基于WIFI的井下人員定位系統(tǒng)的研究

徐云苑

【摘 要】本文設(shè)計(jì)了一種基于WiFi技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)。針對(duì)井下工作的安全性，提高人員定位精度，確保事故發(fā)生后救援工作的有效進(jìn)行，通過比較幾種主流無線定位技術(shù)，選用傳輸距離遠(yuǎn)、定位準(zhǔn)的WiFi技術(shù)進(jìn)行井下信號(hào)傳輸。

【關(guān)鍵詞】井下；定位；WiFi

0 前言

我國(guó)每年都要投入大量的資金在作為支柱性資源的煤炭行業(yè)中，用于防治礦難，可井下的特殊環(huán)境使得開采工作仍具有危險(xiǎn)性。當(dāng)井下發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，能及時(shí)準(zhǔn)確掌握井下人員的位置，對(duì)其進(jìn)行救助，是極其重要的。近幾年，無線定位技術(shù)飛速發(fā)展，為煤礦井下的信息交流和礦井安全問題提供了多種方法。WiFi技術(shù)傳輸速率快、可靠性高，常用于井下通信，本文也采用WiFi技術(shù)開發(fā)了一款井下人員定位系統(tǒng)。

1 WiFi定位技術(shù)

WiFi（Wireless Fidelity）是一種利用IEEE規(guī)格為802.11a/b/g進(jìn)行定位的無線通信技術(shù)，工作在全球免牌照的2.4GHz頻段上。WiFi技術(shù)傳輸信號(hào)時(shí)，傳輸速率會(huì)根據(jù)周圍環(huán)境的情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，起到了保障了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性的作用。WiFi技術(shù)主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）覆蓋范圍廣。在開闊的區(qū)域，WiFi信號(hào)的覆蓋范圍在300米左右；在較為封閉的場(chǎng)景，WiFi信號(hào)覆蓋范圍最大能達(dá)到100米左右。

（2）組網(wǎng)方便。WiFi網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建不需要鋪設(shè)電纜，方便和現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)整合到一起。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種基本組網(wǎng)模式：ad hoc自組網(wǎng)模式和inFrastructure模式。

（3）工作效率高。WiFi技術(shù)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和分組是采用的是TCP/IP協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)上工作效率高。

相較于正在發(fā)展的幾種用于井下人員定位系統(tǒng)的無線通信技術(shù)如ZigBee、UWB等，在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和傳輸質(zhì)量上都很占優(yōu)勢(shì)。表1中也呈現(xiàn)出較為常用的幾種無線通信技術(shù)屬性對(duì)比，清晰的顯示出WiFi技術(shù)與其他技術(shù)的不同之處。隨著WiFi技術(shù)的不斷發(fā)展，基于WiFi的井下人員定位系統(tǒng)也會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)。

表1 4種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

基于WiFi的井下人員定位系統(tǒng)由地上監(jiān)管部分和井下部分構(gòu)成。人員位置信息獲取和傳輸都通過WiFi技術(shù)進(jìn)行。根據(jù)井下特點(diǎn)，巷道內(nèi)每隔100m安放一個(gè)WiFi基站，拐角和特殊位置均放置一個(gè)WiFi基站，確保井下無WiFi覆蓋盲點(diǎn)。地上監(jiān)控管理部分通過詢問方式能夠?qū)崟r(shí)獲取井下人員位置信息、查詢當(dāng)前井下人員分布、固定人員的行動(dòng)軌跡、下井人員考勤管理、遇險(xiǎn)求救等內(nèi)容，并以圖形化和數(shù)據(jù)化的形式反映于上位機(jī)。定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)工作原理

井下每個(gè)工作人員攜帶WiFi標(biāo)簽或WiFi手機(jī)，WiFi定位標(biāo)簽每隔一定時(shí)間向AP主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，發(fā)射周期可由用戶根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)置。系統(tǒng)定位的方式主要分為離線訓(xùn)練和在線匹配2個(gè)階段。在離線階段（Off-line），先針對(duì)定位環(huán)境的訓(xùn)練點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)，建立所有序列點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)庫(kù)。在線階段（On-line），測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)到圈定基站（BS）的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)信號(hào)指紋識(shí)別定位算法，與離線階段所建立的信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相似性匹配，進(jìn)而判斷出該目標(biāo)點(diǎn)位置。為提高定位精度，可通過信號(hào)強(qiáng)度值與匹配點(diǎn)各信號(hào)強(qiáng)度值逼近修正位置值。

4 結(jié)論

本文研究將WiFi技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下人員定位系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)井下監(jiān)控范圍內(nèi)區(qū)域的信息傳輸，實(shí)現(xiàn)井上井下信息的互動(dòng)，達(dá)到了預(yù)期定位精度目標(biāo)。本技術(shù)可有效克服煤礦地形復(fù)雜和通訊的干擾，可實(shí)時(shí)掌握井下人員的位置分布，為發(fā)生礦井災(zāi)害情況下的緊急救援提供便利，提高煤礦安全管理能力與水平。但是，此款定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息較多，運(yùn)算速度欠佳，因此，在下一步的研究中應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行優(yōu)化。

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[責(zé)任編輯：王楠]