井下人员WIFI定位系统及其在煤矿安全生产中的应用

《矿山信息化概论》课程论文

《井下人员WIFI定位系统及其在煤矿安全生

产中的应用》

班级： 计算机科学与技术专业14级2班 学号：311409010224 姓名：王春杰

日期： 2016年10月16日

井下人员WIFI定位系统及其在煤矿安全

生产中的应用

计算机学院 王春杰 311409010224

摘要：本文介绍了基于WiFi技术，针对矿井产业安全生产的特点，设计出的井下人员定位系统。

WIFI无线通信技术是计算机技术和通信技术相互发展得到的产物，与RFID、ZigBee、UWB等无线通信技术线相比较，其在矿井人员定位中具有更大的优势。通过介绍WIFI通信技术的原理、人员定位系统的基本原理与组成、系统实现，进而实现井下人员WIFI定位系统在煤矿日常安全生产中的一些具体应用，从而确保煤矿生产安全进行，保障井下人员的生命安全，提高煤矿生产效率和安全水平。

关键字： WIFI技术 矿井人员定位系统 矿井安全 应用

1引言

中国是一个煤炭大国，煤炭是推动经济发展的主要化石能源，煤炭的开采往往是在深达百米的地下进行，由于地质情况复杂，在煤矿开采过程中往往存在很大的不确定的危险，矿井下的矿工是矿井事故的最大受害者，矿井事故每年给中国带来巨大的人员和财产损失。能够准确地定位井下人员的具体位置信息，无论是在矿工的日常工作过程中，还是矿井事故的人员救援过程中都发挥着重大的作用。基于WIFI技术而研发的井下人员定位系统能够克服矿井下恶劣的环境条件，准确地定位矿井中矿工的具体位置，能够事实监测人员的位置的数据变化情况。对有效保证煤矿的安全生产，促进煤矿安全质量标准化管理工作具有十分重要的意义。

2 WIFI定位技术

WIFI技术是一种利用IEEE规格为802.11a/b/g进行定位的一种无线通信技术，其工作在2.4GHz频段上。WIFI技术传输信号时，传输速率会根据周围环境的情况进行相应的调整，起到了保障了网络的可靠性和稳定性的作用。WIFI技术主要有以下几个优点：

①覆盖范围广。在开阔的区域，WIFI信号的覆盖范围在300米左右；在较为封闭的状况下，WIFI信号的覆盖范围最大能够达到100米左右。

②组网方便。WIFI网络的构建不需要铺设电缆，方便和现有的有线以太网整合到一起，实现方式非常简单易行，普及性较强。

③工作效率高。WIFI技术在对数据进行交换和分组是采用计算机网络中的TCP/IP协议，在网络上的工作效率很高。

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相较于正在发展的几种用于井下人员定位系统的无线通信技术，如ZigBee、UMW等，在实时性、准确性和传输质量上都很占优势。表1列出了WIFI技术与其它无线传输技术的不同之处。随着WIFI技术的不断发展，基于WIFI的井下人员定位系统也会得到更加完善的发展，会表现出更强大的功能性与实用性。

表1四种无线网络技术比较

成本 有效距离 定位效果 协议 速率 定位精度

平232 2Mbps 10-30m 20/40/250kbps 10-75m 5.5/11Mbps 10m 40-600Mbps 0.15-0.30m RFID 较低 100m 2D 标准RS232、TTL电ZigBee 最低 10-75m 2D 802.15.4 WIFI 较高 100m 2D 802.11a/b/g UWB 最高 30m 3D _ 3 WIFI定位系统的组成及工作原理

3.1系统组成

基于WIFI的井下人员定位系统由地上监管部分和井下布置部分两大部分构成。根据各个矿井内部的具体情况，在矿井巷道的进出口、交叉路口、工作面、出入井口等所有人员可能经过的地方安装WIFI基站，在重要的位置和人员流动较少的地方加大WIFI基站的安装数量，确保矿井内部没有WIFI覆盖盲区。矿井内的所有WIFI基站在一起形成一个无线局域网络，并对WIFI基站的地理坐标进行设置，

图1 WIFI定位系统示意图所有人员在下井工作时均携带专制的WIFI接受设备，每个

人员的WIFI接受设备记录了他们各自的身份信息，当下井人员到达井下定位基站的监测范围之后，他们的WIFI设备会发出信号，通过WIFI基站构成的局域网传输到地面上的监测系统。地面监测系统根据接收到WIFI信号的强弱计算出此时此刻井下人员的具体位置，实现可视化时时监测。安装了定位服务器的软件系统的监控管理中心，主要实现实时数据分析处理，对井下人员的个人信息进行分析管理。通过控制中心的电子地图监视并及时显示各个现场人员的位置，实时

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监控的数据同时存入数据库，监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员的实时位置信息、报警信息以及在某段时间内的位移信息，同时也可以经过路由器接入Internet，能够使上级主管部门通过互联网实现监管。 3.2工作原理

井下每个工作人员携带WIFI设备，WIFI设备每隔一段时间向WIFI基站主动发射信号，发射的周期可由用户根据自己的实际情况进行设置。系统定位的方式主要分为离线训练和在线匹配两个阶段。在离线阶段，先针对定位环境的人员的WIFI信号强度进行检测，建立所有序列点的信号强度数据库。在线阶段，测量目标点到基站的信号强度，根据信号识别定位算法，与离线阶段所建立的信号数据库进行相似性匹配，进而判断出该目标点的大致范围。为了提高WIFI技术的定位精度，可以通过信号强度值与匹配点各个信号强度值逼近修正进而可以得到更加精确的位置坐标。

4 WIFI定位系统在煤矿安全生产中的应用

安全生产是煤矿行业良好发展的基础与保障，而且其在煤矿生产中煤矿生产调度管理具有指导性的作用。实践证明，在新形势下为了更好地处理煤矿井下的安全与生产、安全与效益的关系，进一步提高煤矿企业抢险救灾的能力，使抢险救灾、安全救护的高效运作得到保证，有效实现人员定位系统能使地面与井下人员的管理，对跟踪实时的定位，从而使煤矿人员管理的信息化水平得到大幅度的提高，进一步为煤矿安全生产奠定坚实的基础。应运而生的基于WIFI的井下人员定位系统很好地契合了煤矿的生产需求，在煤矿的安全生产中发挥着巨大作用，成为煤矿生产过程中的坚强后盾。 4.1井下救灾功能

矿工在矿井内部进行作业时，他们往往面临着各种各样复杂的环境条件。他们周围危机四伏，有时还暗含着未知的、潜在的巨危险，如瓦斯爆炸、煤矿透水事故等，这些危险往往是潜在的而且危害是非常巨大的，给煤矿产业带来了巨大的人员和财产损失。面对突如其来的灾难，矿井下的被困人员除了需具备较强的灾难应急能力和逃生能力外，矿井外面的救援人员则需要及时掌握被困人员的具体位置信息，以便对被困人员采取有针对性的救援方案，力争在黄金救援72小时内将被困人员成功救起。在救援过程中，基于WIFI的井下人员定位系统就发挥了不可替代的作用。当井下发生事故时，由于WIFI定位系统可以时时监测到每个人的具体位置信息，则地面救援人员就可以立即明确被困人员的具体位置信息，展开施救。当被困人员需要在矿井内部寻找安全的避难场所而需要不断移动时，地面人员同样可以定位到他们的具体位置。WIFI定位技术必定在矿难救援中会发挥巨大的作用，会大幅度降低人员伤亡、减少直接经济损失。

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4.2日常考勤功能

通过WIFI定位系统进行工作考勤，当矿井员工携带着WIFI设备进入矿井内部开始工作时，在规定的报道时间内，WIFI设备会自动产生一个信号并通过WIFI基站把信号传送到地面的矿井人员考勤管理系统。考勤管理系统会根据WIFI设备发送的信号自动记录每个员工到岗时的信息等。当矿井员工到了下班时间，WIFI设备同样会向考勤系统发送信号并记录离岗信息。考勤管理系统会根据不同时间接收到的不同信号会分别记录矿井员工的迟到、早退与缺勤信息。通过WIFI定位系统，可以克服以往的考人工点名的考勤方式，不仅提高了工作效率，减轻了人员工作负担，而且使得考勤工作更加可靠和稳定。 4.3危险区自动报警功能

由于矿井内部地质情况复杂，往往存在很多的危险地带，很多矿工可能对矿井的整体状况不了解，在工作过程中就有可能进入危险地带，产生危险，酿成悲剧。在WIFI定位系统的设计过程中，要对矿井的危险地带进行严密的设计。危险地带布置的WIFI基站要形成一张面积略大于危险地带面积的网，当矿工临近危险地带时，WIFI基站就会向矿工随身携带的WIFI设备发送警告信号，告知矿工已进入危险地带，起到预防和警示作用。当矿工在危险地带遇到危险时，WIFI基站会向监测室发送求救信号，与此同时，WIFI基站会告知监控人员关于进入危险地带矿工的具体身份信息和具体位置信息。 4.4瓦斯浓度自动实时监测

在煤炭开采过程中会产生大量的瓦斯气体，而瓦斯爆炸是煤矿安全生产经常面临的严重安全事故。把瓦斯浓度控制在一个合理的区间范围内对预防瓦斯爆炸起着至关重要的作用。基于WIFI的人员定位系统同样可以实现这样的功能。布防在矿井内部的各个瓦斯监测传感器会时时监测当前矿井的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到预先设置的浓度上界时，WIFI基站会自动向矿工携带的WIFI设备发出警示和及时撤离信号，同时会向地面监测人员发出应急信号。随着矿井内部人员的及时撤离以及地面安全防护人员的积极准备，会使瓦斯爆炸的矿井事故的概论大大降低。进一步保证了矿工的生命安全的矿井的财产安全。WIFI定位系统下的瓦斯浓度监测使得矿井安全生产做到了有备无患，在矿井安全事故的预测和预防、安全事故的及时救援方面发挥了巨大的作用，进一步提高了煤矿生产的现代化。

小结

基于WIFI技术的井下人员定位系统充分综合利用了当前WIFI技术定位效果好、定位精度高、抗干扰能力强的优势并结合煤矿的具体要求进行设计的。通过在矿井内部设置固定的WIFI基站，WIFI定位系统能够实现井下人员位置的精确定位、日常考勤、危险区自动报警、瓦斯浓度自动

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实时监测等在煤矿安全生产中具体应用，能够有效预防煤矿安全事故，减少人员和财产损失。随着煤炭产业的进一步发展，基于WIFI的井下定位系统会彰显出它所具有的更大的潜力和功能。随着科技的不断发展以及WIFI技术的进一步提升，基于WIFI的人员定位系统还会有更大的的提升空间。通过对定位系统的不断完善，会使广大矿井员工在井下有更加优越的工作环境，让他们进一步提高避灾及安全防范能力，最终使我们的煤炭行业朝着更加安全、稳定的方向发展并实现煤矿产业的信息化，迎来煤矿产业的又一黄金时期。

参考文献

[1] 姜丽.基于WIFI室内定位关键技术的研究[D].大连：大连理工大学.2010.

[2] 张军.基于WIFI技术的矿井无线救灾通讯系统研究[J].矿业安全与环保.2009.36(S1):11-13 [3] 原东梅.浅谈煤矿井下作业人员管理系统在煤矿安全生产中的应用[J].科技创新导报，2013(18) [4] 王键.煤矿井下人员定位系统的研究[D].江苏：南京理工大学.2013.

[5] 徐云苑.基于WIFI的井下人员定位系统的研究[D].安徽：安徽理工大学.2014.

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实时监测等在煤矿安全生产中具体应用，能够有效预防煤矿安全事故，减少人员和财产损失。随着煤炭产业的进一步发展，基于WIFI的井下定位系统会彰显出它所具有的更大的潜力和功能。随着科技的不断发展以及WIFI技术的进一步提升，基于WIFI的人员定位系统还会有更大的的提升空间。通过对定位系统的不断完善，会使广大矿井员工在井下有更加优越的工作环境，让他们进一步提高避灾及安全防范能力，最终使我们的煤炭行业朝着更加安全、稳定的方向发展并实现煤矿产业的信息化，迎来煤矿产业的又一黄金时期。

参考文献

[1] 姜丽.基于WIFI室内定位关键技术的研究[D].大连：大连理工大学.2010.

[2] 张军.基于WIFI技术的矿井无线救灾通讯系统研究[J].矿业安全与环保.2009.36(S1):11-13 [3] 原东梅.浅谈煤矿井下作业人员管理系统在煤矿安全生产中的应用[J].科技创新导报，2013(18) [4] 王键.煤矿井下人员定位系统的研究[D].江苏：南京理工大学.2013.

[5] 徐云苑.基于WIFI的井下人员定位系统的研究[D].安徽：安徽理工大学.2014.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2ao6.html