干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 基于ZigBee和RFID融合技术的煤矿安全动态监测与预警机制研究及应用

Arid

	基于ZigBee和RFID融合技术的煤矿安全动态监测与预警机制研究及应用
	丁志义; 袁怀民; 汤效琴; 尤万庆; 周琳; 崔润新; 刘续; 谢丽萍; 孟凡振; 吴杰; 张灵霞
完成单位	宁夏大学
登记(发布)日期	2015
中文摘要	我国煤炭资源丰富,除上海外各地都有分布。煤矿是国民经济中的一项支柱性产业,目前煤炭能源的消耗约占我国一次性能源消耗总量的70%左右。煤炭能源不仅供给当前社会76%的发电能源、工业燃料和动力能源,还满足了60%的民用商品能源和70%的化学化工资源。在今后相当长的一段时间内,煤炭仍将作为非常重要的战略资源,在我国经济和社会发展中发挥极其重要的作用。但是,我国虽然是产煤大国,却因为矿井地形复杂、环境恶劣等原因成为世界上矿难频发的国家之一。经过近几年的整合,虽然有所改善,可煤矿安全问题仍不容小视。根据国家煤矿安全监察局公开的数据显示,我国百万吨级煤矿的人员死亡率高的惊人,与同时期西方发达国家相比,是同年美国煤矿人员死亡率的100倍,南非的30倍。这些事故不仅给井下工作人员的生命安全带来威胁,还给人民群众和家庭造成巨大的痛苦和灾难,同时也影响了国家形象。宁夏是我国的产煤大省之一,仅宁东煤田已探明储量270多亿吨,居全国第六位。宁东是国家批准建设的13个亿吨级大型煤炭基地之一,并列为国家规划建设的6个大型煤电基地和7个煤化工基地之中。然而,长期以来煤矿安全生产是困扰宁东煤矿企业发展的重大课题,利用先进的技术加强矿井的安全管理,能够为宁夏的煤矿安全生产提供良好的保障,并在全国具有示范作用。本项目将促进无线传感网络技术和射频识别技术两者的融合及其在煤矿安全中的应用,实现井下工作人员位置信息、环境信息和井上监控中心的实时传递,保障在异常情况下井下工作人员能够及时撤离,具体研究成果有： (1)针对煤矿井下人员跟踪定位方案进行设计研究,应用RFID技术特点,确定出合适的定位算法和防碰撞算法,并加以修改和优化;针对RFID对ZigBee无线传感网络的干扰问题,建立干扰的数学模型并进行仿真,开发抗干扰算法;减少人为因素在煤矿安全管理上造成的漏洞,便于更好的管理矿井的入井人员等。 (2)对RFID中间件技术和无线传感网中数据融合方法进行研究,提出适合于将RFID阅读器和无线传感器节点集成以后的数据处理机制,并建立相应的模型。 (3)在井下搭建合适的基于ZigBee的无线传感网络,该网络包括传感器网络节点群、路由器及ZigBee协调器。由多个网络传感器节点在矿井内形成自组网,传感器网络节点能够准确实时监测环境对象等多个信息,并且将采集的数据进行实时处理。 (4)完成数据采集中间件软件系统的设计与实现。项目利用ZigBee无线传感网和RFID两种技术的融合,为煤矿安全生产动态监测与预警提供了新的研究思路,推动了信息融合处理关键理论和技术的发展,也为无线传感网和RFID技术在宁夏沙漠智能监测、沙尘暴成因、精准农业等领域的研究提供了理论依据和技术支持。项目实施主要创新点体现在以下方面： (1) 项目在对RFID和ZigBee无线传感网做深入研究的基础上,通过两者技术互补的优势实现了有效融合,将RFID阅读器集成到ZigBee传感器网络中,形成了一个基于ZigBee技术的多个RFID读写器无线联接组网,使得RFID采集到的数据能够以无线传感网络作为载体进行信息传输,并将其应用到了煤矿安全生产中。 (2) 针对RFID与ZigBee无线网络融合的关键理论和技术,建立了RFID对ZigBee无线网络干扰的数学模型并进行了仿真,开发了抗干扰算法;提出了基于二叉树分解的自适应RFID防碰撞算法,最大限度的减少了标签搜索时间,提高了识别效率;在进一步研究RFID定位与跟踪技术的基础上,构建了基于ZigBee无线传感网络同RFID融合的煤矿安全动态监测与预警系统。 (3) 在RFID与无线传感网络设备集成方面,针对RFID和传感器数据的不同,设计实现了一种新的数据模型和高效的数据过滤机制,能同时处理RFID和无线传感器两种数据,建立了更精准、更稳健的数据处理模型。
中文关键词	无线传感网 ; 信息融合 ; 煤矿安全
成果类型	基础理论
中图法分类号	TD76
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001733202
来源机构	宁夏大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243671
推荐引用方式 GB/T 7714	丁志义,袁怀民,汤效琴,等. 基于ZigBee和RFID融合技术的煤矿安全动态监测与预警机制研究及应用[Z]. 基础理论,2015.