基于Wifi無線網絡通信技術設計研究了煤礦井下人員定位系統(tǒng)。系統(tǒng)整體上可被劃分成為井下人員位置信息采集部分和井上數(shù)據(jù)信息處理部分，井上和井下通過光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，可將人員定位精度提升至2m。

　　關鍵詞：無線網絡技術；煤礦井下；人員定位；系統(tǒng)設計

　　隨著煤礦領域的快速發(fā)展，人們越來越關注煤礦安全問題。人員定位系統(tǒng)是保障煤礦井下工作人員安全的重要措施，由于煤礦作業(yè)環(huán)境的特殊性決定了對人員定位系統(tǒng)具有相對較高的要求[1-2]。隨著科學技術的不斷發(fā)展，越來越多的先進技術被應用到煤礦井下人員定位系統(tǒng)中，顯著提升了定位系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，以及定位精度[3-4]。當前階段Wifi無線網絡技術以其顯著的優(yōu)勢在很多領域得到了非常廣泛的應用，包括煤礦領域[5-6]。

　　1煤礦井下人員定位系統(tǒng)總體設計

　　圖1所示為煤礦井下人員定位系統(tǒng)總體結構示意圖。定位系統(tǒng)總體上可以劃分成為兩大部分，第一部分為井下數(shù)據(jù)信息采集，第二部分為井上數(shù)據(jù)信息處理。數(shù)據(jù)信息采集過程中需要用到Wifi技術，采集得到的數(shù)據(jù)信息通過Wifi無線傳輸技術和光纖網絡傳輸?shù)骄�上部分�?/p>

　　1.1井下人員跟蹤定位部分

　　這部分主要包括Wifi接入節(jié)點（AP）和Wifi移動節(jié)點、直流供電電源、交換機、光纖等。井下人員跟蹤定位部分的主要作用是對整個礦井區(qū)域內部的所有工作人員位置信息進行收集與傳輸。移動節(jié)點基于Wifi無線網絡技術向接入節(jié)點發(fā)送位置信息，接入節(jié)點將相關信息傳輸至交換機，最終傳輸至地面部分。系統(tǒng)中配備了直流供電電源，作用是在緊急情況下為人員定位系統(tǒng)提供電力供應，確保系統(tǒng)運行的可靠性。地面部分和井下部分之間通過光纖進行數(shù)據(jù)傳輸，以提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男�率和可靠性。系統(tǒng)中的Wifi移動節(jié)點包含多種類型，從圖1中可以看出主要包括Wifi手機、WifiPAD、Wifi標簽等。

　　1.2地面集中控制中心

　　地面集中控制中心將井下采集得到的人員信息，通過光纖網絡傳輸至地面集中控制中心，由服務器對數(shù)據(jù)信息進行處理，判斷得到人員的位置坐標，并且可以將分析所得結果顯示在顯示屏中，以供工作人員隨時查看。此外所有的數(shù)據(jù)信息會存儲在數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)調取使用。

　　2煤礦井下Wifi無線網絡的規(guī)劃研究

　　煤礦井下環(huán)境復雜，如何布置Wifi無線網絡是系統(tǒng)設計中的關鍵問題，Wifi無線網絡規(guī)劃質量好壞直接決定著人員定位系統(tǒng)定位效果和精度。但是煤礦井下空間較小、各個巷道之間相互交錯，整體環(huán)境比較復雜，這對無線網絡規(guī)劃提出了較高要求。設計的人員定位系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型主要以文字和語音數(shù)據(jù)為主，因此對傳輸速度和數(shù)據(jù)量的要求不是非常高。基于相關理論和實踐經驗，并考慮煤礦井下實際情況，最終將相鄰兩個Wifi接入點的距離設置為300m，能夠實現(xiàn)礦井全區(qū)域覆蓋。但是在一些特殊區(qū)域需要對Wifi接入點進行特殊處理，以保障人員定位系統(tǒng)沒有盲區(qū)。如下頁圖2所示為幾種常見位置的Wifi接入點布置情況。

　　3人員定位系統(tǒng)主要硬件的選型

　　在對人員定位系統(tǒng)的主要硬件進行選型時，不僅要考慮到當前階段煤礦的實際使用需要，同時還要考慮到煤礦在未來一段時間的發(fā)展需要，下面對主要的硬件選型進行介紹3.1建立Wifi無線網絡時用到的硬件用到的光纖為兩根12芯單模光纖，通過該光纖實現(xiàn)井上部分和井下部分之間的數(shù)據(jù)信息傳輸。Wifi無線網絡中使用的硬件主要包含兩個方面，分別為交換機和Wifi接入點。1）交換機。從上頁圖1中可以看出，交換機是實現(xiàn)井下與工業(yè)以太網連接的重要部分，Wifi無線接入點采集得到的數(shù)據(jù)信息，需要傳輸至交換機中，然后通過光纖傳輸至地面集中監(jiān)控中心。考慮到煤礦企業(yè)未來的發(fā)展，所以在選用交換機型號時，要求交換機的性能較高。具體而言，必須要有較高的轉發(fā)率、超過100m/s的傳輸速度等。系統(tǒng)中最終選用的交換機型號為CISCOWS-C3560G-24PS-S。該型號交換機具有良好的環(huán)境適應性，當環(huán)境濕度和溫度分別在10%~85%和-5~45℃范圍內時，均能夠正常穩(wěn)定工作[5-6]。2）WiFi無線接入點。為了實現(xiàn)整個礦井區(qū)域WiFi無線網絡的全覆蓋，采用的是雙模Wifi無線接入點，并且要求接入點符合802.11b標準。要求無線網絡接入點具有良好的網絡穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)盲區(qū)。系統(tǒng)使用的是CiscoSmallBusinessModelWAP200型Wifi無線網絡接入點。此外，無線接入點中還使用了RangeBooster技術，該項技術的使用能夠顯著提升接入點的覆蓋范圍以及每個接入點的數(shù)據(jù)容量。接入點可以通過直流供電電源進行供電，在外部供電線路出現(xiàn)故障問題，無法正常供電時，可以調用直流電源進行供電，顯著提升了系統(tǒng)的可靠性。所選擇的硬件設備在濕度和溫度分別在10%~85%和0~45℃范圍內都能夠安全穩(wěn)定工作，完全能夠滿足礦井實際使用需要。3.2Wifi定位節(jié)點硬件選型人員定位系統(tǒng)中Wifi定位節(jié)點佩戴在工作人員身上，所選擇的硬件設施必須要具備Wifi功能，可以實現(xiàn)與Wifi接入點之間的無線網絡通信。可以作為定位節(jié)點的硬件設施類型比較多，常見的包括Wifi手機、WifiPAD、Wifi筆記本、Wifi標簽等，設計的人員定位系統(tǒng)中最終選用的Wifi定位節(jié)點硬件設施主要包含兩種，分別為Wifi手機和Wifi標簽。1）Wifi標簽。可供選用的Wifi標簽類型有很多種，但考慮到煤礦企業(yè)未來的發(fā)展，系統(tǒng)最終選用的Wifi標簽型號為EkahauT301，該型號Wifi標簽具有良好的兼容性和拓展性，可以滿足人員定位系統(tǒng)后續(xù)的升級改造。不僅需要符合Wifi通信協(xié)議，同時還需要符合Ekahau串口協(xié)議。2）Wifi手機。同樣的，選用的Wifi手機也要符合Wifi通信協(xié)議和Ekahau串口協(xié)議。當前市場上很多手機都能夠滿足以上這些基本的要求，最終選用的是HTC品牌手機，需要在手機內安裝相關的軟件程序。3.3地面集中監(jiān)控中心服務器的選型井下部分采集得到的人員位置信息需要傳輸?shù)降孛婕�中監(jiān)控中心，然后利用服務器對數(shù)據(jù)進行分析和處理。因此服務器的質量對數(shù)據(jù)分析效果和速度有非常重要的影響，這對服務器的性能提出了很高的要求，只有計算速度快才能滿足系統(tǒng)的實時性要求。選用的服務器為英特爾i5處理器，工作頻率超過1.86GHz，內存為32GB。另外，監(jiān)控中心還配備了LED顯示屏，主要作用是對井下人員定位處理結果進行實時顯示，以供工作人員查看。選用的是科泰公司設計加工的P8.0型工業(yè)顯示器。為提升系統(tǒng)的可拓展性，還可以直接將筆記本電腦與系統(tǒng)進行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理分析與查看。

　　4人員定位系統(tǒng)的軟件程序設計

　　對于煤礦井下人員定位系統(tǒng)而言，井下人員信息的采集與傳輸是最為關鍵和核心的內容。Wifi接入節(jié)點可以對Wifi移動節(jié)點進行偵聽，Wifi移動節(jié)點也可以主動向外發(fā)射位置信息，并被接入節(jié)點接收，通過這樣的方式實現(xiàn)井下人員位置信息的采集。數(shù)據(jù)信息傳輸方面，Wifi接入節(jié)點通過無線網絡的形式將信息傳輸至交換機，然后利用光纖網絡輸送至地面集中監(jiān)控中心進行處理。下頁圖3所示為人員定位系統(tǒng)的軟件工作流程圖。Wifi移動節(jié)點在向外發(fā)送位置信息時需要一同發(fā)送對應的人員編號，以便處理系統(tǒng)能夠識別位置信息對應的工作人員。地面集中監(jiān)控中心在接收得到人員位置信息后，基于系統(tǒng)內部已經設定的人員定位算法，對數(shù)據(jù)進行處理，可以得到具體的人員位置坐標，從而達到煤礦井下工作人員定位的目的。

　　5結論

　　1）將Wifi無線網絡技術應用到礦井人員定位系統(tǒng)中，不僅能夠大大簡化整個系統(tǒng)，而且能夠提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男�率和質量。圖2煤礦井下特殊位置的WiFi無線網絡布置示意圖2-1直巷道2-2三岔道2-3拐彎巷道2-4十字岔道2-5特殊巷道·256·2）基于無線網絡傳輸技術的煤礦井下人員定位系統(tǒng)可將人員定位精度可達到2m，完全能夠滿足實際使用需要。

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　　作者：高麗聰