基于WIFI的井下人员定位系统的研究

徐云苑

【摘 要】本文设计了一种基于WiFi技术的井下人员定位系统。针对井下工作的安全性，提高人员定位精度，确保事故发生后救援工作的有效进行，通过比较几种主流无线定位技术，选用传输距离远、定位准的WiFi技术进行井下信号传输。

【关键词】井下；定位；WiFi

0 前言

我国每年都要投入大量的资金在作为支柱性资源的煤炭行业中，用于防治矿难，可井下的特殊环境使得开采工作仍具有危险性。当井下发生危险时，能及时准确掌握井下人员的位置，对其进行救助，是极其重要的。近几年，无线定位技术飞速发展，为煤矿井下的信息交流和矿井安全问题提供了多种方法。WiFi技术传输速率快、可靠性高，常用于井下通信，本文也采用WiFi技术开发了一款井下人员定位系统。

1 WiFi定位技术

WiFi（Wireless Fidelity）是一种利用IEEE规格为802.11a/b/g进行定位的无线通信技术，工作在全球免牌照的2.4GHz频段上。WiFi技术传输信号时，传输速率会根据周围环境的情况进行相应的调整，起到了保障了网络的可靠性和稳定性的作用。WiFi技术主要具有以下几个优点：

（1）覆盖范围广。在开阔的区域，WiFi信号的覆盖范围在300米左右；在较为封闭的场景，WiFi信号覆盖范围最大能达到100米左右。

（2）组网方便。WiFi网络的构建不需要铺设电缆，方便和现有的有线以太网整合到一起。IEEE802.11标准定义了两种基本组网模式：ad hoc自组网模式和inFrastructure模式。

（3）工作效率高。WiFi技术在对数据进行交换和分组是采用的是TCP/IP协议，在网络上工作效率高。

相较于正在发展的几种用于井下人员定位系统的无线通信技术如ZigBee、UWB等，在实时性、准确性和传输质量上都很占优势。表1中也呈现出较为常用的几种无线通信技术属性对比，清晰的显示出WiFi技术与其他技术的不同之处。随着WiFi技术的不断发展，基于WiFi的井下人员定位系统也会成为发展趋势。

表1 4种无线网络技术比较

2 系统结构组成

基于WiFi的井下人员定位系统由地上监管部分和井下部分构成。人员位置信息获取和传输都通过WiFi技术进行。根据井下特点，巷道内每隔100m安放一个WiFi基站，拐角和特殊位置均放置一个WiFi基站，确保井下无WiFi覆盖盲点。地上监控管理部分通过询问方式能够实时获取井下人员位置信息、查询当前井下人员分布、固定人员的行动轨迹、下井人员考勤管理、遇险求救等内容，并以图形化和数据化的形式反映于上位机。定位系统整体结构如图1所示。

3 系统工作原理

井下每个工作人员携带WiFi标签或WiFi手机，WiFi定位标签每隔一定时间向AP主动发射信号，发射周期可由用户根据实际需要自行设置。系统定位的方式主要分为离线训练和在线匹配2个阶段。在离线阶段（Off-line），先针对定位环境的训练点进行信号强度检测，建立所有序列点的信号强度数据库。在线阶段（On-line），测量目标点到圈定基站（BS）的信号强度，根据信号指纹识别定位算法，与离线阶段所建立的信号数据库进行相似性匹配，进而判断出该目标点位置。为提高定位精度，可通过信号强度值与匹配点各信号强度值逼近修正位置值。

4 结论

本文研究将WiFi技术应用于煤矿井下人员定位系统中，实现井下监控范围内区域的信息传输，实现井上井下信息的互动，达到了预期定位精度目标。本技术可有效克服煤矿地形复杂和通讯的干扰，可实时掌握井下人员的位置分布，为发生矿井灾害情况下的紧急救援提供便利，提高煤矿安全管理能力与水平。但是，此款定位系统数据信息较多，运算速度欠佳，因此，在下一步的研究中应对数据处理进行优化。

【参考文献】

[1]姜丽.基于WIFI室内定位关键技术的研究[D].大连：大连理工大学，2010.

[2]张军.基于WiFi技术的矿井无线救灾通讯系统研究[J].矿业安全与环保，2009，36（S1）：11-13.

[3]颜丙磊，徐钊，等.基于低功耗表示卡的井下人员定位系统的设计[J].工矿自动化，2009（3）：43-45.

[4]雷地球，罗海勇，刘晓明.一种基于WIFI的室内定位系统设计与实现[C]//第六届和谐人机环境联合学术会议，2010：295-300.

[责任编辑：王楠]