煤矿物联网的定位设计与研究分析

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  [摘要]随着煤矿行业的不断发展,煤矿安全问题和自动化生产变得尤为重要。煤矿的生产环境非常复杂,在工作平台上工作的工人有时候无法联系上,他们的实时情况不能有效的进行监控,因此煤矿定位设计是关键。采用Wi-Fi技术和工人身上定位终端实现对人员位置的采集,对定位系统进行合理计算,保证井下每个区域都能实现覆盖,没有监控死角。
  关键词:Wi-Fi技术;定位终端实现;定位算法
  1.Wi-Fi技术
  Wi-Fi技术特点为数据传输非常快,多媒体同时数据传输、覆盖面积大,结构如图1.1。
   (1)站点STA,是无线媒体,可以实现固定和移动两种形态,可以接收信息;
  (2)无线接入点,也叫AP,是无线基站,是Wi-Fi技术中非常关键的部分,主要是STA分布式系统的接入和访问;
  (3)无线媒介WM,主要的作用是实现STA和AP之间的信息交流,是他们之间的传输介质,可以视为空气;
  (4)DS分布式系统,在无线信息的传输过程中,会受到一些物理层之间范围的限定,在传输过程中不能实现长距离通信,因此增加分布式系统,实现多个装置之间的传递,完成数据的传输。
  Wi-Fi技术的组网方式有两种,一种是点对点的方式,另一种是基础架构方式,点对点是STA站点之间的通信,不需要AP介入;基础架构方式复杂,需要SP、STA和DS整个系统之间的传输。
  2.定位终端实现
  对于煤矿井下定位终端的设计,需要满足以下几点功能要求:
   (1)可以对井下工人精确定位,定位终端主要的功能就是保证工人的人身安全。在空间狭小、环境恶劣的井下,需要对工人100%精确的定位;
  (2)兼容性大,为了能够实现井下人员的定位,需要增加WiFi网络实现信号的传输,而在发生事故时候,网络也可能出现故障。因此终端在设计上,可以兼容其他网络资源,实现信号丢失后,利用其对他网络可以发现的功能;
  (3)可以感知周围环境信息功能,在井下发生事故时,定位器不仅是保证工人可以被发现的需求,同时还可以监控功能人身安全和身体状况,需要可以感应井下人员所处位置的环境和其他信息;
  (4)可以实现与地上监控系统双通信功能,终端需要将井下人员的情况反馈给监控系统,同时可以接收地上传达的信息,实现信息交流。
  通过以上几点要求,最终可以设计出符合要求的定位终端,结构如图2.1.
  定位终端与地上系统组成形成一个完整的智能定位系统,主要包含的部分有人员定位服务、通信、消息和AP控制几个部分,如图2.2。
  3.定位算法
  井下是一个特殊的空间,限制非常多,受到岩石煤层的限制,信号在传输过程中会受到一个的变化,会出现倾角现象,如图3.1。
  因此在对井下定位和无线装置点设计上,需要考虑一下几点:
   (1)受井下空间的会影响,电磁信号沿井中巷道方向传输;
  (2)巷道墙壁的影响,信号会出现衰落,避免与岩石、不平的墙面接触;
  (3)在定位点的测算中,避开井下工作的机车与设备,避免出现多普勒频移效应从而出现信号的严重时变现象;
  (4)在进行计算时,考虑非视距传输对信号的影响。
  结论
  在煤矿的事故调查中,发现很多事故都是由于环境因素造成的,發生事故后,人员一部分是被困在井下的,很多死亡都是不能快速有效的找到人员所在的位置。在工人的身上增加智能定位终端,在通过无线装置对信号进行接收,这样可以保证人员的位置和工作状态。本文对煤矿井下的无线信号进行研究分析,实现井下全覆盖,增加盲区补偿算法,保证每个终端的信号,保证煤矿正常运作。
  参考文献
  [1].董翠英.姚明林.曹秀爽.基于物联网的煤矿井下人员定位系统设计.[J].科技信息.2012(20):58-59.
  [2].李院民等.基于WiFi的井下无线智能终端设计.[J].科技广场.2010.8::14-126.
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