基于RFID和無(wú)線傳感的礦井實(shí)時(shí)定位預(yù)警系統(tǒng)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山生產(chǎn)過程中三維定位和災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了一種基于RFID和無(wú)線傳感的礦山實(shí)時(shí)定位預(yù)警系統(tǒng)，硬件包括無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)模塊、實(shí)時(shí)三維定位模塊、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析模塊、災(zāi)害預(yù)警模塊、災(zāi)害分析模塊和地面遠(yuǎn)程控制主機(jī)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)平臺(tái)鋪設(shè)靈活性強(qiáng)，監(jiān)控范圍廣泛，可以三維全方位監(jiān)控，有效提高礦山安全監(jiān)測(cè)效率。
關(guān)鍵詞：RFID；礦山；三維定位；災(zāi)害預(yù)警

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)，百萬(wàn)噸煤死亡率是美國(guó)的160倍、印度的10倍。相對(duì)比，我國(guó)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(shì)依然嚴(yán)峻。隨著國(guó)家對(duì)礦山安全生產(chǎn)的日益重視，我國(guó)大中型礦山部分裝備了安全監(jiān)控系統(tǒng)，雖一定程度上減少事故的發(fā)生，但仍存在很多問題，主要體現(xiàn)在：1)現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)還在報(bào)警的層面上，預(yù)警功能不強(qiáng)；2)現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)多為二維GIS管理，井上人員難以直觀、精準(zhǔn)地掌握井下人員位置及作業(yè)情況；3)一旦礦山災(zāi)害發(fā)生，缺乏可靠井下人員信息，災(zāi)害信息，救護(hù)效率低?；跓o(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)及無(wú)線傳感網(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(zāi)害預(yù)警平臺(tái)針對(duì)以上問題，對(duì)井下人員、移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行三維定位，隨時(shí)掌控井下人員、設(shè)備生產(chǎn)分布情況；對(duì)井下巷道的各項(xiàng)安全參數(shù)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)害及時(shí)預(yù)警，防止災(zāi)害發(fā)生；對(duì)礦山災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)的人員位置、人員數(shù)量、事故原因等信息進(jìn)行查詢及三維顯示，為災(zāi)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(shè)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(dāng)?shù)V工或設(shè)備進(jìn)入分岔道時(shí)，首先是讀卡器讀出標(biāo)簽中礦工或設(shè)備的相關(guān)信息并由無(wú)線發(fā)射裝置把信息發(fā)送給信息接收裝置。
基于RFID和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦山實(shí)時(shí)三維定位與災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。包括無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)模塊、實(shí)時(shí)三維定位模塊、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析模塊、災(zāi)害預(yù)警模塊、災(zāi)害分析模塊和地面遠(yuǎn)程控制主機(jī)。

實(shí)時(shí)三維定位模塊讀取無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)模塊中的信息，并將所述的信息傳輸至監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析模塊；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析模塊將采集和分析后的信息傳輸至災(zāi)害預(yù)警模塊；災(zāi)害分析模塊讀取災(zāi)害預(yù)警模塊輸出的信息，并上傳至地面遠(yuǎn)程控制主機(jī)。
作為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)：所述實(shí)時(shí)三維定位模塊包含無(wú)線傳感模塊，射頻卡管理模塊、三維定位查詢模塊、三維定位顯示模塊和無(wú)線傳輸模塊；無(wú)線傳感模塊讀取無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)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模塊；三維定位查詢模塊根據(jù)無(wú)線射頻標(biāo)識(shí)模塊中的信息進(jìn)行定位查詢，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(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)
2．1 傳感器檢測(cè)模塊
所述傳感器檢測(cè)模塊包括溫濕度傳感器、末級(jí)微控制器及末級(jí)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(zhuǎn)換后傳輸至末級(jí)徽控制器；所述末級(jí)微控制器對(duì)接收到的信息進(jìn)行判斷處理，并通過末級(jí)ZigBee收發(fā)器傳輸至路由器傳輸模塊。如圖2所示。