ZigBee无线传输技术在煤矿应急救援中的应用

1、第 3期李 磊 米楚明 张少杰 ZigBee无线传输技术在煤矿应急救援中的应用81Zi gBee无线传输技术在煤矿应急救援中的应用李磊 ,米楚明 ,张少杰(西安科技大学能源学院 ,陕西西安710054)摘 要:介绍了一种新的 ZigBee无线传输技术 , Zigbee 是一个由多个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台 ,具有诸多其他无线通信所不具备的优点 ,更适合在煤矿应急救援中应用。通过对 ZigB ee技术的引入。能够实现矿山救灾的特殊环境条件下实现灾区图像语音实时传输到井下救援基地、地面指挥中心及国家矿山救援指挥中心的难题。关键词: ZigB ee技术;无线传输;应急救援中图分类号:

2、TD655. 3文献标识码: B文章编号: 1671 - 749X ( 2010) 03 - 0081 - 030 引言矿山应急救援是抢救矿工生命、减少国家财产损失的工作 ,是矿山企业安全生产工作的重要内容 , 也是重要的社会公益性事业 ,关系到国家发展与稳定的大局 ,关系到我国在国际政治经济生活中的地位和影响 ,特别是在我国加入 W TO 后的今天 ,更具有特殊的重要的意义。应用 ZigBee 无线传输技术的目的在于最大限度地减少事故灾难造成的人员伤亡和财产损失 ,在发生事故后 ,及时向地面控制中心做出报警 ,提供事故现场的第一手资料 ,将现场的情况尽可能多的向地面控制中心回报 ,为下一步救

3、援方案的确定提供信息支持。1 我国煤矿安全生产和应急救援研究1. 1 我国煤矿安全生产和应急救援的背景煤矿安全生产形势依然严峻: 我国是世界上最大的煤炭消费国和生产国。但从统计数据看 ,煤矿行业的安全生产情况不容乐观。“十五 ”期间 ,我国政府在煤矿安全生产方面采取了一系列重大举措 , 加强和改进煤矿安全生产工作。国家投入国债资金收稿日期: 2009 - 09 - 25作者简介:李 磊 ( 1983 ) , 男 , 陕西榆林人 , 西安科技大学在读研究生 ,主要研究方向矿山应急救援。90多亿元 ,支持国有重点煤矿实施安全技术改造 ,煤矿瓦斯治理取得进展。在各方面的共同努力下 ,煤矿事故死亡人数

4、逐年下降 ,煤矿安全生产状况总体稳定、趋于好转 ,但煤矿安全生产形势依然严峻。应急救援的背景:应急救援是“安全第一、预防为主 ”方针在安全生产工作中的有益补充。党的十六届三中全会提出了建立健全各种预警和应急机制 ,提高政府应对突发事件和风险的能力。国务院关于进一步加强安全生产工作的决定明确提出了加快全国生产安全应急救援体系建设的要求。矿山应急救援是安全生产应急救援工作的重要组成部分。国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局确立的抓好安全生产“五项要素 ”的落实、建设“六个支撑体系 ”的总体工作思路 ,其中很重要的一项就是建立矿山应急救援体系 ,加强矿山应急救援工作。近年来 ,我国矿山应急救

5、援工作得到了较快发展 ,在减少矿山事故人员伤亡和财产损失、促进矿山安全生产方面发挥了重要作用。但在应急救援体系建设、基础理论及关键技术研究、科学管理和先进装备等方面远远满足不了严峻的安全生产形势所提出的迫切要求 ,与发达国家相比也有较大差距。1. 2 国内外研究现状及发展趋势国内应急救援发展现状: 我国的矿山救护队伍从无到有 ,从弱到强 ,逐步发展壮大。至今发展成为具有矿山救护大队 76 支 ,救护中队 449 支 ,救护小82陕西 煤 炭2010年队 1 445支 ,直接从事矿山事故应急救援的人员 14328人的救援队伍 ,遍布全国 27 个省、自治区、直辖市的矿山救护网络。虽然在矿山事故抢

6、险救灾中我国的矿山救援取得了一定成绩 ,但是我国矿山企业救援工作依然存在一些问题: 矿山救援力量不足 ,绝大多数的中小煤矿和全部的非煤矿山企业没有专业救护队 ; 现有的矿山救护队没有形成统一的协调体系 ,既浪费了资源 ,又影响了救灾质量; 救护装备落后、欠帐多、队伍不稳定、通信不畅、应对重大特大灾害的综合能力不足; 我国矿山救援使用的通信设备 ,只能进行语音交流 ,信息量少 ,不可能全面、准确的判断井下的情况。由此 ,直接导致井下救护队员和上级指挥、协调人员之间的信息反馈不畅 , 救援基地和地面指挥中心无法准确掌握灾区真实情况 ,不能对救灾工作做出科学的调度和快速反应 ,致使很多的救援工作受到

7、制约 ,贻误了可能的救援机会 ,甚至引发更大的灾害 ,付出更大的牺牲。目前的救灾工作主要靠一线领导和救护队员承担 ,凭经验进行救援活动的比重还很大 ,灾后总结也以他们为主 ,很难作到集思广益 ,总结经验、改进救灾方法 ,提高救灾效率 ,推而广之 ,严重影响了煤炭行业的科技进步。国外研究发展现状: 世界各国对矿山应急救援工作都很重视 ,美、德、波兰、南非等国的矿山应急救援体系比较健全。如美国在 13个州建有 78支矿山救护队。有以匹兹堡安全与健康技术中心为龙头的技术支持体系 ,还设立了矿山紧急救援队等。救护队的组织形式、装备、培训、救灾程序和经费来源等都以法律法规的形式明文规定。德国建有矿山救护

8、委员会 ,下辖 5个救护总站、54 个救护站和 72 个事故抢险救护站 ,负责矿山及工厂的救护工作。波兰建有三级矿山救援组织 ,设在贝托姆的矿山救护总站 ,既是矿山应急救援的主要力量 ,又是矿山应急救援的技术支持体系的重要组成部分。总站下辖 10个区域性救护分站和 92个救护站 ,共 9 700人。2 Zigbee技术在煤矿应急救援实现2. 1Zigbee技术概述Zigbee是一个由可多到 65 000 个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台 ,十分类似现有的移动通信的 CDMA 网或 GSM 网 , 每一个 Zigbee 网络数传模块类似移动网络的一个基站 ,在整个网络范围内 ,它们之间可

9、以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的 75 m ,到扩展后的几百米 ,甚至几公里;另外整个 Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。Zigbee技术的应用领域主要是针对工业 ,家庭自动化 ,遥测遥控 ,汽车自动化、农业自动化和医疗护理等。表 1为几种无线技术的比较 ,通过几种无线技术的比较 ,可以看出 ,最适合在煤矿环境中用于无线传输的应该是 Zigbee了 , Zigbee使用的网状拓扑结构 ,以及自动路由、动态组网、直序扩频的方式可满足工业自动化控制现场对高可靠的无线数据传输的需要。表 1几种无线技术的比较GPRSW i - FiB luetooth红外ZigBee应

10、用范围WAN、声音与数据W eb、视频、E - mail短距离有线的代替品短距离、点对点监视与控制电池寿命 / d171 51 7-1001000 +通信距离 /m1000 +11001101 - 3175 +优点传输质量好、高速、适应性强低成本、易操作低成本可靠、低功耗、分布地域广低成本、安全2. 2 ZigBee安全监测系统总体设计由器和传感器网络节点组成。路由器负责连接井下安全检测系统主要由地面部分和井下部分组某巷道工作点的数据汇聚并完成与地面数据交互成。地面部分有煤矿安全监测中心 ,负责对整个矿()。根据不同应用需求和传感器节点位置 ,见图 1井所有监测点的数据实时汇聚监测 ,主要设备

11、有监传感器网络节点在网络中可充当网络协调器、簇首控主机、备份主机、VPN 网关等。地方安监局与各和传感器节点 3种角色。网络协调器主要协调各个煤矿安全监测中心通过 Internet VPN 连接 ,实时簇节点数据与各工作面无线路由器 (网关 ) 数据交动态监测煤矿井下瓦斯浓度等数据。井下部分有路换; 簇首节点负责收集该簇内所有节点采集的数第 3期李 磊 米楚明 张少杰 ZigBee无线传输技术在煤矿应急救援中的应用83据 ,并进行数据融合处理 ,然后发送给网络协调器 ;数据采集传感器节点是数据采集模块收集周围环境的数据 ,通过通信路由协议将数据传输簇首节点。图 1 煤矿安全监控结构图2. 3

12、应用 ZigB ee安全监测系统的目的应用 ZigBee 安全监测系统所要达到的目标主要有三个 : 定位 ,主要是对井下工作人员在正常和非正常的情况定位; 采集工作人员的生命特征 ,包括心跳、温度和血压等 ,确定井下工作人员的生命体征; 对现场环境具体情况的采集 ,其中包括温度 , 湿度和空气的各个气体的含量 , 对环境情况做出预判。3 结语本文将煤矿安监系统井下信息采集和传输部分采用 ZigB ee技术 ,其终端是一个无线传感器装置 ,安装在井下工人的工作用具上 , 比如安全帽、工服等 ,随着工人工作的进程实时监控井下作业情况 ,把采集到的数据如温度、瓦斯浓度等及时向地面监控中心报告 ,同时

13、在发生矿难以后能够准确及时的向地面救援中心报告现场的情况 ,以便救援中心作出合理的救援方案。这种模式的无线传感器网络具低能耗、高通信效率和有良好的稳定性 ,非常适合煤矿井下复杂的环境下的通信要求 ,是一种较好的选择。参考文献: 1 杜丽敏. 基于 ZigBee技术的无线传感器网络研究D . 天津:天津工业大学 , 2007. 2 刘亮 ,刘毅 ,刘明举. 2002 2003 年我国煤矿死亡事故统计分析 J . 煤炭科学技术 , 2005, 33( 1) . 3 郑学召. 矿井救援可视化指挥装置研究 D . 西安科技大学 , 2005. 4 Ondrej H , Peter K, Petr F,

14、 et al. On security ofPAN w ire - less system s C . Proc of 6 th International Workshop on Embedded Computer System s( SAMOS 2006 ) . LNCS: Sp ringer - Verlag, 2006,Vol. 4017: 178 - 185. 5 顾瑞红 ,张宏科. 基于 ZigBee的无线网络技术及其应用网络通信世界 J . 2005, 31 - 36. 6 庄哲民 ,李志华 ,刘美轻. 基于 ZigBee 智能网络的建筑火灾预警系统 J . 汕头大学学报 , 2

15、008,( 8) . 7 The research of the community healthcare networkbased on ZigBee technology. Proceedings of the Sev22enth A sian - Pacific Conference on M edical and B io2logical Engineering, 中国重要会议论文全文数据库 , 2008. 8 邵登陆. 基于 GIS的煤矿灾害应急救援管理信息系统研究 J . 金属矿山 , 2008, ( 8) . 9 邱理科. 煤矿井下人员定位系统原理及应用 J .煤矿现代化 , 2

16、007, ( 1) .Applica tion of Z igBee wireless tran sm ission technologyin coa l m ine emergency rescueL I Lei, M I Chu2m ing, ZHANG Shao - jie( S chool of Energy,X ian U n iversity of S cience and Technology,X ian 710054,Ch ina)Abstract: The paper introduced ZigBee w ireless transm ission technology that it is a w ireless data transm ission network p latform com 2 posed of multip le w ireless data transm ission modules. By using ZigBee w ireless transm ission tec