1、引言

　　近年來(lái)，隨著對(duì)煤炭需求的高速增長(zhǎng)，煤炭工業(yè)也得到很大發(fā)展，但是煤礦重大、特大事故時(shí)有發(fā)生，仍未實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害事故的有效控制。事故發(fā)生后，準(zhǔn)確判定井下生產(chǎn)作業(yè)人員的受困位置、遇險(xiǎn)人員撤退路線、井下的環(huán)境監(jiān)測(cè)情況以及及時(shí)準(zhǔn)確地制定救援方案，這對(duì)事故的救援是十分重要的，也是十分緊迫的任務(wù)。煤礦井下救援系統(tǒng)及其分系統(tǒng)一基于ZigBee技術(shù)的井下人員無(wú)線定位系統(tǒng)，就是在此背景下進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)的。

　　目前，礦井無(wú)線通信技術(shù)主要有透地通信技術(shù)、中遠(yuǎn)距離射頻感應(yīng)通信技術(shù)、漏泄通信技術(shù)以及礦井移動(dòng)通信技術(shù)等。上述技術(shù)有的成木較高，有的功耗相對(duì)較大，還有的抗干擾能力相對(duì)較差等一些不足，在很大程度上阻礙了在礦業(yè)行業(yè)推廣應(yīng)用。木文提出了一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的煤礦井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)成功解決上述問(wèn)題。

　　2、煤礦井下救援系統(tǒng)的功能與關(guān)鍵技術(shù)

　　統(tǒng)計(jì)分析表明，全國(guó)煤礦瓦斯事故數(shù)占事故總數(shù)大約70%。因此木煤礦井下救援系統(tǒng)側(cè)重于瓦斯事故的救援管理，本系統(tǒng)的主要功能有:煤礦井下瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理;對(duì)出現(xiàn)的瓦斯事故進(jìn)行預(yù)警和救援支持;將包括瓦斯傳感器和井下作業(yè)人員等多種屬性數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示在電子地圖以及有關(guān)消息的網(wǎng)上發(fā)布等。煤礦井下救援系統(tǒng)的建設(shè)有利于安全監(jiān)察部門(mén)和行業(yè)管理部門(mén)及政府其它部門(mén)、中介機(jī)構(gòu)、輿論媒體協(xié)同工作，有利于實(shí)時(shí)的發(fā)現(xiàn)重大事故隱患、動(dòng)態(tài)排查隱患，跟蹤安全整改，將隱患處理于事故發(fā)生之前，從而最大限度地避免事故的發(fā)生，形成預(yù)警體系。

　　2.1GIS

　　地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystansGIS)，是信息系統(tǒng)的一種，它以表征地球表層空間地理現(xiàn)象和事物的地理空間數(shù)據(jù)和信息為特定的運(yùn)作對(duì)象國(guó)。換言之，地理信息系統(tǒng)是對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理加工提取有用的地理空間信息乃至知識(shí)的系統(tǒng)?？偲饋?lái)說(shuō)地理信息系統(tǒng)主要包括的功能有，例如，地理空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、操作、管理、分析、建立分析模型。本文所采用的GIS技術(shù)，將地球表層空間數(shù)據(jù)延伸到地球表層以下，用于井下巷道圖、設(shè)備分布圖，瓦斯傳感器分布圖、瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人員動(dòng)態(tài)信息等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理。

　　2.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于4G第四代無(wú)線通信技術(shù)，3A自適應(yīng)天線陣，及分布式網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)，融合了傳統(tǒng)傳感與監(jiān)測(cè)技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（如WLAN和蜂窩移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò))有著不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，后者在高度移動(dòng)的環(huán)境中通過(guò)優(yōu)化路由和資源管理策略最大化帶寬的利用率，同時(shí)為用戶(hù)提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證團(tuán)。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外，大部分節(jié)點(diǎn)都是靜正的。其中的設(shè)備體積小、能耗低，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳播信息，因此對(duì)比傳統(tǒng)的傳感器而言，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。由這些微小的智能傳感設(shè)備所組成的網(wǎng)絡(luò)，不但能取代傳統(tǒng)的傳感設(shè)備，還能完成許多傳統(tǒng)控制，監(jiān)視設(shè)備所做不到的任務(wù)。從國(guó)外已成熟的應(yīng)用來(lái)看，在環(huán)境、軍事、水利電力、醫(yī)療、樓宇監(jiān)測(cè)、交通和制造以及礦業(yè)井下作業(yè)等許多領(lǐng)域里，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)都有極大的應(yīng)用價(jià)值。

　典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)撇日?qǐng)D1所示。該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由眾多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間采用無(wú)線通信。節(jié)點(diǎn)包括普通節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集和多跳中繼傳輸，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)完成無(wú)線和有線信號(hào)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接入。節(jié)點(diǎn)以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多跳中繼方式將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳到sink節(jié)點(diǎn)，最終借助長(zhǎng)距離或臨時(shí)建立的鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程中心進(jìn)行集中處理。