摘要：我国工业发展迅速，对矿产资源的需求逐渐增加。因此，生产量和规模逐渐增大，对矿山开采安全作业也加强了重视。在矿山井下作业系统应用中，人员定位系统是确保人员安全的关键。随着技术的进步，使用的人员定位增多，提高了定位稳定性和准确性。文章对无线网络井下人员定位系统进行了分析，利用无线网络对矿井骨干网进行部署。制定无线网络的规划和网络配置。无线网络系统应用，为相关员工提供了系统界面。系统可被划分成为人员位置信息采集和数据信息处理，通过光纤实现井下人员定位数据传输。

　　关键词：无线网络技术；矿山井下作业人员；定位系统

　　随着采矿技术的发展，关注矿山开采安全问题，可以有效保障人员安全。由于矿山环境的特点，对人员定位要求较高。随着技术的发展，在人员定位系统中，采用最新技术，提高了定位稳定性和可靠性，以及定位精度。无线网络技术基于定位，与其他技术相比，具有定位精度高、传输速度快、设备利用率高特点。在人员定位中，使用无线定位进行监控，减少地下接入点的数量，覆盖范围广，而且精度更高。在井下人员定位系统中，快速地传递人员位置信息，有效的减少了定位误差，对于矿井安全生产具有重要的意义。

　　1无线网络定位技术

　　RFID定位射频识别技术，是利用非接触式双向通信来完成识别、数据交换和人员定位。与传统的识别技术相比，射频识别卡可以完成非接触式识别。ZigBee定位是低成本、低功耗的标准无线传输协议。使用标准连接开放的MAC层和物理层。定位抗干扰能力强、传输可靠、距离远、容量大。该系统包括位置和基站位置识别站。WIFI定位以其超长的传输距离和传输速度成为核心技术。在信号干扰的情况下，WIFI可以调整带宽，保证可靠性和稳定性。超宽带定位是目前先进的无线技术，具有发射功率极低、带宽极宽、传输快和抗干扰能力强的特点。

　　2矿山井下人员跟踪系统设计

　　人员跟踪系统包括无线接入节点、移动节点、交换设备和光纤等。内部跟踪和定位系统的关键功能是直接传输有关人员位置的数据。基于无线技术，移动逐步传输接入位置数据，再将数据传输给交换机，实现数据向地表传输。系统包括直流电源，为了保证电源在特殊条件下定位正常运行，保证系统运行。可以使用光纤传输信息，提高信息传输速度。系统中有多种无线移动节点，地表管理系统将采集的相关数据通过光纤网络传输到控制显示器。数据通过服务器分类，以确定井下人员的具体位置。为了方便数据的使用，将排序后的数据显示。所有数据都将存储在数据库中，以便在进一步工作中查看。

　　3人员定位系统的软件设计

　　人员信息的采集和传输是定位系统最关键的内容。接入节点可以监听移动节点，移动Wi-Fi也可以向接入节点发送位置和从接入节点接收信息。可以收集有关人员位置的信息。在信息传输中，Wi-Fi接入通过网络将信息传输到交换机，再传输到地面监控中心进行处理。移动Wi-Fi在发送位置时必须向人员发送号码，以便系统识别出与信息匹配的人员。定位监控中心收到人员的位置信息后，根据设置的工作人员定位对数据进行处理，接收工作人员所在位置坐标，以达到定位目的。

　　4无线网络规划

　　矿井无线数据传输与正常工作中的无线网络基本相同，由于道路大小、道路分布等条件影响，在信号传输期间，传输效果不同。无线网络在系统中的好处在于补充了文字和语音的信息传输，围绕有关定位数据开发响应。无线最大带宽为54Mbps，可根据条件进行配置。当配备无线网络系统后，要更新无线网络的IP硬件。可以很好地应用于无线网络，无需任何外部连接，可以很好的避免连接较多造成的IP混乱。

　　5人员定位系统设备选型

　　5.1选择搭建无线网络设备

　　光纤采用12芯单模光纤，在井之间传输信息。无线网络中设备基本上包括交换机和接入点。交换机是以太网和工业以太网连接的重要部分。无线接入点采集到信息先传输到交换机，再传输到地面监控中心。考虑到矿山未来发展，在选择型号时，对交换机要求更高。需要具有更高的传输速率，速率超过100m/s。选择交换机型号CISCOWS-C3560G-24PS-S，这种交换机适应环境好，可以正常稳定运行。为了实现矿井Wi-Fi全覆盖，使用双模无线热点，符合802.11b标准。无线接入点具有良好的稳定性，以避免出现盲点。无线接入点采用RangeBooster技术，可以提高接入点的覆盖和接入点的数据容量。可以使用直流电源供电，外接电源线出现故障无法供电，使用直流电源供电，提高了系统运行的可靠性，满足矿山实际需要。

　　5.2定位节点硬件

　　在人员定位系统中，将定位放置在人员身上，设备必须具有Wi-Fi功能，与Wi-Fi接入点实现网络连接。有多种硬件可用作定位，最常见的手机Wi-Fi、Wi-FiPAD、Wi-Fi标签等等。人员定位系统选用Wi-Fi定位单元主要包括Wi-Fi手机和Wi-Fi标签。Wi-Fi标签的种类很多，但考虑到矿山发展，系统选择的型号是EkahauT301。这种标签具有良好的可扩展性，满足人员定位系统更新。必须兼容Wi-Fi协议，兼容Ekahau串口协议。手机无线网络，选择的Wifi手机也必须符合通讯协议和串口协议。市面上很多手机都能满足基本要求，需要安装相应的软件。

　　5.3监控中心服务器

　　井下采集到的人员信息，传输至监控中心，再由服务器分析和数据处理。因此，服务器对数据分析速度有着影响，对服务器提出了很高的要求，高速计算满足系统实时性。选择服务器是i5处理器，运行频率超过1.86GHz。此外，监控配备了LED显示屏，功能是显示井下人员定位处理，以识别人员。为提高系统使用的可扩展性，将笔记本电脑连接到系统处理和显示数据。

　　6定位系统的实现

　　6.1系统硬件总体设计

　　定位器需要功能较高，需要具有随时传递预警作用，确保所选硬件适用范围较广，能适应矿山开采条件，确保网络兼容性与矿井条件相对应。现场位置是内部比较独特的位置，规划的目的是覆盖所有部分。定位设备可以交换数据，位置控制部件采用合适的配件，确保模块定较准确。根据检测位置，确定定位位置。矿井定位设备微处理器，设备主频为2.8GHz,系统连续运行中，设备可自主停止。网关组件的作用是完成内部监测设备与地面设备之信息传递和采集，并提供设备与地面监测设备的信息传递。芯片的部件是电荷泵，可以监控电压状态，保证电压的稳定性。

　　6.2软件系统设计

　　软件系统的优化围绕运行的程序进行。软件系统优化主要任务是定位子系统的优化，保证改进后设备兼容性。完善基础体系，提高设备的实用性。基本定位系统优化内容重组界面性能，增加告警模块。系统优化应在电子下进行，电子条件容易使用，具有易操作使用优点。

　　6.3应用

　　为人员的定位系统收集数据并传达给综合管理系统，是一项比较重要的工作。无线接入可以监控移动节点周围的环境，移动节点可以传输接入点采集到的数据，可以有效地采集人员的位置数据。在信息传递中，无线接入点通过网络将数据传输到交换机，利用光纤将数据传输到控制监控设备，再进行整理。在人员定位系统运行中，移动节点必须在传输中同时传输相关信息，以保证处理系统准确识别位置数据。设备在收集到位置数据后，根据设定的时间表展开数据，以精确定位具体位置，然后人员坐标位置。

　　7矿井下人员定位系统的应用

　　7.1矿井下人员定位系统定位查询

　　井下人员定位系统是人员定位模块，连接定位控制器，以达到获取定位的目的。操作界面通过滑动放大和缩小地图。单击位置以查看有关位置信息，可以搜索关键字找到的人员。根据矿山生产安全规程，井下作业中可能发生的事故，由强到弱分为A、B、C。如果等级为C，系统用感叹号提醒。如果等级为B，系统弹出对话框；当发生A类危险时，会发出警报和弹出对话框，将提供一定的应急维护。开发了无线传输网络，用于定位及矿井下人员。以生产安全管理理念为基础，开展矿山安全问题培训教育。培训主要是让矿工熟悉井下工程的规划，遇到危险时要考虑自救方式。明确危险区域，系统地开展人员安全培训。

　　7.2无线定位技术应用

　　井下人员射频识别由读卡器和识别卡组成。读卡器在危险场所、摄像头等要控制场所，分布区域可根据实际情况设计。头盔内嵌有射频识别卡，在识别卡读卡器内时，使用位于特定区域识别人员信息。地面控制可以获取人员位置和设备信息，限定区域内人员数量。发生事故时，地面指挥根据人员位置信息，制定紧急疏散方案。下井人员定位系统采用网络模块、阅读器和无线网络技术。工作基地、井口安装网络模块，关键节点的密度决定了定位的准确性。工作台面每50m安装阅读器，每200m安装网络模块。凭借网络自组织特性，网络模块可以自动组合形成通信网络。如果网络检测到在个人头盔上的位置射频信号，将其定义为存在信息。网络基站可以使用信号强度和移动信息来定位人员。地面控制可以使用通讯电缆连接网络基站，完成地下与地面数据交换。WIFI系统由WIFI模块的PDA或手机基站组成，根据生产需求和路径安装地下基站，结合WIFI传输条件，使用无线信令覆盖矿井，使带有WIFI模块的终端准确定位。WIFI基站可以自动识别信号覆盖区域模块，达到对人员统计的目的。终端到基站通信，基站通过向发射无线信号来监测模块存在。使用更多基站监测WIFI信号强度，确定终端位置，并将位置传送给指挥中心。地面指挥中心可以分析WIFI基站和终端信息，确定WIFI坐标，通过到达人员的准确位置。AP信号是决定精度的重要因素，随着AP的增加，定位精度提高。人员定位系统包括定位和传感器基站，位置标签携带在车身或矿工头盔上，由电池供电。以机车和矿山为检测点，分配编码序列。传感器基站根据时间向环境产生脉冲信号。当检测到代码序列时，将与源代码比较，并通过结合来计算人员的确切位置。RFID技术在井下人员定位中是主要应用，该技术能满足人员定位要求，是安全管理的标杆。ZigBee定位在国外应用广泛，具有协调性和抗干扰能力。在定位精度，RFID技术和ZigBee技术略逊一筹。RFID、ZigBee定位和WIFI都属于区域定位，是基于环境的定位。

　　7.3监控中心设计与实现

　　监控中心是传感器网络定位的控制部分和数据采集点，负责定位系统的控制，以及数据的使用。主要由定位跟踪、数据库和运行服务器上的接口组成。监控中心的功能是负责定位系统的配置，接收来自无线传感器定位数据，实时图形化显示数据。监控中心支持历史数据请求，进一步扩展其功能，支持非系统数据和系统数据定位，在数据发布与其他系统集成的情况下，监控中心的软件由监控软件和数据库组成。机监控中心的具体是无线传感器定位系统配置，从网络接收定位数据并存储在数据库。负责系统管理，包括实时显示和报警数据库设计。根据定位工作流程，利用数据库管理设计定位系统数据库，结合人员信息。数据库包含名称排列，包含所有节点类型和物理地址。字段包含协调器节点的物理地址、设置网络号、坐标值和接入网关。字段包含路由器信息，包含节点的物理地址、网络号、网络地址、节点地址和坐标值，其他字段表包含节点信息，包括物理节点地址、网络地址、主节点地址和位置报告。周期表包含站点对应人员信息，移动站点位置信息，包含系统管理权限和信息。

　　7.4监控软件的实现

　　监控软件以操作系统为平台开发，监控软件需要具有登录权限，管理员使用用户名和密码登录进行管理。从登录界面输入用户名和密码，登录系统主界面。由左侧的菜单区、图形显示区和配置区组成。菜单区用户设置用于添加和删除监控账户或权限。菜单区域中设置用于在网络中添加节点，菜单网关设置代理网关号和地址。员工设置用于设置站点对应的员工、职位信息。图形显示区显示移动节点在系统中的位置。系统根据坐标显示参考节点位置。使用该技术将矿山坐标和图表结合，以获得实时成像。配置区用于设置串口连接、下载卡信息、查看节点参数、移动节点设置。建立无线传感器网络后，与计算机监控建立连接，开启协调器网络建设，将路由节点接入网络。系统准备完成，等待定位进入。如果传感器网络准备后第一次使用网络，需要调整定位参数。计算机监控进行设置，包括传感器对应的区域、传感器网络网关、定位系统节点坐标、路径损耗设置等。定位接收到的数据分为上行和下行数据。数据由无线传感器周期性地发送到监控中心，其特点是数据量大，对数据传输要求高。下行数据是监控中心向传感器网络发送的命令或参数更新，或以数据量小的周期性系统维护命令。

　　7.5井下人员定位需求

　　我国矿产资源开采是世界上最大的生产国。是主要能源来结构。矿产资源丰富，矿层分布艰苦，自然灾害多。露天开采所占比例较小，矿山开采大多在井下。矿山生产条件差，自然灾害大。由于我国矿山开采和安全生产难度大的国家之一，加强安全生产管理是保障矿产资源安全开采的当务之急。我国矿山事故频发的原因是开采地质艰苦，自然灾害恶劣。矿产资源储存条件很差，主要特点是埋藏深，稳定性较差，地质构造复杂，对于水、火、气、粉尘灾害较国外矿山多。矿山开采水平落后，一些矿企对于生产安全管理不够重视。矿山开采与装备，包括安全技术落后，以及安全管理问题，是影响矿产资源安全的主要因素。影响生产安全的因素很多。灾害因素有瓦斯爆炸、洪水和火灾。易燃气体爆炸尤为常见，是灾害中后果最为严重的，并且破坏性是巨大的，易燃气体是一种混合气体，同时可以与粉尘发生爆炸性灾难。易燃气体排放量因地理条件和矿产资源生产产量而异，并且易燃气体形势极为严峻，发生的规律也难寻。解决问题的有效方法是随时测量场所气体含量。使用传感器监测有关环境参数信息。当监测到超限数据时，报警会提醒人员注意，关闭某区域停止生产。以避免气体爆炸产生更严重的火灾后果。确保矿井区域达到安全生产标准后，生产将在稍后进行，以便事故在初期得到修复。安全生产是一项复杂的工程。包括监测采矿、机电和运输运行，以及采矿协调和组织，为事故发生预防和恢复提供准确的信息保障，为矿山生产事故的发生提供客观依据和指导。人员监控定位系统是矿产资源发展的必然产物，是保障安全的重要设施，是保障安全的重要部分。矿山工作人员井下定位系统的重要性，可以为矿山提供安全保障，网络特性使得监控点无处不在，掌控整个环境。监测人员安全或救援措施地点，并为救援工作提供大力协助。大部分矿企都有井下人员服务系统，用于人员进出信息记录和控制。由于技术限制，技术在使用中只规定了出入口的时间，记录大致区域位置，准确地确定位置和到达位置，导致工作人员无法了解分布情况。一旦在矿井开采生产中发生安全事故，无法根据信息做出正确的决策，导致救援工作展开的不及时，延误井下人员受害者的救援。因此，考虑到目前矿山定位系统的不足，结合环境特点，需要使用无线网络技术，确保精度较高的人员定位系统，覆盖井下作业人员的位置和路线，提升井下作业效率，确保无线网络技术覆盖性好，对于部署灵活定位管理具有重要意义。

　　8结语

　　综上所述，将无线网络应用于人员定位系统，可以在一定程度上优化定位跟踪程序，提高信息传递的效果。无线网络系以准确定位人员的位置，保证建设工作的顺利进行。将无线技术应用于人员定位，简化了整个系统使用，还提高了数据传输的质量。