王立強(qiáng)

[摘要]隨著煤礦行業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦安全問題和自動(dòng)化生產(chǎn)變得尤為重要。煤礦的生產(chǎn)環(huán)境非常復(fù)雜，在工作平臺(tái)上工作的工人有時(shí)候無法聯(lián)系上，他們的實(shí)時(shí)情況不能有效的進(jìn)行監(jiān)控，因此煤礦定位設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。采用Wi-Fi技術(shù)和工人身上定位終端實(shí)現(xiàn)對(duì)人員位置的采集，對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行合理計(jì)算，保證井下每個(gè)區(qū)域都能實(shí)現(xiàn)覆蓋，沒有監(jiān)控死角。

關(guān)鍵詞：Wi-Fi技術(shù);定位終端實(shí)現(xiàn);定位算法

1.Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi技術(shù)特點(diǎn)為數(shù)據(jù)傳輸非常快，多媒體同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)如圖1.1。

（1）站點(diǎn)STA，是無線媒體，可以實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)兩種形態(tài)，可以接收信息;

（2）無線接入點(diǎn)，也叫AP，是無線基站，是Wi-Fi技術(shù)中非常關(guān)鍵的部分，主要是STA分布式系統(tǒng)的接入和訪問;

（3）無線媒介WM，主要的作用是實(shí)現(xiàn)STA和AP之間的信息交流，是他們之間的傳輸介質(zhì)，可以視為空氣;

（4）DS分布式系統(tǒng)，在無線信息的傳輸過程中，會(huì)受到一些物理層之間范圍的限定，在傳輸過程中不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通信，因此增加分布式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)裝置之間的傳遞，完成數(shù)據(jù)的傳輸。

Wi-Fi技術(shù)的組網(wǎng)方式有兩種，一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，另一種是基礎(chǔ)架構(gòu)方式，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)是STA站點(diǎn)之間的通信，不需要AP介入;基礎(chǔ)架構(gòu)方式復(fù)雜，需要SP、STA和DS整個(gè)系統(tǒng)之間的傳輸。

2.定位終端實(shí)現(xiàn)

對(duì)于煤礦井下定位終端的設(shè)計(jì)，需要滿足以下幾點(diǎn)功能要求：

（1）可以對(duì)井下工人精確定位，定位終端主要的功能就是保證工人的人身安全。在空間狹小、環(huán)境惡劣的井下，需要對(duì)工人100%精確的定位;

（2）兼容性大，為了能夠?qū)崿F(xiàn)井下人員的定位，需要增加WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，而在發(fā)生事故時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)也可能出現(xiàn)故障。因此終端在設(shè)計(jì)上，可以兼容其他網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)信號(hào)丟失后，利用其對(duì)他網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)現(xiàn)的功能;

（3）可以感知周圍環(huán)境信息功能，在井下發(fā)生事故時(shí)，定位器不僅是保證工人可以被發(fā)現(xiàn)的需求，同時(shí)還可以監(jiān)控功能人身安全和身體狀況，需要可以感應(yīng)井下人員所處位置的環(huán)境和其他信息;

（4）可以實(shí)現(xiàn)與地上監(jiān)控系統(tǒng)雙通信功能，終端需要將井下人員的情況反饋給監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)可以接收地上傳達(dá)的信息，實(shí)現(xiàn)信息交流。

通過以上幾點(diǎn)要求，最終可以設(shè)計(jì)出符合要求的定位終端，結(jié)構(gòu)如圖2.1.

定位終端與地上系統(tǒng)組成形成一個(gè)完整的智能定位系統(tǒng)，主要包含的部分有人員定位服務(wù)、通信、消息和AP控制幾個(gè)部分，如圖2.2。

3.定位算法

井下是一個(gè)特殊的空間，限制非常多，受到巖石煤層的限制，信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到一個(gè)的變化，會(huì)出現(xiàn)傾角現(xiàn)象，如圖3.1。

因此在對(duì)井下定位和無線裝置點(diǎn)設(shè)計(jì)上，需要考慮一下幾點(diǎn)：

（1）受井下空間的會(huì)影響，電磁信號(hào)沿井中巷道方向傳輸;

（2）巷道墻壁的影響，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)衰落，避免與巖石、不平的墻面接觸;

（3）在定位點(diǎn)的測(cè)算中，避開井下工作的機(jī)車與設(shè)備，避免出現(xiàn)多普勒頻移效應(yīng)從而出現(xiàn)信號(hào)的嚴(yán)重時(shí)變現(xiàn)象;

（4）在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮非視距傳輸對(duì)信號(hào)的影響。

結(jié)論

在煤礦的事故調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)很多事故都是由于環(huán)境因素造成的，發(fā)生事故后，人員一部分是被困在井下的，很多死亡都是不能快速有效的找到人員所在的位置。在工人的身上增加智能定位終端，在通過無線裝置對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，這樣可以保證人員的位置和工作狀態(tài)。本文對(duì)煤礦井下的無線信號(hào)進(jìn)行研究分析，實(shí)現(xiàn)井下全覆蓋，增加盲區(qū)補(bǔ)償算法，保證每個(gè)終端的信號(hào)，保證煤礦正常運(yùn)作。

參考文獻(xiàn)

[1].董翠英.姚明林.曹秀爽.基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì).[J].科技信息.2012（20）：58-59.

[2].李院民等.基于WiFi的井下無線智能終端設(shè)計(jì).[J].科技廣場(chǎng).2010.8：：14-126.