一、引言

    近年來，隨著對煤炭需求的高速增長，煤炭工業也得到很大發展，但是煤礦重大、特大事故時有發生，仍未實現對災害事故的有效控制。事故發生后，準確判定井下生產作業人員的受困位置、遇險人員撤退路線、井下的環境監測情況以及及時準確地制定救援方案，這對事故的救援是十分重要的。北京威控科技煤礦井下救援系統一基于ZigBee技術的井下人員無線定位系統，就是在此背景下進行研究與開發的。

    二、ZigBee技術

    ZigBee是一種采用成熟無線通訊技術的全球統一標準的開放的無線傳感器網絡。ZigBee最顯著的技術特點是它的低功耗和低成本，由于采用較低的數據傳輸率，較低的工作頻段和容量更小的Stack并且將設備的ZigBee模塊在未使用的情況下進入休眠狀態從整體上降低其功耗，而且相對于其他無線傳輸方式，采用無線ZigBee技術不收取任何費用。低功耗、低成本是ZigBee技術的優勢，而這些恰好適用于煤礦井下巷道多曲折、多風門等結構特點，電源供電限制嚴格、煤炭行業資金短缺等特點。盡管它有著較低數據傳輸率，但是這一傳輸速度仍能夠滿足井下人員定位系統的需求。

    三、ZigBee無線傳感器網絡

    無線傳感器網絡是基于4G第四代無線通信技術，3A自適應天線陣，及分布式網格計算技術，融合了傳統傳感與監測技術的下一代網絡（NGN）。在無線傳感器網絡中，除了少數節點需要移動以外，大部分節點都是靜正的。其中的設備體積小、能耗低，并通過無線網絡傳播信息，因此相對傳統的傳感器而言，具有無可比擬的優勢。由這些微小的智能傳感設備所組成的網絡，不但能取代傳統的傳感設備，還能完成許多傳統控制，監視設備所做不到的任務。從國外已成熟的應用來看，在環境、軍事、水利電力、醫療、樓宇監測、交通和制造以及礦業井下作業等許多領域里，無線傳感器網絡都有極大的應用價值。

    四、基于ZigBee技術的井下人員定位系統

    結合煤礦井下生產作業的特殊性和要求，采用基于Z igBee的無線傳感器網絡技術實現巷道內人員定位。井下人員佩帶系統的ZigBee定位模塊，此模塊定時發出存在信息，由分布于巷道中的路由節點接收，并根據信號強度判斷其位置。井下人員的位置相關信息井路由節點或若干路由節點跳傳）傳至接入節點，再由接入節點傳入以太網，即通過基于ZigBee技術的無線自組網絡傳輸到煤礦井下救援系統，從而達到實時判知人員位置的目的。通過基于ZigBee的無線自組網絡將人員位置參數實時地傳輸到煤礦井下救援系統，能夠進行實時監測，并在危險情況下及時報警并及時通知井下作業人員;事故發生后，可以輔助快速制定救援方案，減少人員的傷亡。

    ZigBee網絡拓撲結構如圖所示。網絡分為井上和井下兩個部分，井上部分是煤礦井下救援系統及其相關設備和網絡，井下部分是無線傳感器網絡及其相關設備和網絡。