摘要：傳統(tǒng)的礦業(yè)安全管理方式以人為主要因素，缺乏定量指標(biāo)，準(zhǔn)確性差，越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，本文將短距離通信新秀Zigbee應(yīng)用于礦井安全領(lǐng)域，提出一種定性定量的評(píng)估方式：采用Zigbee將終端傳感器收集的各種參數(shù)傳至坑道上的網(wǎng)關(guān)，再采用有線方式將網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至地面上的中央控制計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，對(duì)礦井安全狀況做出評(píng)估。 該論文發(fā)表于《煤礦安全》2006年第2期第37卷（總第375期），刊號(hào)：ISSN 1003-496X/CN 21-1232/TD 關(guān)鍵詞：礦業(yè)安全 Zigbee The Application of Zigbee in Mining Safety Abstract ： This paper is mainly about the application of Zigbee in mining safety, we use Zigbee to transmit the single of senor, then though the wire line, we use the central computer to prosess these data, and give a result to test the mining field weather safety or not. Keywords: Mining Safety Zigbee 引言 礦山安全管理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它是以環(huán)境、機(jī)械、設(shè)備、產(chǎn)品、原材料以及相關(guān)的人和環(huán)境等綜合系統(tǒng)為管理對(duì)象，最終的目的是保護(hù)人和生產(chǎn)資料的安全。礦山的生產(chǎn)是針對(duì)位于地下的三維空間中的礦體，礦體周圍又有復(fù)雜的地質(zhì)斷層，礦山生產(chǎn)的采煤、掘進(jìn)、通防、機(jī)電、運(yùn)輸五個(gè)大系統(tǒng)就分布在地下空間中，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程受瓦斯、一氧化碳、煤塵、涌水、機(jī)電、頂板、通風(fēng)等因素的威脅，復(fù)雜的環(huán)境條件要求我們隨時(shí)要注意安全．出現(xiàn)異常能快速準(zhǔn)確地定位事故及準(zhǔn)確的采取措施。目前我們傳統(tǒng)的安全管理方式是以人為主要因素，沒(méi)有定位、定量、準(zhǔn)確性差，越來(lái)越不適應(yīng)于生產(chǎn)的發(fā)展，必須采用先進(jìn)的方法和手段才能更好地解決生命安全保障問(wèn)題。我們所希望的未來(lái)礦山安全系統(tǒng)是能夠事先預(yù)測(cè)事故的發(fā)生，掌握事故的規(guī)律，做出定性和定量的評(píng)價(jià)，向有關(guān)人員預(yù)先警告事故的危險(xiǎn)性，將事故的損失降到最低。本文所闡述的應(yīng)用設(shè)想就是對(duì)未來(lái)礦山安全系統(tǒng)的一種探索。 1 Zigbee 相關(guān)技術(shù)介紹 ZigBee是一種新興的短距離，低速率，低功耗，低成本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱作“Home RF Lite”或“Fire Fly”無(wú)線技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)由IEEE 802.15工作組負(fù)責(zé)制訂，Zigbee是IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)在商業(yè)推廣上的名稱。802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍非常貼近生產(chǎn)和生活，對(duì)數(shù)據(jù)速率和Qos的要求不高，目標(biāo)市場(chǎng)是工業(yè)，家庭以及醫(yī)療等需要低功耗低成本以及大面積使用無(wú)線監(jiān)控設(shè)備的領(lǐng)域。其基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。 2.3 工作原理說(shuō)明 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想是用傳感器和Zigbee模塊構(gòu)成簡(jiǎn)單的穿戴式網(wǎng)絡(luò)。 礦工身上佩戴的終端設(shè)備主要由各種傳感器，報(bào)警器以及Zigbee發(fā)射接收模塊組成。傳感器主要由兩部分組成，一部分用于環(huán)境監(jiān)測(cè)：包括瓦斯?jié)舛忍綔y(cè)，一氧化碳濃度探測(cè)，空氣濕度探測(cè)等功能；另一部分用于礦工生命體征的采集：諸如脈搏、血壓、呼吸、體溫等，包括脈搏傳感器，溫度傳感器，狀態(tài)傳感器等。上述各種傳感器對(duì)各種原始信號(hào)進(jìn)行采集后，需要進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這一過(guò)程要經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)放器，A/D轉(zhuǎn)換器，電平比較器，信號(hào)處理器等設(shè)備，轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)Zigbee發(fā)射模塊無(wú)線傳輸至礦井坑道壁上的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 坑道中每隔幾十米架設(shè)固定的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，并用線纜相聯(lián)，用于收集Zigbee無(wú)線信號(hào)，并將收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線方式傳輸?shù)降孛嫔系闹醒肟刂朴?jì)算機(jī)。由于礦井采掘面不斷延伸，有線設(shè)備的架設(shè)不便及時(shí)跟進(jìn)，所以在采掘面附近采用Zigbee無(wú)線中繼設(shè)備將信號(hào)傳輸至相鄰網(wǎng)關(guān)。無(wú)線網(wǎng)關(guān)還需要根據(jù)中央控制機(jī)算計(jì)的指令為建立和啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)這一過(guò)程設(shè)置參數(shù)，其中包括選擇一個(gè)射頻信道、唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符以及一系列操作參數(shù)，以及完成由Zigbee無(wú)線數(shù)據(jù)到有線傳輸數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。 礦工佩戴的終端設(shè)備都擁有一個(gè)64位的IEEE地址，也可以使用16位短地址來(lái)減少數(shù)據(jù)包大小，這樣只要記錄下終端地址就可以很容易確定礦工身份。在發(fā)生礦難時(shí)也很容易根據(jù)網(wǎng)關(guān)最后記錄找到具體礦工的位置，便于營(yíng)救。在無(wú)線傳輸時(shí)的路由選擇在默認(rèn)時(shí)使用樹(shù)形路由選擇，即在做路由選擇策略時(shí)利用樹(shù)形結(jié)構(gòu)選址。有了樹(shù)形路由選擇，設(shè)備不必保存占用龐大內(nèi)存的路由表或進(jìn)行任何額外的空中下載技術(shù)操作來(lái)發(fā)現(xiàn)路徑，因此最小化了網(wǎng)絡(luò)流量，同時(shí)簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低了成本和設(shè)備功耗，一般Zigbee設(shè)備的耗電量極低，發(fā)射功率可以控制在1mW以內(nèi)，兩節(jié)普通的五號(hào)電池可以支持系統(tǒng)終端工作三個(gè)月到一年的時(shí)間，非常適合在工礦企業(yè)大面積裝備。如果采用礦工自身攜帶的照明系統(tǒng)蓄電池供電，終端的續(xù)航能力將大大提高。 網(wǎng)關(guān)收集到的信號(hào)通過(guò)有線方式傳輸?shù)降孛嫔?，有線互聯(lián)采用的具體介質(zhì)以及其中的數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇要根據(jù)具體情況綜合成本等多方面因素具體考慮,有線數(shù)據(jù)通過(guò)接口模塊的格式轉(zhuǎn)換將之變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別處理的數(shù)據(jù)。 中央控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部軟件要完成的任務(wù)主要有：整個(gè)系統(tǒng)的控制，數(shù)據(jù)處理比較以決定是否發(fā)出報(bào)警，礦難發(fā)生時(shí)記錄終端位置以便營(yíng)救，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)備份，且自動(dòng)上傳至政府安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局監(jiān)管系統(tǒng)主機(jī)。對(duì)系統(tǒng)的控制包括控制Zigbee網(wǎng)絡(luò)開(kāi)啟關(guān)閉設(shè)置參數(shù)等。數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)收集的各種參數(shù)與預(yù)先內(nèi)置在系統(tǒng)中正常值進(jìn)行比較，比如對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行對(duì)比以決定是否要切斷電源；對(duì)一氧化碳濃度進(jìn)行對(duì)比以決定是否要人員撤離；對(duì)空氣濕度進(jìn)行對(duì)比以判斷是否有發(fā)生透水事故的可能等。軟件系統(tǒng)中查詢歷史數(shù)據(jù)的功能是必不可少的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)查詢就可以得知在發(fā)生意外時(shí)，各個(gè)終端的具體位置，以及終端佩帶者當(dāng)時(shí)的身體狀況，從而為詳細(xì)制定營(yíng)救方案提供依據(jù)。對(duì)于所有礦井安全管理的數(shù)據(jù)都要自動(dòng)上傳到當(dāng)?shù)貒?guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局的監(jiān)控主機(jī)，便于政府對(duì)礦業(yè)安全的監(jiān)管。中央控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部軟件設(shè)計(jì)具體流程如圖3所示。 3 結(jié)論 Zigbee技術(shù)的引入使我們可以定量定性的對(duì)礦井的安全狀況做出評(píng)估，使減少人為因素在礦業(yè)安全管理上造成的漏洞成為可能。后續(xù)的技術(shù)研發(fā)將進(jìn)一步加強(qiáng)終端的靈敏度探測(cè)范圍以及續(xù)航能力，進(jìn)一步加強(qiáng)無(wú)線傳輸?shù)目煽啃詼?zhǔn)確性，進(jìn)一步擴(kuò)充網(wǎng)關(guān)和中央控制計(jì)算機(jī)的功能，以及加強(qiáng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制能力，使各地國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局能直接控制礦井安全管理，減少私人礦井所有者玩忽職守的可能，以達(dá)到進(jìn)一步提高現(xiàn)有礦井安全管理水平的目的。 參考文獻(xiàn) [1]金純，蔣小宇，羅祖秋，Zigbee與藍(lán)牙的分析與比較[J]，信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2004（6）-17-20 [2]王成鋼，豐申紅，周盛世，地理信息系統(tǒng)在礦山安全監(jiān)測(cè)及管理中的應(yīng)用[J]，煤礦安全，2000（4）-19-22 [3]胡彧，Kjl3礦井監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J],電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,第14卷第5期-7-9 作者簡(jiǎn)介 金純（Jinchun）：男，39歲，留美博士，歸國(guó)創(chuàng)辦重慶金甌科技，主要從事短距離通信技術(shù)研發(fā)，擔(dān)任重慶郵電學(xué)院研究生導(dǎo)師。 齊巖松（Qi yansong）：男，25歲,重慶郵電學(xué)院通信與信息系統(tǒng)專業(yè)碩士研究生，研究方向個(gè)人通信。 項(xiàng)目介紹：本文受到國(guó)家自然科學(xué)基金“基于無(wú)線通信的可穿戴式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目支持