徐云苑

【摘 要】本文設計了一種基于WiFi技術的井下人員定位系統(tǒng)。針對井下工作的安全性，提高人員定位精度，確保事故發(fā)生后救援工作的有效進行，通過比較幾種主流無線定位技術，選用傳輸距離遠、定位準的WiFi技術進行井下信號傳輸。

【關鍵詞】井下；定位；WiFi

0 前言

我國每年都要投入大量的資金在作為支柱性資源的煤炭行業(yè)中，用于防治礦難，可井下的特殊環(huán)境使得開采工作仍具有危險性。當井下發(fā)生危險時，能及時準確掌握井下人員的位置，對其進行救助，是極其重要的。近幾年，無線定位技術飛速發(fā)展，為煤礦井下的信息交流和礦井安全問題提供了多種方法。WiFi技術傳輸速率快、可靠性高，常用于井下通信，本文也采用WiFi技術開發(fā)了一款井下人員定位系統(tǒng)。

1 WiFi定位技術

WiFi（Wireless Fidelity）是一種利用IEEE規(guī)格為802.11a/b/g進行定位的無線通信技術，工作在全球免牌照的2.4GHz頻段上。WiFi技術傳輸信號時，傳輸速率會根據(jù)周圍環(huán)境的情況進行相應的調(diào)整，起到了保障了網(wǎng)絡的可靠性和穩(wěn)定性的作用。WiFi技術主要具有以下幾個優(yōu)點：

（1）覆蓋范圍廣。在開闊的區(qū)域，WiFi信號的覆蓋范圍在300米左右；在較為封閉的場景，WiFi信號覆蓋范圍最大能達到100米左右。

（2）組網(wǎng)方便。WiFi網(wǎng)絡的構建不需要鋪設電纜，方便和現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)整合到一起。IEEE802.11標準定義了兩種基本組網(wǎng)模式：ad hoc自組網(wǎng)模式和inFrastructure模式。

（3）工作效率高。WiFi技術在對數(shù)據(jù)進行交換和分組是采用的是TCP/IP協(xié)議，在網(wǎng)絡上工作效率高。

相較于正在發(fā)展的幾種用于井下人員定位系統(tǒng)的無線通信技術如ZigBee、UWB等，在實時性、準確性和傳輸質(zhì)量上都很占優(yōu)勢。表1中也呈現(xiàn)出較為常用的幾種無線通信技術屬性對比，清晰的顯示出WiFi技術與其他技術的不同之處。隨著WiFi技術的不斷發(fā)展，基于WiFi的井下人員定位系統(tǒng)也會成為發(fā)展趨勢。

表1 4種無線網(wǎng)絡技術比較

2 系統(tǒng)結構組成

基于WiFi的井下人員定位系統(tǒng)由地上監(jiān)管部分和井下部分構成。人員位置信息獲取和傳輸都通過WiFi技術進行。根據(jù)井下特點，巷道內(nèi)每隔100m安放一個WiFi基站，拐角和特殊位置均放置一個WiFi基站，確保井下無WiFi覆蓋盲點。地上監(jiān)控管理部分通過詢問方式能夠?qū)崟r獲取井下人員位置信息、查詢當前井下人員分布、固定人員的行動軌跡、下井人員考勤管理、遇險求救等內(nèi)容，并以圖形化和數(shù)據(jù)化的形式反映于上位機。定位系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

3 系統(tǒng)工作原理

井下每個工作人員攜帶WiFi標簽或WiFi手機，WiFi定位標簽每隔一定時間向AP主動發(fā)射信號，發(fā)射周期可由用戶根據(jù)實際需要自行設置。系統(tǒng)定位的方式主要分為離線訓練和在線匹配2個階段。在離線階段（Off-line），先針對定位環(huán)境的訓練點進行信號強度檢測，建立所有序列點的信號強度數(shù)據(jù)庫。在線階段（On-line），測量目標點到圈定基站（BS）的信號強度，根據(jù)信號指紋識別定位算法，與離線階段所建立的信號數(shù)據(jù)庫進行相似性匹配，進而判斷出該目標點位置。為提高定位精度，可通過信號強度值與匹配點各信號強度值逼近修正位置值。

4 結論

本文研究將WiFi技術應用于煤礦井下人員定位系統(tǒng)中，實現(xiàn)井下監(jiān)控范圍內(nèi)區(qū)域的信息傳輸，實現(xiàn)井上井下信息的互動，達到了預期定位精度目標。本技術可有效克服煤礦地形復雜和通訊的干擾，可實時掌握井下人員的位置分布，為發(fā)生礦井災害情況下的緊急救援提供便利，提高煤礦安全管理能力與水平。但是，此款定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息較多，運算速度欠佳，因此，在下一步的研究中應對數(shù)據(jù)處理進行優(yōu)化。

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[責任編輯：王楠]