基于 JAVA的煤矿井下人员定位系统设计

刘延岭

(承德石油高等专科学校,河北承德 067000)

基于 JAVA的煤矿井下人员定位系统设计

刘延岭

(承德石油高等专科学校,河北承德 067000)

针对煤矿安全事故频繁发生,井下人员营救困难等问题,提出了人员定位系统的解决方案。人员定位系统包括上位机管理和下位机信号定位两部分,上位机与下位机的通讯采用蓝牙无线通讯技术;下位机采用目前广泛应用的 ZigBee技术。系统的设计主要采用 JAVA语言实现上位机管理和上位机与下位机之间的通信,同时提出了井下人员定位系统软件以及无线通信技术的发展方向。

JAVA语言;人员定位;系统设计;蓝牙通讯

在煤矿事故中被困人员不能及时与营救人员实时通信、难以进行人员的精确定位。因此,高效地开展抢险救灾、救护工作,解决煤矿井下人员精确、简单定位成为救护亟待解决的课题之一。

煤矿井下人员定位系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术综合的管理系统,是通过对坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理,实现对静态人员和动态人员的自动识别,从而实现目标的自动化管理。

1 基本原理

1.1 井下人员定位系统工作原理

应用射频识别技术及计算机通讯技术,在井上调度室设置中心控制计算机系统,在井下相关位置布置人员读卡分站。井下人员、设备等目标携带标识卡,系统通过读卡分站与标识卡之间的无线通讯,实现对被识别对象的目标定位和无线寻呼,从而为生产指挥调度、安全监测检查、区域禁入控制、紧急事件处理等工作提供有效手段。同时通过管理系统将有关数据传至各级管理部门,为各级领导监督指挥决策提供重要依据。

1.2 三边测距定位原理

在三维空间中,通过 1个标签到 3个读头的距离来确定该点的坐标。三边测距法是：当得到未知节点到一个确定节点的距离时,就可以确定此未知节点在此已知节点为圆心、以距离为半径的圆上;得到未知节点到 3个已知节点的距离时,3个圆的焦点就是在系统中的准确定位位置。但实际常常不交于一点,而是一个区域,如图 1(b)所示。这时就用三角测量法来确定未知节点的位置。

三角测量法原理如图 1(c)所示,图中节点D相对于节点 A,B,C的角度分别为：∠ADB,∠BDC和∠ADC,先确定各圆圆心坐标和半径,最后利用三边测量法确定D点的坐标。

1.3 下位机介绍

井下人员定位系统具有实时接收监视矿工随身携带的卡片位置情况,并由远距离传输模块将卡片位置信息传输给主机系统供管理部门查询矿工人员方位情况等功能。

下位机设计采用 16位超低功耗单片机MSP430F14X为核心 ,卡片采用MSP430F2012为核心,结合低功耗 CC2500无线传感器实现。下位机设计的单片机或者芯片已经非常成熟,因此,此系统的设计采用 JAVA语言实现上位机管理、上位机和下位机实时通信即可。

图1 三边测距定位原理

2 系统构建与功能描述

2.1 需求分析

依据国家安全生产监督管理总局的《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》、《煤矿井下人员定位管理系统使用与管理规范》及最近新颁布的《煤矿安全生产监控系统新标准》等标准和制度,定位和识别基站安设在如下地点：井下所有采煤工作面、所有掘进工作面、主要巷道交岔口处、主要风道和井底车场、主要作业地点。井下定位识别基站的布设地点和数量,在调研过程中由矿井工程负责和相关部门协助提供。

2.2 系统设计

(1)人员的选择和跟踪功能 系统实现对井下矿工的分布情况、分布区域实时监测,实时监测全矿井井下矿工总数、采煤工作面矿工总数、掘进工作面矿工总数、其他区域矿工总数等信息,并能够对井下人员行进路线进行跟踪记录,生成历史行进轨迹,如图 2所示。

(2)井下人员管理监测功能 系统图文并茂地提供动态 GIS地图,提供丰富的人机对话功能,具有 GIS地理信息管理功能、丰富的地图功能。同时还可以通过鼠标放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动的地图等功能。

(3)人员定位功能 系统实现快速查询井下灾前各时段全部人员的准确位置和状态,掌握被困人员的准确位置,为抢险救灾指挥部输出搜救路线图、系统总平面图,极大提高应急救援工作的效率,如图 3所示。

采用模拟图形或颜色、数据标识井下人员的不同工种的状态和分布情况,比如市局级领导用红色,煤矿领导用黄色,队长用蓝色,重要岗位用橙色,其他人员用黑色,标识出不同岗位人员入井历史轨迹。

图2 井下人员分布跟踪信息

3 数据库系统设计

人员定位系统的关键部分是人员信息管理和定位查询,当计算机通过无线网络接收到人员的身份码后,系统首先检索人员信息表,将对应的信息作为一条记录添加到定位信息表中,并完成数据信息的显示、数据的统一管理,便于对员工跟踪查询。由于数据在瞬间实时采集更新,数据信息量较大,所以采用大型数据库 Oracle存储管理,同时引入 数据仓库技术,使数据组织与管理更加规范和统一。系统数据库中各种表的功能见表 1。

图3 分站员工详细定位分布

表1 系统数据库各表功能介绍

4 JAVA语言实现上位机和下位机的通信

系统设计的难点是 JAVA语言与下位机定位系统通信的实现。由于是远程数据读取,可以采用GPRS或者无线蓝牙技术实现。本系统采用 GPRS技术实现,数据采集主要分为如何使 GPRS模块登录自己的数据中心、系统如何与下位机的 GPRS模块通讯两部分。GPRS模块登陆网络与数据接收都采用事件驱动,只要满足触发事件的条件,此事件就会启动,GPRS控件的这两个事件触发条件是,只要有新 GPRS模块连接到网络上,就触发 GPRS模块登录网络事件,如果有其他通讯数据,就触发数据接收事件,所以用户关心的终端上传的数据在何处存放的问题就解决了,数据就在事件的参数中,实现了数据远程读取及传输。实现接口通信的核心代码如下所示：

Local Device local Device =LocalDevice.getLocal-Device();//远程设备注册

discoveryAgent= local Device.getDiscoveryAgent();

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

discovery Agent.startInquiry (Discovery Agent.GI AC,this);//搜索远程设备

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

devices List.append(((RemoteDevice)remoteDevices.element At(i)).getFriendlyName(true)bt_logo);//获取远程设备数据

5 结束语

本文对煤矿井下人员定位上位机系统进行了基于浏览器/服务器 (B/S)的应用体系结构设计。采用当前主流技术 JAVA语言作为开发平台,使用Oracle数据库作为数据存储,极大地满足了实时掌握煤矿入井人员的动态分布及安全管理的需要。通过试运行,达到了预期的效果。同时随着功能的进一步完善,可以扩展井下监控和员工考勤等功能。随着无线网络的发展,手机定位逐渐成为煤矿井下定位系统的主流,W IFI手机通讯技术和 MESH网络将进一步应用到人员定位系统,使定位系统更有效地服务煤矿安全生产。

[1]朱战立,等 .Java程序设计使用教程 [M].北京：电子工业出版社,2004.

[2]刘西青 .煤矿井下人员定位系统的现状和发展 [J].江西煤炭科技,2008(2).

[3]于 洋,等 .基于 Zigbee技术的井下人员定位系统的设计[J].煤矿机械,2009(12).

[4]徐加伟,等 .浅谈煤矿井下人员定位系统 [J].煤矿开采,2009,14(4)：72-73.

[5]张永红 .煤矿安全检测监控系统选型分析 [J].煤矿开采,2005,10(2)：77-78.

[责任编辑：张银亮 ]

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

河北省科技攻关课题 (4213571)

刘延龄 (1979-),男,河北唐山人,讲师,从事计算机软件开发及算法设计研究。