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ZigBee技術與煤礦井下定位結合的系統(tǒng)構成

1地面數(shù)據(jù)中心站

地面數(shù)據(jù)中心站是井下定位與地面之間聯(lián)系的重要平臺。地面數(shù)據(jù)中心站主要包括信息處理和轉(zhuǎn)換接口兩個部分，其中的轉(zhuǎn)換接口主要應用RS232/RS485。信息處理平臺的功能主要是對所獲取的信息進行存儲，并且在計算機上進行分析、處理和顯示。這是將井下情況呈現(xiàn)出來的重要環(huán)節(jié)，是將所得到的信息進行處理和轉(zhuǎn)換以網(wǎng)絡的形式提供給其他有權限的成員查閱。RS232/RS485接口主要用于地面信息和井下定位奮戰(zhàn)信息的轉(zhuǎn)換和傳輸，是信息傳輸?shù)闹匾ǖ溃虼司哂蟹浅Ｖ匾墓δ堋o論是轉(zhuǎn)換接口還是地面信息處理都是對井下定位信息的最終處理環(huán)節(jié)，是將所得信息呈現(xiàn)出來的關鍵，實現(xiàn)了網(wǎng)絡傳輸中的信息共享，使得所得信息能夠在多臺設備和計算機之間傳輸。

2信息采集中心

信息采集中心是獲取井下定位信息的重要部分，主要是指在礦井巷道上定位分站和讀卡器部分，讀卡器主要是將標識卡呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)進行采集。具體說來對標識卡發(fā)出的數(shù)據(jù)主要以一種特殊的數(shù)據(jù)符號傳達給讀卡器，讀卡器對這些數(shù)據(jù)進行收集匯總，再將這些數(shù)據(jù)傳遞給地面數(shù)據(jù)中心。ZigBee則是實現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)之間的有線或者無線傳播。讀卡器在這里不僅是一個信息采集中心，還是無線基站數(shù)據(jù)信息的中繼轉(zhuǎn)發(fā)中心。

3標識卡

標識卡是信息獲取的最基本單位，也是獲取井下情況的重要部分，標識卡常攜帶在井下礦工或者井下監(jiān)管人員身上，或者分布在礦井巷道里。這些最基本的單位是了解井下情況、進行定位搜索的基礎和前提。標識卡一般由電池續(xù)電，保證其正常使用，它主要通過向系統(tǒng)發(fā)出特定的信號來進行傳輸，在標識卡和讀卡器之間形成一條連接紐帶，實現(xiàn)信息的最終傳遞，從而實現(xiàn)對煤礦井下作業(yè)的定位。

ZigBee技術的井下定位原理

分布在礦井巷道中的標識卡或者攜帶在井下工作人員身上的標識卡，它們都會根據(jù)現(xiàn)場的實際信息發(fā)出代表每一個人或者每一個地段的射頻信號，這些信號被就近的定位分站接收。定位分站的設立是與標識卡的分布緊密聯(lián)系起來的，要保證這限額分站能夠及時快速地接收到標識卡發(fā)射出來的信號。定位分站將所接收的信息和具體標識卡分布地點進行組合和匯總，再通過這個定位分站由下而上層層傳遞至上一級定位分站，再由上一級匯總信息，直至傳遞到地面數(shù)據(jù)中心站，最終傳到信息處理平臺，也就是信息處理的最終環(huán)節(jié)，由信息處理平臺中的中心計算機，通過特定的程序和運算進行最終處理和分析，并且能夠直觀地將這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)井下定位信息的可見性。地面信息處理中心接到來自井下的信息之后，做出及時有效的決策，可以將這些信息傳遞給一個目標或者同時傳遞給井下所有目標，主要通過計算機進行不同路徑的選擇，從而達到不同的傳遞效果。呼叫信息或者通知信息通過地面信息中心發(fā)送給讀卡器信息采集中心，再由信息采集中心將這些信息給各個定位分站，最后由就近的分站點將來自地面的通知和信息傳輸給每個標識卡，從而實現(xiàn)自上而下的傳遞。基于ZigBee技術的定位系統(tǒng)具有明顯的雙向性，它可以實現(xiàn)地面和井下信息的交流，為保障定位信息的準確性和規(guī)范性提供了可能。并且在雙向傳遞的過程中，也可以防止一些突發(fā)情況和意外的產(chǎn)生，傳輸速度快，信息準確度高，決策的反應效率明顯提高。系統(tǒng)在對井下定位情況進行反映的同時，還可以通過計算機描述井下活動軌跡，即通過不同站點之間的信息傳遞，和標識卡的活動情況所反映在地面信息中心的情況可以了解井下活動的情況，并且根據(jù)標識卡的變遷描述出具體的活動路徑，一旦觀察到異樣就及時采取措施，防止意外發(fā)生。

合理結合的軟、硬件環(huán)境描述

煤礦生產(chǎn)的環(huán)境是非常惡劣的，硬件設施的建設也極為不易，尤其是通訊線路、電路電網(wǎng)的搭建受到客觀自然環(huán)境的約束較大。ZigBee系統(tǒng)的建設，離不開高性能的微型計算機的支持，尤其是對計算機的性能要求非常高。一般而言它需要采用雙顯示器和雙硬盤設置，CPU主頻不能低于2.6GHz，內(nèi)存要足夠大，硬盤也不能太小，至少需要在120G以上，這樣才能保證計算機的高速率運行。除去計算機本身的內(nèi)部要求以外，計算機的外部要求也很高，包括主機、電源系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換接口、軟件保護器等，這些地面建設的基本設備保障了ZigBee系統(tǒng)的有效運行。從礦井下看，系統(tǒng)建設的難點主要在于各個定位分站的確立和設點，在設點過程中可能會受到井下艱苦環(huán)境的影響，另外井下設點的選擇也需要在大量實地考察之后才能進行，從而保證設點的準確性。從軟件環(huán)境的描述來看，定位系統(tǒng)的建設和操作需要技術支持和專業(yè)技術人員的支持。首先從技術上來看，計算機的操作系統(tǒng)必須和ZigBee的運行系統(tǒng)相吻合，防止操作過程中出現(xiàn)排斥。另外定位系統(tǒng)對操作人員的操作水平要求較高，它需要的是一批有經(jīng)驗有知識技能的人員對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和監(jiān)督，這樣才能實現(xiàn)對井下情況的定位。尤其是數(shù)據(jù)庫的選擇和數(shù)據(jù)的分析采集，這些數(shù)據(jù)的分析采集需要相關人員進行監(jiān)控。ZigBee系統(tǒng)和煤礦井下定位的結合還需要專業(yè)人員對系統(tǒng)進行監(jiān)督和維護，一旦發(fā)生緊急情況或者突發(fā)事故能夠沉著應對及時找到解決辦法，防止事態(tài)的擴大。因此專業(yè)的操作技術人員是該系統(tǒng)的重要軟件支持。

結語

通過ZigBee技術可以接收井下信息，并且對信息進行分析和處理，同時地面信息中心又可以將相關指令和信息傳達到井下，實現(xiàn)彼此之間的雙向互動。ZigBee技術和煤礦井下定位的結合是時展的需要，也是對煤礦安全生產(chǎn)的要求，ZigBee技術本身具有諸多的優(yōu)越性，通過兩者的合理結合可以實現(xiàn)井下礦工人員的有效管理和井下作業(yè)的監(jiān)管，擺脫了傳統(tǒng)定位方式對繁雜冗余線路的依賴，使得定位信息的傳遞更加高效和準確，更加具有科學性。

作者:李曉龍單位：河南省會計學校