基于WIFI技术的煤矿井下人员定位安全系统的研究.pdf

总第208期 2020年第8 期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 208 No.8, 2020 光 纤 发 射 器 if收 发 器 t A P V 瓠〇身m W iF. W iFi W iFi W iFi 手 机 PD A 标 签 D0110.16525/j l4-1134/th.2020.08.097 基 于W F I技术的煤矿井下人员定位安全系统的研究 李 浩 山西潞安集团潞宁煤业有限责任公司， 山 西 宁 武 036706 摘 要 以某井下人员监控系统改造项目为研究对象， 设 计 了一套基于W IFI通信技术的井下人员定位系统， 主要由井下网络设备、 定位系统硬件设备、 定位系统软件等组成， 具有精度高， 低延时的特点。系统的成功研制 对于保障井下作业人员安全具有重要意义， 可以为人5 定位系统的设计提供参考。 关键词 W IFI技 术 定 位 系 统 矿 井 中图分类号TD655.3 文献标识码A 文章编号 1003-773X 202008-0226-03 引言 煤矿井下开采的环境相对比较恶劣，若监控不 全面， 存在较多的盲区。 实现井下与井上信息的有效 传递， 并准确定位井下作业人员， 是安全、 可靠、 高效 煤矿生产活动的首要任务。 近年来， 煤矿开采行业逐 步发展起来人员定位系统， 并 得 到 不 断 发 展 。文 本在已有的定位系统基础上，对原系统进行了升级 改造， 以WIFI无线通信技术为基础,成功搭建了人 员定位系统。 1现有监控系统存在问题 1 软件操作界面显示单一， 不能及时有效进行 数据自动传输交互，特别是系统使用一段时间后发 现数据交互延迟非常明显。容易导致系统监测的人 员位置与实际人员位置存在较大差异[M]。 2 传感器使用的无线网络传输系统信号滞后, 在实际使用中存在响应不及时的问题。 3 系统所采用的无线传感网络WSN是一种比 较便宜、 落后的无线组织网络， 数据的传输依靠每个 传感器所构建起来的节点网络， 其通信能力有限， 而 且系统计算与处理能力较差， 导致系统整体精度低， 时延长[ 5 ] 。 4 传感器、 网络通信等硬件设备在使用相当一 段时间之后， 故障率高， 对系统本身构成了严重的安 全隐患。 因此， 为了解决现有井下人员定位安全系统 存在的不足,对其进行优化改进设计迫在眉睫。 2并下定位系统需求分析 井下环境复杂，地面通信设备信号无法传输到 下端，且在相对密闭的环境中容易出现瓦斯浓度偏 高 、 环境温度、 空气质量等问题。在设计人员定位系 收稿日期 2020-02-29 作者简介 李 浩 （ 1984 ） ， 男 ， 毕 业 于 山 西 大 学 电 子 信 息 科 学 与 技 术 专 业 ， 科 员 ， 研 究 方 向 为 煤 矿 信 息 自 动 化 ， 助理工 程 师 。 统时， 为了满足定位精确、 信息传输能力强、 操作方 便的要求， 对系统的设计需要进行分析。 1 功能需求。井下人员定位系统具备如下几个 功能对井下所有人员位置的定位、 显示； 对位置信 号的记录;查询指定区域内， 在一段时间内所有定位 对象的分布情况； 发生安全事故， 系统能进行报警， 并准确提供人员位置信息。 2系统性能需求。矿井人员定位应用WIFI技 术 ， 并结合企业自身的实际需求， 以及通信特点， 要 求系统应具备如下的性能要求高定位精度要求;低 时间延迟;系统的容量大等， 以备后续拓展。 3系统的总体设计 基 于w in技术的井下人员定位系统主要包括 WIFI通信技术与地面硬件设备， 井下作业人员位置信 息的获取和信息传输均通过WIFI无线网络技术来实 现。图 1所示为井下人员定位系统架构示意图。 3.1 WIFI网络的设计 潞宁煤矿矿井南北长约4.8 km, 该区域东西宽 约 5.3 km,其中包括南北方向6 条主要进回风巷道， 3 条东西走向的主要进回风巷道。 该煤矿设定位系统 主干网络由太网采用两根12芯单模光纤组建。 巷道 内采用P0E交换机实现各条光纤数据的连接， 每条 巷道布置一条可延伸光纤。副井中的通信网与各个 自动化技术与设计 图 1井下人员定位系统架构图 2020年第8 期李浩基于WIFI技术的煤矿井下人员定位安全系统的研究 2 2 7 . 横穿东西的巷道内通信网构成环状网结构，由此可 以保证确网络信号传输的稳定性以及网络结构的稳 定性， 图 2 所示为主干网络的拓扑结构 I中心交换机I----------1井口交换机| 图 2井下主干网络拓扑结构 将WIFI网络地址配置为C类IP，对网咯中终 端IP地址进行分配，使 用C类IP的优势在于避免 以后在接入公网时地址冲突。 利 用WIFI虚拟局域网 划分技术， 将交换机网络根据使用功能的不同， 划分 为三个区， 分别对应于定位、 通信、 监控数据等模块。 3 . 2 系统主要硬件的选取 根据胳宁煤矿自身特点，并结合人员定位系统 功能需求所设定目标， 进行系统硬件的设计。 既满足 系统的设计目标， 同时也要考虑到设备可靠性， 经济 性等， 下面对该系统中主要硬件做简要说明。 4人员定位系统功能的实现 软件操作系统是基于Ekahau环境下， 对煤矿井 下人员定位管理系统进行了开发设计，依据潞宁煤 矿自身特点， 改进系统硬件配置， 网络传输硬件设备 以及服务器。 参考煤矿需求和网络部署， 在已有的煤 矿井下定位管理系统设计基础上进行改进，完善对 潞宁煤矿井下安全定位系统设计。 操作界面上进行了集约化设计， 创建将新增设 的工具栏，图 4 所示为井下人员定位系统主界面， 设置用户登录窗口， 下侧有人员监控、 报警管理、 人 事管理、 用户管理、 考勤情况、 复杂系统、 请假公示 等信息。 透 明 編 的呼叫按钮 可更换的腕带 图 3 T T301型定位终端 1 P〇E交换机。POE交换机是以太网通信的枢 纽 ， 根据煤矿的实际情况， 与将来可能的扩展;选择 POE交换机应具备包转发率高， 同时支持100 Mvps 及以上的网络数据传输速率;POE交换机型号可选 用 GSDXHDF-M2475G-30HS-W, 其所有端口上都 能够提供40 W功率。 2 监控中心服务器。 服务器是整体系统的大脑， 负责对各种信号数据进行处理，保障各定位传感器 数据传送和处理各种网络服务请求。服务器高性能 主要体现在高效、 快速的信号传输、 信号处理;具有 比较强的外部数据吞吐能力。 根据以上原则,选择联 想 Think vereion E3-1220V6 服 务 器，CPU 频率 2.5 GHz;8G的 处 理 器 ； 四 个 核 心 处 理 器 ， 自带 WindowslO专业版操作系统。 3 定位终端硬件选取。首先， 定位终端必须具 有WIFI通信模块，可以实现在WIFI网络下数据的 传输。 因为,T301型定位终端具有双向通信功能， 且 能够满足自动定位和请求定位两种工况， 提高求系 统对于人员定位的识别率，图 3 所示为T301定位 终端。 A M M 儀 鲁 臂 喔 人 搴 ■ _产 臂 ■ MM Mft DM 魏 图 4 W IF IW IF I技术煤矿井下人员定位安全系统 煤矿井下人员定位安全系统软硬件的设计搭建 成功， 为煤矿矿井人员监测提供了可靠有力的措施。 针对煤矿矿井的特殊环境， 提出基于WIFI通信技术 的监测系统。 巷道内采用POE交换机实现各条光纤 数据的连接，副井中的通信网与各个横穿东西的巷 道内通信网构成环状网结构，由此可以保证确网络 信号传输的稳定性以及网络结构的稳定性。在系统 后期的使用中也证实系统升级达到了预期设定目 标 ， 系统在硬件、 软件层面均得到了改进优化， 很好 地满足了煤矿井下人员定位的实际需求，具有较好 的可靠性，为井下人员定位系统的后续深入研究提 供了有力参考。 5结论 1综合改进了系统通信传输硬件、 位置定位传 感器、 服务器等， 同时对软件层进行集约化处理， 新 增报警管理模块，完成定位系统总体设计并达到设 计指标。 2 2 8 . 机械管理开发 jxglkfhjh 第3 5卷 2井下人员定位系统基于WIFI通信技术， 巷道 内采用P0E交换机实现各条光纤数据的连接， 保证 确网络信号传输的稳定性以及网络结构的稳定性。 系统升级达到了预期设定目标， 系统在硬件、 软件层 面均得到了改进优化， 提高了系统的精度与可靠性。 参考文献 [ 1 ] 马钢.基于的井下人员跟踪定位系统设计与实现[D].大连大连 理工大学， 2008. 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The system has the characteristics of high precision and low delay, and the successful development of the system is of great significance to ensure the safety of underground workers, which can provide reference for the design of personnel positioning system. Key words WIFI technology; positioning system; mine 上接第223页） Research on Safety Monitoring System of Pingshang Coal Industry Zhang Feng, Wang Yao Qinxiu Company Pingshang Coal Industry, Jincheng Shanxi 048000 Abstract Aiming at the poor monitoring stability and low an ti-jamming ability in the practical application of Pingshang coal KJ90NB coal mine safety monitoring system, which can not meet the increasing demand of underground ventilation safety, this paper presents a new KJ90X coal mine safety monitoring system, which adopts advanced distributed processing mode, can give full play to the perance advantages of ail parts of the equipment, has the advantages of high intelligence and strong maneuverability, and greatly improves the safety and stability of fully mechanized mining operation in Pingshang coal mine. Key words monitoring system; distributed; intelligent 上接第225页） Design of Variable Frequency Speed Control System for Ventilator Wang Wei Jinming Mining Co. , Ltd. , Jincheng Shanxi 048006 Abstract In view of the problem that the fan can not control the ventilation quantity according to the required air volume of the working face, which leads to the large energy consumption and low automation degree of the fan, the overall design of the fan frequency conversion speed regulation system is completed on the basis of a brief overview of the ventilation system. Practice shows that the fuzzy control system based on variable frequency speed regulation can realize the real-time control of ventilator according to the required air volume. Key words ventilator; variable frequency speed regulation; fuzzy control; control circuit; gas concentration