井下人員定位報警系統(tǒng)

第3頁共14頁井下人員定位及環(huán)境監(jiān)測報警系統(tǒng)方案

1引言隨著礦井生產(chǎn)的現(xiàn)代化程度不斷提高，對涉及的通信手段、系統(tǒng)功能的要求也在不斷地增多。保證通信信息的及時、準(zhǔn)確、快速對于安全生產(chǎn)來說極為重要。當(dāng)遇到礦井突發(fā)事故，對井下人員的搶救缺乏精確可靠的位置信息，也缺乏語音通信手段，搶險救災(zāi)、安全救護(hù)的效率仍然不高，效果不理想。由于通信網(wǎng)絡(luò)不暢，通信手段單一，網(wǎng)絡(luò)承受能力差，往往造成領(lǐng)導(dǎo)層信息不通，指揮不足，數(shù)字不準(zhǔn)，不利于事故的搶險，極易造成事故損失的擴大。礦井對利用相應(yīng)的礦井人員跟蹤定位設(shè)備，全天候?qū)饘俚V入井人員進(jìn)行實時自動跟蹤和考勤，隨時掌握每個員工在井下的位置及活動軌跡、全礦井下人員的位置分布情況等需求迫切。2技術(shù)簡介ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee采取了IEEE802.15.4強有力的無線物理層所規(guī)定的全部優(yōu)點：省電、簡單、成本又低的規(guī)格；ZigBee增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。常用無線網(wǎng)絡(luò)比較 ZIGBEE具備多種組網(wǎng)方式ZIGBEE網(wǎng)狀(MESH)網(wǎng)優(yōu)勢Mesh是一種特殊的、按接力方式傳輸?shù)狞c對點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其路由可自動建立和維護(hù)。通過以上ZigBeeMesh結(jié)構(gòu)圖可以得知，一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)只有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，但可以有若干個路由器。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)，同時它也可作為與其它類型網(wǎng)絡(luò)的通訊節(jié)點（網(wǎng)關(guān)）。構(gòu)成協(xié)調(diào)器和路由器的器件必須是全功能器件（FFD），而構(gòu)成終端設(shè)備的器件可以是全功能器件，也可是簡約功能器件（RFD）。ZigBee采用按需路由算法AODV，在節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)性能上都有著很大的優(yōu)勢。AODV路由協(xié)議是一種基于距離矢量的按需路由算法，只保持需要的路由，而不需要節(jié)點維持通信過程中未達(dá)目的節(jié)點的路由。節(jié)點僅記住下一跳，而非像源節(jié)點路由那樣記住整個路由。它能在網(wǎng)絡(luò)中的各移動節(jié)點之間動態(tài)地、自啟動地建立逐跳路由。當(dāng)鏈路斷開時，AODV會通知受影響的節(jié)點，從而使這些節(jié)點能被確認(rèn)為無效路由。AODV允許移動節(jié)點響應(yīng)鏈路的破損情況，并以一種及時的方式更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。AODV操作是無環(huán)回的，并避免了當(dāng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r快速收斂的無限計算問題(特別是當(dāng)一個節(jié)點進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時)。ZIGBEE通信可靠性保證物理層RF通信鏈接直序擴頻采用高處理增益明晰的信道檢測對干擾能量進(jìn)行檢測采用跳頻技術(shù)Frequencyagility協(xié)議基于CRC的誤碼檢測/校正采取了避免沖突的策略CSMA/CA為固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用的有保證的時隙發(fā)送的數(shù)據(jù)包都有待于接受方的確認(rèn)，如出現(xiàn)問題進(jìn)行重發(fā)保持?jǐn)?shù)據(jù)包的及時傳輸Packetdatafreshness通信可靠機制ZigBee采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；明晰的信道檢測MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強ZigBee的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；ZigBee自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作?？垢蓴_性強3ZPos井下定位系統(tǒng)設(shè)計3.1ZPos產(chǎn)品思想ZPos是基于國內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)良好發(fā)展前景及一定區(qū)域（室內(nèi)外）實時精確定位大量潛在應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上而適時研發(fā)推出的無線智能定位系統(tǒng)。它主要原理是借助無線網(wǎng)絡(luò)及其眾多固定接入點設(shè)備（AP），實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點ZPosTAG的信號、時延等數(shù)據(jù)，在ZPosEngine（自有知識產(chǎn)權(quán)）中經(jīng)過一系列測算、比對、校正獲取被跟蹤對象ZPosTAG的相對及絕對位置信息。3.2 ZPos系統(tǒng)原理首先根據(jù)企業(yè)實際需要在井下區(qū)域和巷道中放置一定數(shù)量的ZPOS基站/基站，放置的位置應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場具體情況（比如井下主要巷道、交叉道口、必經(jīng)之路等重要位置）。根據(jù)巷道的實際情況下每隔50-80米放一臺基站。然后為每個下井人員佩帶一個ZPOSTAG(定位標(biāo)簽)，當(dāng)井下人員進(jìn)入井下以后，只要在井下網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，任何時刻任意一點，基站都可以采集定位標(biāo)簽信號并上傳到后臺服務(wù)器，經(jīng)過定位引擎等業(yè)務(wù)處理，得出具體標(biāo)簽及代表信息（如：人員，位置，時間），同時可把它動態(tài)顯示（實時）在監(jiān)控中心的大屏幕或電腦上，并作好備份。井上人員可隨時了解井下人員的狀態(tài)。管理者也可以根據(jù)大屏幕上或電腦上的分布示意圖查看某一區(qū)域，計算機即會把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計并顯示出來。管理者能實時的觀察到井下工作人員的即時位置，實現(xiàn)井下人員定位。另外一旦井下發(fā)生事故，可根據(jù)電腦中的人員定位分布信息馬上查出事故地點的人員情況，以便幫助營救人員準(zhǔn)確快速營救出被困人員。一旦井下發(fā)生突發(fā)情況，井下人員可通過所攜帶的定位標(biāo)簽發(fā)出警報。井下人員只要按標(biāo)簽上的緊急報警按鈕即可發(fā)出報警，在井上監(jiān)控室的會即時進(jìn)行文字及聲光提醒。3.3 ZPOS無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)鋱D地面管理監(jiān)控平臺地面管理監(jiān)控平臺基站基站巷道1以太網(wǎng)以太網(wǎng)接口中心主站1基站巷道N基站以太網(wǎng)接口中心主站N系統(tǒng)拓?fù)鋱D4系統(tǒng)主要功能簡介軟件系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，可遠(yuǎn)程訪問管理，數(shù)據(jù)庫支持Mysql、ORACLE等，主要功能如下：4.1系統(tǒng)管理配置帳戶、密碼、標(biāo)簽人員對應(yīng)關(guān)系、告警方式設(shè)定修改等系統(tǒng)的各種參數(shù)修改；不同賬戶登陸權(quán)限的分配管理。4.2礦工實時定位 以直觀圖示的方式展現(xiàn)每個井層、每個巷道的結(jié)構(gòu)布局，當(dāng)攜帶標(biāo)簽的礦里工作人員在定位基站覆蓋范圍內(nèi)行走時，監(jiān)控室屏幕上就會有一個對應(yīng)的跳動的點代表該人，并隨其走動而實時動態(tài)顯示到相應(yīng)的圖示位置。4.3礦工緊急求助 每個定位標(biāo)簽上有緊急求助按鈕，當(dāng)需要時，佩戴者可長按其標(biāo)簽上緊急求助按鈕3秒鐘，監(jiān)控室就會在第一時間就能獲悉誰在哪里發(fā)出報警信息。4.4全井緊急撤離 當(dāng)出現(xiàn)特殊情況，地面監(jiān)控中心需要統(tǒng)一調(diào)度所有礦下工作人員及時撤回地面時，系統(tǒng)提供一個緊急撤退按鈕，一旦啟動緊急撤退功能，井下所有本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋地方都會有聲光報警提示。4.5歷史軌跡回放 對于任何一個標(biāo)簽，都可以追溯其歷史行走軌跡，只要選定一個起始和結(jié)束時間段，系統(tǒng)會自動檢索該時間段內(nèi)其經(jīng)過的地方，并形成一個回放動畫。 另外系統(tǒng)也支持設(shè)定某一個時間點如2011-1-517:00:00，此刻所有工作標(biāo)簽的位置圖，以便了解整個礦井工作人員的分布情況。4.6出入考勤統(tǒng)計可按時間段、班組等進(jìn)行各種考勤統(tǒng)計分析，支持多種圖形模式4.7井下環(huán)境實時監(jiān)測(可選)每個井下定位基站同時也可以根據(jù)實際需要，加載環(huán)境采集傳感功能，實時將周圍的環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、一氧化碳濃度等通過自身的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心平臺上，如果設(shè)定告警閥值，則監(jiān)控屏上會對超標(biāo)區(qū)域進(jìn)行分級別告警提示。一氧化碳傳感器適用于對各類環(huán)境中有毒氣體以及易燃易爆氣體進(jìn)行在線實時監(jiān)測。檢測氣體：可燃?xì)怏w/氧氣及有毒氣體

采樣方式：擴散式

工作電源：DC24V±25%

反應(yīng)時間：T<30s

檢測精度：±5%F.S

工作溫度：可燃?xì)怏w：-40℃－70℃，毒性氣體：-20℃－50℃

濕

度：≤95%RHD、粉塵傳感器 主要用于礦井粉塵作業(yè)現(xiàn)場的連續(xù)監(jiān)測。測量范圍：0mg/m3–1000mg/m3測量相對誤差：10%采樣流量：18L/minE、風(fēng)機等設(shè)備開停傳感器 主要用于監(jiān)測煤礦井下機電設(shè)備（如采煤機、運輸機、提升機、破碎機、局扇、泵站、風(fēng)機等）的開停狀態(tài)。設(shè)備供電流不小于10A；供電電纜外經(jīng)為?18～?75mm范圍。