基于RFID和無(wú)線(xiàn)傳感的礦井實(shí)時(shí)定位預警系統

摘要：為了實(shí)現對礦山生產(chǎn)過(guò)程中三維定位和災害預警監測，設計了一種基于RFID和無(wú)線(xiàn)傳感的礦山實(shí)時(shí)定位預警系統，硬件包括無(wú)線(xiàn)射頻標識模塊、實(shí)時(shí)三維定位模塊、監測數據采集與分析模塊、災害預警模塊、災害分析模塊和地面遠程控制主機。實(shí)際應用表明，該系統平臺鋪設靈活性強，監控范圍廣泛，可以三維全方位監控，有效提高礦山安全監測效率。
關(guān)鍵詞：RFID；礦山；三維定位；災害預警

據統計，在中國，百萬(wàn)噸煤死亡率是美國的160倍、印度的10倍。相對比，我國礦山生產(chǎn)安全事故總量仍然居高不下，礦山安全生產(chǎn)形勢依然嚴峻。隨著(zhù)國家對礦山安全生產(chǎn)的日益重視，我國大中型礦山部分裝備了安全監控系統，雖一定程度上減少事故的發(fā)生，但仍存在很多問(wèn)題，主要體現在：1)現有安全監控系統還在報警的層面上，預警功能不強；2)現有安全監控系統多為二維GIS管理，井上人員難以直觀(guān)、精準地掌握井下人員位置及作業(yè)情況；3)一旦礦山災害發(fā)生，缺乏可靠井下人員信息，災害信息，救護效率低?；跓o(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)及無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)(Wireless Sensor Network，WSN)技術(shù)的礦山實(shí)時(shí)三維定位及災害預警平臺針對以上問(wèn)題，對井下人員、移動(dòng)設備進(jìn)行三維定位，隨時(shí)掌控井下人員、設備生產(chǎn)分布情況；對井下巷道的各項安全參數進(jìn)行安全監測，對可能發(fā)生的災害及時(shí)預警，防止災害發(fā)生；對礦山災害事故現場(chǎng)的人員位置、人員數量、事故原因等信息進(jìn)行查詢(xún)及三維顯示，為災后搶救提供重要的科學(xué)參考信息。

1 整體介紹
為更好地保障礦井工作人員的安全生產(chǎn)，實(shí)時(shí)地掌握礦井下的人員及設備的分布情況是必須的。比如，某時(shí)某個(gè)礦工在哪個(gè)坑道作業(yè)。為此，在每一個(gè)坑道、工作面分岔入口處放置一套信息讀取發(fā)送裝置。信息讀取發(fā)送裝置由讀卡器和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置組成。在交叉道口放置一套信息接收裝置和前端服務(wù)器。當礦工或設備進(jìn)入分岔道時(shí)，首先是讀卡器讀出標簽中礦工或設備的相關(guān)信息并由無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置把信息發(fā)送給信息接收裝置。
基于RFID和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的礦山實(shí)時(shí)三維定位與災害預警系統監測系統。包括無(wú)線(xiàn)射頻標識模塊、實(shí)時(shí)三維定位模塊、監測數據采集與分析模塊、災害預警模塊、災害分析模塊和地面遠程控制主機。

實(shí)時(shí)三維定位模塊讀取無(wú)線(xiàn)射頻標識模塊中的信息，并將所述的信息傳輸至監測數據采集與分析模塊；監測數據采集與分析模塊將采集和分析后的信息傳輸至災害預警模塊；災害分析模塊讀取災害預警模塊輸出的信息，并上傳至地面遠程控制主機。
作為本系統設計的一種優(yōu)化結構：所述實(shí)時(shí)三維定位模塊包含無(wú)線(xiàn)傳感模塊，射頻卡管理模塊、三維定位查詢(xún)模塊、三維定位顯示模塊和無(wú)線(xiàn)傳輸模塊；無(wú)線(xiàn)傳感模塊讀取無(wú)線(xiàn)射頻標識模塊中的信息，并將讀取的信息傳輸至射頻卡管理模塊和三維定位查詢(xún)模塊；三維定位查詢(xún)模塊根據無(wú)線(xiàn)射頻標識模塊中的信息進(jìn)行定位查詢(xún)，并將定位信息顯示在三維定位顯示模塊中，從而實(shí)時(shí)定位。

2 系統具體實(shí)現
2．1 傳感器檢測模塊
所述傳感器檢測模塊包括溫濕度傳感器、末級微控制器及末級ZigBee收發(fā)器；所述溫濕度傳感器采集溫濕度信息，并將溫濕度信息進(jìn)行A／D轉換后傳輸至末級徽控制器；所述末級微控制器對接收到的信息進(jìn)行判斷處理，并通過(guò)末級ZigBee收發(fā)器傳輸至路由器傳輸模塊。如圖2所示。