威控科技ZigBee无线传感器网络在井下救援系统中的应用

一、引言
近年来，随着对煤炭需求的高速增长，煤炭工业也得到很大发展，但是煤矿重大、特大事故时有发生，仍未实现对灾害事故的有效控制。事故发生后，准确判定井下生产作业人员的受困位置、遇险人员撤退路线、井下的环境监测情况以及及时准确地制定救援方案，这对事故的救援是十分重要的。北京威控科技煤矿井下救援系统一基于ZigBee技术的井下人员无线定位系统，就是在此背景下进行研究与开发的。


二、ZigBee技术
ZigBee是一种采用成熟无线通讯技术的全球统一标准的开放的无线传感器网络。ZigBee最显着的技术特点是它的低功耗和低成本，由于采用较低的数据传输率，较低的工作频段和容量更小的Stack并且将设备的ZigBee模块在未使用的情况下进入休眠状态从整体上降低其功耗，而且相对于其他无线传输方式，采用无线ZigBee技术不收取任何费用。低功耗、低成本是ZigBee技术的优势，而这些恰好适用于煤矿井下巷道多曲折、多风门等结构特点，电源供电限制严格、煤炭行业资金短缺等特点。尽管它有着较低数据传输率，但是这一传输速度仍能够满足井下人员定位系统的需求。
三、ZigBee无线传感器网络
无线传感器网络是基于4G第四代无线通信技术，3A自适应天线阵，及分布式网格计算技术，融合了传统传感与监测技术的下一代网络（NGN）。在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静正的。其中的设备体积小、能耗低，并通过无线网络传播信息，因此相对传统的传感器而言，具有无可比拟的优势。由这些微小的智能传感设备所组成的网络，不但能取代传统的传感设备，还能完成许多传统控制，监视设备所做不到的任务。从国外已成熟的应用来看，在环境、军事、水利电力、医疗、楼宇监测、交通和制造以及矿业井下作业等许多领域里，无线传感器网络都有极大的应用价值。
四、基于ZigBee技术的井下人员定位系统
结合煤矿井下生产作业的特殊性和要求，采用基于Z igBee的无线传感器网络技术实现巷道内人员定位。井下人员佩带系统的ZigBee定位模块，此模块定时发出存在信息，由分布于巷道中的路由节点接收，并根据信号强度判断其位置。井下人员的位置相关信息井路由节点或若干路由节点跳传)传至接入节点，再由接入节点传入以太网，即通过基于ZigBee技术的无线自组网络传输到煤矿井下救援系统，从而达到实时判知人员位置的目的。通过基于ZigBee的无线自组网络将人员位置参数实时地传输到煤矿井下救援系统，能够进行实时监测，并在危险情况下及时报警并及时通知井下作业人员;事故发生后，可以辅助快速制定救援方案，减少人员的伤亡。
ZigBee网络拓扑结构如图所示。网络分为井上和井下两个部分，井上部分是煤矿井下救援系统及其相关设备和网络，井下部分是无线传感器网络及其相关设备和网络。