摘 要：目前在我國很多規(guī)模較大的煤礦中都具有相應(yīng)的安全監(jiān)控系統(tǒng)，這雖然能夠降低安全事故的發(fā)生率，但是依然存在著很多急需解決的問題，這些問題出現(xiàn)的主要原因是現(xiàn)有的安全系統(tǒng)多數(shù)停留在安全報警上，并沒有實(shí)時的精確定位和礦井人員定位系統(tǒng)對井下人員信息登記不完整，當(dāng)?shù)V山災(zāi)害發(fā)生的時候無法及時的獲取一些可靠的井下人員的基本情況，這在一定程度上影響了救援效率，增加了傷亡率。文章以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)與其它無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行對比，從而得出此技術(shù)應(yīng)用于井下人員定位系統(tǒng)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：ZIGBEE；井下人員定位；優(yōu)勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.137

1 ZigBee和其它無線技術(shù)的比較

1.1 ZigBee與當(dāng)前移動網(wǎng)絡(luò)的比較

（1）系統(tǒng)花費(fèi)。連接移動網(wǎng)的時候耗費(fèi)的資金較多，另外是按照終端數(shù)量進(jìn)行計算。

（2）通信的可靠性。目前存在的移動網(wǎng)大部分針對手機(jī)通信進(jìn)行應(yīng)用，雖然GPRS技術(shù)以及CDMA-1X也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信，但是具體的速率是達(dá)不到相關(guān)要求的，同時數(shù)據(jù)通信沒有較強(qiáng)的可靠性。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是主要針對數(shù)據(jù)的傳輸和控制的，能夠有效的保證數(shù)據(jù)以穩(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行傳輸，同時可以以覆蓋距離為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計，能夠參考不一樣的性能，從而展開設(shè)計不一樣ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)工作。

（3）兼容性好。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域是有一定限制的，能夠?qū)崿F(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)有的移動網(wǎng)以及其它通信網(wǎng)絡(luò)的通信，這些網(wǎng)絡(luò)元素組成了一個體系。ZigBee網(wǎng)絡(luò)對于一些盲區(qū)問題的解決有非常好的效果。

1.2 ZigBee與藍(lán)牙技術(shù)的比較

（1）系統(tǒng)復(fù)雜性。和藍(lán)牙系統(tǒng)進(jìn)行比較，ZigBee系統(tǒng)比較的簡單，下面是這兩個協(xié)議棧的相關(guān)參考模型：

ZigBee協(xié)議棧并不復(fù)雜，達(dá)成的難度并不高，對于系統(tǒng)內(nèi)存的消耗也不多，在進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)之后，認(rèn)為在ZigBee網(wǎng)絡(luò)在使用的時候花費(fèi)了28Kb左右的系統(tǒng)資源，然后藍(lán)牙協(xié)議棧是不簡單的，在使用的時候借用了差不多250K的內(nèi)存，所以和藍(lán)牙相比，ZigBee網(wǎng)絡(luò)花費(fèi)更低，如果網(wǎng)絡(luò)具有大量終端設(shè)備的條件下可以進(jìn)行充分的應(yīng)用，例如在傳感網(wǎng)絡(luò)以及樓宇自動化方面可以應(yīng)用。

（2）安全性。兩者的安全性都不錯，但相比于藍(lán)牙，在靈敏度方面ZigBee比較好，能夠有效的控制系統(tǒng)成本。另外一方面藍(lán)牙的工作頻率范圍和該協(xié)議不同，對于藍(lán)牙的工作范圍可以使用藍(lán)牙技術(shù)的多臺設(shè)備能夠有效的實(shí)現(xiàn)無線互聯(lián)，其中傳遞數(shù)據(jù)的速率可以達(dá)到約1 Mb/s左右，而且可以快速的接入到互聯(lián)網(wǎng)之中。

（3）定位功能。在傳感器網(wǎng)絡(luò)、低數(shù)據(jù)速率的監(jiān)視以及低功耗方面可以充分應(yīng)用ZigBee。在一些較高數(shù)據(jù)速率的場合藍(lán)牙效果較好，例如在進(jìn)行語音以及數(shù)據(jù)傳輸方面。雖然藍(lán)牙技術(shù)在很多方面所體現(xiàn)出的潛力比較明顯，不過在實(shí)際運(yùn)用的環(huán)節(jié)之中會出現(xiàn)與Wi-Fi一同使用一個頻段的現(xiàn)象，這樣的情況一旦發(fā)生，就會引發(fā)沖突，這也是藍(lán)牙沒有得到普及的主要原因之一，無法有效的對位置進(jìn)行確定[1]。

1.3 ZigBee與RFID的比較

（1）靈活度較好。本文所介紹的有源RFID系統(tǒng)，在對一些長度比較大，距離比較遠(yuǎn)的物體進(jìn)行識別的時候，具有較好的效果，需要在固定位置安裝讀寫器，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的按照相應(yīng)的要求確定RFID卡的方向位置，另外還能夠很好的對讀寫器天線的具體方向進(jìn)行有效匹配，但是會影響靈活性，導(dǎo)致整個系統(tǒng)所花費(fèi)的成本提升。

（2）所消耗的能量減少，更安全。必須保證讀寫器的射頻信號是一個無源RFID來進(jìn)行能源的供給，所以讀寫器的能量必須保持充沛，只有能量保持充沛才可以使得整個系統(tǒng)的能量損耗有所下降，除此之外會對擴(kuò)展產(chǎn)生一定的限制。盡管能夠通過讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，然而當(dāng)在發(fā)射天線上加強(qiáng)發(fā)射功率的時候就會增加功耗。

（3）成本優(yōu)勢。標(biāo)簽便宜以及較長的使用壽命是RFID的主要優(yōu)點(diǎn)，然而如果RFID變成有源的話就會提升價格。ZigBee微功率收發(fā)機(jī)采用了直序擴(kuò)頻通信方式能夠有效的優(yōu)化用電管理，通過對睡眠喚醒功能的技術(shù)上的應(yīng)用來降低成本和功耗，因此其在無線網(wǎng)絡(luò)定位領(lǐng)域以及遠(yuǎn)距離身份識別具有非常大的優(yōu)勢。

（4）抗干擾能力強(qiáng)，保密性好，工作可靠。RFID技術(shù)的一個難點(diǎn)是信號碰撞，可以這樣理解，讀卡器的識別能力有限，當(dāng)接收到數(shù)量較大的信號的時候，難免會出現(xiàn)部分工人檢測不到的情況。ZigBee為了避免這種情況，才用到了直列的擴(kuò)頻技術(shù)，由于信號獲取一定要擴(kuò)充頻率編碼進(jìn)行相應(yīng)的解除擴(kuò)寬處理，這樣才可以獲得相關(guān)的信號。，因此就算用相同類型的信號在接受信號的時候展開干擾，但是因?yàn)樗鼈兯褂玫臄U(kuò)頻編碼不一樣，所以不同的擴(kuò)頻編碼之間所發(fā)生的相關(guān)性也會有所差別，干擾就無法發(fā)揮它的作用。所以，使用這樣的方式就可以將信號之間發(fā)生碰撞的問題完美的解決了，就不會出現(xiàn)人員漏檢問題。

（5）定位功能。通信距離短是RFID技術(shù)的一個主要的缺點(diǎn)，當(dāng)多人同時通過無線基站的過程中容易出現(xiàn)漏讀卡的現(xiàn)象，盡管在煤礦業(yè)中應(yīng)用了有源RFID，但是主要是在考勤方面進(jìn)行應(yīng)用，無法實(shí)現(xiàn)定位的效果，然而應(yīng)用ZigBee則可以采用佩戴一些傳感器節(jié)點(diǎn)的方法解決，將其當(dāng)做定位的終端設(shè)備以及協(xié)調(diào)器傳輸位置，經(jīng)過轉(zhuǎn)換設(shè)備的傳輸作用，利用網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)的線路達(dá)成信息傳達(dá)的目的，這樣能夠有效的保證定位功能的實(shí)現(xiàn)。

2 ZIGBEE技術(shù)應(yīng)用于礦井人員定位系統(tǒng)存在的優(yōu)勢

根據(jù)上面的研究可以看出，高度兼容性、擴(kuò)展性好、成本不高、網(wǎng)絡(luò)的自我恢復(fù)能力較好、靈活性強(qiáng)，使用便利、可靠性高、功耗極低是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)，對于礦井這種復(fù)雜的環(huán)境非常適合，其所具有的這些特性其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)達(dá)不到[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小強(qiáng)，歐陽俊，黃寧林.ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[2]瑪林.基于ZigBee的井下人員跟蹤定位系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2008.

作者簡介：姜川（1981-），男，本科，助理工程師，部門主管。endprint