劉延嶺

(承德石油高等專科學(xué)校,河北承德 067000)

基于 JAVA的煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉延嶺

(承德石油高等?？茖W(xué)校,河北承德 067000)

針對煤礦安全事故頻繁發(fā)生,井下人員營救困難等問題,提出了人員定位系統(tǒng)的解決方案。人員定位系統(tǒng)包括上位機(jī)管理和下位機(jī)信號(hào)定位兩部分,上位機(jī)與下位機(jī)的通訊采用藍(lán)牙無線通訊技術(shù);下位機(jī)采用目前廣泛應(yīng)用的 ZigBee技術(shù)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用 JAVA語言實(shí)現(xiàn)上位機(jī)管理和上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信,同時(shí)提出了井下人員定位系統(tǒng)軟件以及無線通信技術(shù)的發(fā)展方向。

JAVA語言;人員定位;系統(tǒng)設(shè)計(jì);藍(lán)牙通訊

在煤礦事故中被困人員不能及時(shí)與營救人員實(shí)時(shí)通信、難以進(jìn)行人員的精確定位。因此,高效地開展搶險(xiǎn)救災(zāi)、救護(hù)工作,解決煤礦井下人員精確、簡單定位成為救護(hù)亟待解決的課題之一。

煤礦井下人員定位系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)軟硬件、信息采集處理、無線數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、自動(dòng)控制等技術(shù)綜合的管理系統(tǒng),是通過對坑道遠(yuǎn)距離移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行非接觸式信息采集處理,實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)人員和動(dòng)態(tài)人員的自動(dòng)識(shí)別,從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。

1 基本原理

1.1 井下人員定位系統(tǒng)工作原理

應(yīng)用射頻識(shí)別技術(shù)及計(jì)算機(jī)通訊技術(shù),在井上調(diào)度室設(shè)置中心控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在井下相關(guān)位置布置人員讀卡分站。井下人員、設(shè)備等目標(biāo)攜帶標(biāo)識(shí)卡,系統(tǒng)通過讀卡分站與標(biāo)識(shí)卡之間的無線通訊,實(shí)現(xiàn)對被識(shí)別對象的目標(biāo)定位和無線尋呼,從而為生產(chǎn)指揮調(diào)度、安全監(jiān)測檢查、區(qū)域禁入控制、緊急事件處理等工作提供有效手段。同時(shí)通過管理系統(tǒng)將有關(guān)數(shù)據(jù)傳至各級(jí)管理部門,為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督指揮決策提供重要依據(jù)。

1.2 三邊測距定位原理

在三維空間中,通過 1個(gè)標(biāo)簽到 3個(gè)讀頭的距離來確定該點(diǎn)的坐標(biāo)。三邊測距法是：當(dāng)?shù)玫轿粗?jié)點(diǎn)到一個(gè)確定節(jié)點(diǎn)的距離時(shí),就可以確定此未知節(jié)點(diǎn)在此已知節(jié)點(diǎn)為圓心、以距離為半徑的圓上;得到未知節(jié)點(diǎn)到 3個(gè)已知節(jié)點(diǎn)的距離時(shí),3個(gè)圓的焦點(diǎn)就是在系統(tǒng)中的準(zhǔn)確定位位置。但實(shí)際常常不交于一點(diǎn),而是一個(gè)區(qū)域,如圖 1(b)所示。這時(shí)就用三角測量法來確定未知節(jié)點(diǎn)的位置。

三角測量法原理如圖 1(c)所示,圖中節(jié)點(diǎn)D相對于節(jié)點(diǎn) A,B,C的角度分別為：∠ADB,∠BDC和∠ADC,先確定各圓圓心坐標(biāo)和半徑,最后利用三邊測量法確定D點(diǎn)的坐標(biāo)。

1.3 下位機(jī)介紹

井下人員定位系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)接收監(jiān)視礦工隨身攜帶的卡片位置情況,并由遠(yuǎn)距離傳輸模塊將卡片位置信息傳輸給主機(jī)系統(tǒng)供管理部門查詢礦工人員方位情況等功能。

下位機(jī)設(shè)計(jì)采用 16位超低功耗單片機(jī)MSP430F14X為核心 ,卡片采用MSP430F2012為核心,結(jié)合低功耗 CC2500無線傳感器實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)設(shè)計(jì)的單片機(jī)或者芯片已經(jīng)非常成熟,因此,此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用 JAVA語言實(shí)現(xiàn)上位機(jī)管理、上位機(jī)和下位機(jī)實(shí)時(shí)通信即可。

圖1 三邊測距定位原理

2 系統(tǒng)構(gòu)建與功能描述

2.1 需求分析

依據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局的《煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術(shù)條件》、《煤礦井下人員定位管理系統(tǒng)使用與管理規(guī)范》及最近新頒布的《煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)和制度,定位和識(shí)別基站安設(shè)在如下地點(diǎn)：井下所有采煤工作面、所有掘進(jìn)工作面、主要巷道交岔口處、主要風(fēng)道和井底車場、主要作業(yè)地點(diǎn)。井下定位識(shí)別基站的布設(shè)地點(diǎn)和數(shù)量,在調(diào)研過程中由礦井工程負(fù)責(zé)和相關(guān)部門協(xié)助提供。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)人員的選擇和跟蹤功能 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對井下礦工的分布情況、分布區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測,實(shí)時(shí)監(jiān)測全礦井井下礦工總數(shù)、采煤工作面礦工總數(shù)、掘進(jìn)工作面礦工總數(shù)、其他區(qū)域礦工總數(shù)等信息,并能夠?qū)氯藛T行進(jìn)路線進(jìn)行跟蹤記錄,生成歷史行進(jìn)軌跡,如圖 2所示。

(2)井下人員管理監(jiān)測功能 系統(tǒng)圖文并茂地提供動(dòng)態(tài) GIS地圖,提供豐富的人機(jī)對話功能,具有 GIS地理信息管理功能、豐富的地圖功能。同時(shí)還可以通過鼠標(biāo)放大、縮小、移動(dòng)、標(biāo)尺測距、視野控制、中心移動(dòng)的地圖等功能。

(3)人員定位功能 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速查詢井下災(zāi)前各時(shí)段全部人員的準(zhǔn)確位置和狀態(tài),掌握被困人員的準(zhǔn)確位置,為搶險(xiǎn)救災(zāi)指揮部輸出搜救路線圖、系統(tǒng)總平面圖,極大提高應(yīng)急救援工作的效率,如圖 3所示。

采用模擬圖形或顏色、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)井下人員的不同工種的狀態(tài)和分布情況,比如市局級(jí)領(lǐng)導(dǎo)用紅色,煤礦領(lǐng)導(dǎo)用黃色,隊(duì)長用藍(lán)色,重要崗位用橙色,其他人員用黑色,標(biāo)識(shí)出不同崗位人員入井歷史軌跡。

圖2 井下人員分布跟蹤信息

3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

人員定位系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是人員信息管理和定位查詢,當(dāng)計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)接收到人員的身份碼后,系統(tǒng)首先檢索人員信息表,將對應(yīng)的信息作為一條記錄添加到定位信息表中,并完成數(shù)據(jù)信息的顯示、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,便于對員工跟蹤查詢。由于數(shù)據(jù)在瞬間實(shí)時(shí)采集更新,數(shù)據(jù)信息量較大,所以采用大型數(shù)據(jù)庫 Oracle存儲(chǔ)管理,同時(shí)引入 數(shù)據(jù)倉庫技術(shù),使數(shù)據(jù)組織與管理更加規(guī)范和統(tǒng)一。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中各種表的功能見表 1。

圖3 分站員工詳細(xì)定位分布

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫各表功能介紹

4 JAVA語言實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是 JAVA語言與下位機(jī)定位系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)。由于是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取,可以采用GPRS或者無線藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用 GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)采集主要分為如何使 GPRS模塊登錄自己的數(shù)據(jù)中心、系統(tǒng)如何與下位機(jī)的 GPRS模塊通訊兩部分。GPRS模塊登陸網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)接收都采用事件驅(qū)動(dòng),只要滿足觸發(fā)事件的條件,此事件就會(huì)啟動(dòng),GPRS控件的這兩個(gè)事件觸發(fā)條件是,只要有新 GPRS模塊連接到網(wǎng)絡(luò)上,就觸發(fā) GPRS模塊登錄網(wǎng)絡(luò)事件,如果有其他通訊數(shù)據(jù),就觸發(fā)數(shù)據(jù)接收事件,所以用戶關(guān)心的終端上傳的數(shù)據(jù)在何處存放的問題就解決了,數(shù)據(jù)就在事件的參數(shù)中,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取及傳輸。實(shí)現(xiàn)接口通信的核心代碼如下所示：

Local Device local Device =LocalDevice.getLocal-Device();//遠(yuǎn)程設(shè)備注冊

discoveryAgent= local Device.getDiscoveryAgent();

discoveryFor m.append ("Searching for GPRS devices in the vicinity... ");

discovery Agent.startInquiry (Discovery Agent.GI AC,this);//搜索遠(yuǎn)程設(shè)備

discoveryForm.append ("found：" + remoteDevice.getBluetoothAddress());

devices List.append(((RemoteDevice)remoteDevices.element At(i)).getFriendlyName(true)bt_logo);//獲取遠(yuǎn)程設(shè)備數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

本文對煤礦井下人員定位上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了基于瀏覽器/服務(wù)器 (B/S)的應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用當(dāng)前主流技術(shù) JAVA語言作為開發(fā)平臺(tái),使用Oracle數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ),極大地滿足了實(shí)時(shí)掌握煤礦入井人員的動(dòng)態(tài)分布及安全管理的需要。通過試運(yùn)行,達(dá)到了預(yù)期的效果。同時(shí)隨著功能的進(jìn)一步完善,可以擴(kuò)展井下監(jiān)控和員工考勤等功能。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,手機(jī)定位逐漸成為煤礦井下定位系統(tǒng)的主流,W IFI手機(jī)通訊技術(shù)和 MESH網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步應(yīng)用到人員定位系統(tǒng),使定位系統(tǒng)更有效地服務(wù)煤礦安全生產(chǎn)。

[1]朱戰(zhàn)立,等 .Java程序設(shè)計(jì)使用教程 [M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.

[2]劉西青 .煤礦井下人員定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 [J].江西煤炭科技,2008(2).

[3]于 洋,等 .基于 Zigbee技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2009(12).

[4]徐加偉,等 .淺談煤礦井下人員定位系統(tǒng) [J].煤礦開采,2009,14(4)：72-73.

[5]張永紅 .煤礦安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)選型分析 [J].煤礦開采,2005,10(2)：77-78.

[責(zé)任編輯：張銀亮 ]

Design of Location System for Underground Person Based on JAVA

LIU Yan-ling
(Chengde Petrol College,Chengde 067000,China)

In order to solve the problems of frequent safety disasters and difficult person location,a resolvent of person location system was put forward.The system included two parts：upper machine management and location of lower machine signal.The communication of upper and lower machines applied Blue tooth wireless communication technology and lower machine applied wide-used ZigBee technology.System design mainly applied JAVA to managing upper machine and communicating with lower machine.Development tendency of underground person location software and wireless communication technology was put forward as well.

JAVA language;person location;system design;Blue tooth communication

TD676

A

1006-6225(2011)01-0087-03

2010-08-02

河北省科技攻關(guān)課題 (4213571)

劉延齡 (1979-),男,河北唐山人,講師,從事計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)及算法設(shè)計(jì)研究。