ZigBee技术应用于矿井人员定位系统中的优势分析

摘 要：目前在我国很多规模较大的煤矿中都具有相应的安全监控系统，这虽然能够降低安全事故的发生率，但是依然存在着很多急需解決的问题，这些问题出现的主要原因是现有的安全系统多数停留在安全报警上，并没有实时的精确定位和矿井人员定位系统对井下人员信息登记不完整，当矿山灾害发生的时候无法及时的获取一些可靠的井下人员的基本情况，这在一定程度上影响了救援效率，增加了伤亡率。文章以ZigBee技术为基础与其它无线网络技术进行对比，从而得出此技术应用于井下人员定位系统的优势。

关键词：ZIGBEE；井下人员定位；优势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.137

1 ZigBee和其它无线技术的比较

1.1 ZigBee与当前移动网络的比较

（1）系统花费。连接移动网的时候耗费的资金较多，另外是按照终端数量进行计算。

（2）通信的可靠性。目前存在的移动网大部分针对手机通信进行应用，虽然GPRS技术以及CDMA-1X也能够实现数据通信，但是具体的速率是达不到相关要求的，同时数据通信没有较强的可靠性。ZigBee网络的设计是主要针对数据的传输和控制的，能够有效的保证数据以稳定的状态进行传输，同时可以以覆盖距离为出发点进行设计，能够参考不一样的性能，从而展开设计不一样ZigBee网络节点的相关工作。

（3）兼容性好。ZigBee网络的覆盖区域是有一定限制的，能够实现与互联网、现有的移动网以及其它通信网络的通信，这些网络元素组成了一个体系。ZigBee网络对于一些盲区问题的解决有非常好的效果。

1.2 ZigBee与蓝牙技术的比较

（1）系统复杂性。和蓝牙系统进行比较，ZigBee系统比较的简单，下面是这两个协议栈的相关参考模型：

ZigBee协议栈并不复杂，达成的难度并不高，对于系统内存的消耗也不多，在进行了相关的试验之后，认为在ZigBee网络在使用的时候花费了28Kb左右的系统资源，然后蓝牙协议栈是不简单的，在使用的时候借用了差不多250K的内存，所以和蓝牙相比，ZigBee网络花费更低，如果网络具有大量终端设备的条件下可以进行充分的应用，例如在传感网络以及楼宇自动化方面可以应用。

（2）安全性。两者的安全性都不错，但相比于蓝牙，在灵敏度方面ZigBee比较好，能够有效的控制系统成本。另外一方面蓝牙的工作频率范围和该协议不同，对于蓝牙的工作范围可以使用蓝牙技术的多台设备能够有效的实现无线互联，其中传递数据的速率可以达到约1 Mb/s左右，而且可以快速的接入到互联网之中。

（3）定位功能。在传感器网络、低数据速率的监视以及低功耗方面可以充分应用ZigBee。在一些较高数据速率的场合蓝牙效果较好，例如在进行语音以及数据传输方面。虽然蓝牙技术在很多方面所体现出的潜力比较明显，不过在实际运用的环节之中会出现与Wi-Fi一同使用一个频段的现象，这样的情况一旦发生，就会引发冲突，这也是蓝牙没有得到普及的主要原因之一，无法有效的对位置进行确定[1]。

1.3 ZigBee与RFID的比较

（1）灵活度较好。本文所介绍的有源RFID系统，在对一些长度比较大，距离比较远的物体进行识别的时候，具有较好的效果，需要在固定位置安装读写器，应当严格的按照相应的要求确定RFID卡的方向位置，另外还能够很好的对读写器天线的具体方向进行有效匹配，但是会影响灵活性，导致整个系统所花费的成本提升。

（2）所消耗的能量减少，更安全。必须保证读写器的射频信号是一个无源RFID来进行能源的供给，所以读写器的能量必须保持充沛，只有能量保持充沛才可以使得整个系统的能量损耗有所下降，除此之外会对扩展产生一定的限制。尽管能够通过读写器进行数据的接收，然而当在发射天线上加强发射功率的时候就会增加功耗。

（3）成本优势。标签便宜以及较长的使用寿命是RFID的主要优点，然而如果RFID变成有源的话就会提升价格。ZigBee微功率收发机采用了直序扩频通信方式能够有效的优化用电管理，通过对睡眠唤醒功能的技术上的应用来降低成本和功耗，因此其在无线网络定位领域以及远距离身份识别具有非常大的优势。

（4）抗干扰能力强，保密性好，工作可靠。RFID技术的一个难点是信号碰撞，可以这样理解，读卡器的识别能力有限，当接收到数量较大的信号的时候，难免会出现部分工人检测不到的情况。ZigBee为了避免这种情况，才用到了直列的扩频技术，由于信号获取一定要扩充频率编码进行相应的解除扩宽处理，这样才可以获得相关的信号。，因此就算用相同类型的信号在接受信号的时候展开干扰，但是因为它们所使用的扩频编码不一样，所以不同的扩频编码之间所发生的相关性也会有所差别，干扰就无法发挥它的作用。所以，使用这样的方式就可以将信号之间发生碰撞的问题完美的解决了，就不会出现人员漏检问题。

（5）定位功能。通信距离短是RFID技术的一个主要的缺点，当多人同时通过无线基站的过程中容易出现漏读卡的现象，尽管在煤矿业中应用了有源RFID，但是主要是在考勤方面进行应用，无法实现定位的效果，然而应用ZigBee则可以采用佩戴一些传感器节点的方法解决，将其当做定位的终端设备以及协调器传输位置，经过转换设备的传输作用，利用网络以及相关的线路达成信息传达的目的，这样能够有效的保证定位功能的实现。

2 ZIGBEE技术应用于矿井人员定位系统存在的优势

根据上面的研究可以看出，高度兼容性、扩展性好、成本不高、网络的自我恢复能力较好、灵活性强，使用便利、可靠性高、功耗极低是ZigBee网络的主要优点，对于矿井这种复杂的环境非常适合，其所具有的这些特性其他网络技术达不到[2]。

参考文献：

[1]王小强，欧阳俊，黄宁林.ZIGBEE无线传感器网络设计与实现[M]. 北京：化学工业出版社，2015.

[2]玛林.基于ZigBee的井下人员跟踪定位系统设计与实现[D].大连：大连理工大学，2008.

作者简介：姜川（1981-），男，本科，助理工程师，部门主管。endprint