基于RFID和無線傳感的礦井實時定位預警系統(tǒng)

摘要：為了實現(xiàn)對礦山生產過程中三維定位和災害預警監(jiān)測，設計了一種基于RFID和無線傳感的礦山實時定位預警系統(tǒng)，硬件包括無線射頻標識模塊、實時三維定位模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)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。實際應用表明，該系統(tǒng)平臺鋪設靈活性強，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)測效率。
關鍵詞：RFID；礦山；三維定位；災害預警

據(jù)統(tǒng)計，在中國，百萬噸煤死亡率是美國的160倍、印度的10倍。相對比，我國礦山生產安全事故總量仍然居高不下，礦山安全生產形勢依然嚴峻。隨著國家對礦山安全生產的日益重視，我國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)還在報警的層面上，預警功能不強；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。基于無線射頻識別技術及無線傳感網(wǎng)絡技術(Wireless Sensor Network，WSN)技術的礦山實時三維定位及災害預警平臺針對以上問題，對井下人員、移動設備進行三維定位，隨時掌控井下人員、設備生產分布情況；對井下巷道的各項安全參數(shù)進行安全監(jiān)測，對可能發(fā)生的災害及時預警，防止災害發(fā)生；對礦山災害事故現(xiàn)場的人員位置、人員數(shù)量、事故原因等信息進行查詢及三維顯示，為災后搶救提供重要的科學參考信息。

1 整體介紹
為更好地保障礦井工作人員的安全生產，實時地掌握礦井下的人員及設備的分布情況是必須的。比如，某時某個礦工在哪個坑道作業(yè)。為此，在每一個坑道、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器。當?shù)V工或設備進入分岔道時，首先是讀卡器讀出標簽中礦工或設備的相關信息并由無線發(fā)射裝置把信息發(fā)送給信息接收裝置。
基于RFID和無線傳感器網(wǎng)絡的礦山實時三維定位與災害預警系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)。包括無線射頻標識模塊、實時三維定位模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)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。

實時三維定位模塊讀取無線射頻標識模塊中的信息，并將所述的信息傳輸至監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析模塊；監(jiān)測數(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(tǒng)設計的一種優(yōu)化結構：所述實時三維定位模塊包含無線傳感模塊，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線傳輸模塊；無線傳感模塊讀取無線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模塊；三維定位查詢模塊根據(jù)無線射頻標識模塊中的信息進行定位查詢，并將定位信息顯示在三維定位顯示模塊中，從而實時定位。

2 系統(tǒng)具體實現(xiàn)
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行判斷處理，并通過末級ZigBee收發(fā)器傳輸至路由器傳輸模塊。如圖2所示。