進(jìn)行研究與開發(fā)的。
二、ZigBee技術(shù)
ZigBee是一種采用成熟無線通訊技術(shù)的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本，由于采用較低的數(shù)據(jù)傳輸率，較低的工作頻段和容量更小的Stack并且將設(shè)備的ZigBee模塊在未使用的情況下進(jìn)入休眠狀態(tài)從整體上降低其功耗，而且相對于其他無線傳輸方式，采用無線ZigBee技術(shù)不收取任何費(fèi)用。低功耗、低成本是ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢，而這些恰好適用于煤礦井下巷道多曲折、多風(fēng)門等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電源供電限制嚴(yán)格、煤炭行業(yè)資金短缺等特點(diǎn)。盡管它有著較低數(shù)據(jù)傳輸率，但是這一傳輸速度仍能夠滿足井下人員定位系統(tǒng)的需求。
三、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于4G第四代無線通信技術(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)測技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動以外，大部分節(jié)點(diǎn)都是靜正的。其中的設(shè)備體積小、能耗低，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳播信息，因此相對傳統(tǒng)的傳感器而言，具有無可比擬的優(yōu)勢。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)。從國外已成熟的應(yīng)用來看，在環(huán)境、軍事、水利電力、醫(yī)療、樓宇監(jiān)測、交通和制造以及礦業(yè)井下作業(yè)等許多領(lǐng)域里，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都有極大的應(yīng)用價(jià)值。
四、基于ZigBee技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)
結(jié)合煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)的特殊性和要求，采用基于Z igBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)人員定位。井下人員佩帶系統(tǒng)的ZigBee定位模塊，此模塊定時(shí)發(fā)出存在信息，由分布于巷道中的路由節(jié)點(diǎn)接收，并根據(jù)信號強(qiáng)度判斷其位置。井下人員的位置相關(guān)信息井路由節(jié)點(diǎn)或若干路由節(jié)點(diǎn)跳傳)傳至接入節(jié)點(diǎn)，再由接入節(jié)點(diǎn)傳入以太網(wǎng)，即通過基于ZigBee技術(shù)的無線自組網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)矫旱V井下救援系統(tǒng)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)判知人員位置的目的。通過基于ZigBee的無線自組網(wǎng)絡(luò)將人員位置參數(shù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)矫旱V井下救援系統(tǒng)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并在危險(xiǎn)情況下及時(shí)報(bào)警并及時(shí)通知井下作業(yè)人員;事故發(fā)生后，可以輔助快速制定救援方案，減少人員的傷亡。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。網(wǎng)絡(luò)分為井上和井下兩個(gè)部分，井上部分是煤礦井下救援系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，井下部分是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。
