智能传感器无线网络进步采矿作业的平安性.docx

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1、智能传感器无线网络进步采矿作业的平安性智能传感器无线网络进步采矿作业的平安性 zhangting 导语：本文具体介绍先进的智能传感器及无线传感器网络技术及其在采矿这样的恶劣环境中的潜伏应用。 摘 要： 本文具体介绍先进的智能传感器及无线传感器网络技术及其在采矿这样的恶劣环境中的潜伏应用。目的是让采矿工人通过采用基于无线和传感器新技术的安防产品，在随时变化、不可预测、充满危险的工作环境中，可以通过无线、可佩带、智能的技术，实时获取环境以及生理数据，进而有效地治理所面临的危险。电子系统设计工程师将从本文理解怎样构建这样一个大型的安防系统。 关键词： 智能传感器；无线网络；安防技术构建人、机器和环境

2、互联的系统 采用基于智能传感器的无线网络进步采矿平安性，首先要定义一个由人、机器和环境三要素互联构成的执行想要功能的大系统，这一系统具有让采矿工人可以知晓环境状况的功能。其模型如图1所示，这个模型的关键才能包括：通过传感器来测量机器、环境以及人的重要属性的感悟才能；通过采用嵌入式计算机实现信息的检测、收集和显示等信息处理才能；通过由人做出决策和采取行动的才能。 图1 基于传感器的环境状况感悟系统的信息处理模型 为了支持这一信息处理模型，有三种重要的技术正在形成并交融，它们分别是无线传感器网络、低功耗嵌入式计算机以及智能传感器。计算机和智能传感器技术开展很快且相对成熟。无线传感器网络仍然在形成之

3、中。为了向采矿工人提供感悟环境状况的才能，必须构建基于上述模型的、支持实现无线智能传感器网络的根底设施。 采用无线传感网构建感悟环境状况的网络 具有内建智能的传感器无论用户是否明显感觉到可被称为智能传感器。智能被局部或者全部地集成在单一芯片之上。智能传感器除了产生代表感悟量的输出之外，还添加了其它的功能。典型的智能传感器包括可被集成在一颗裸片上的物理变送器、网络接口、处理器以及存储器。 物理变送器可以被制作得非常小，由于制造集成电路所采用的硅显微加工技术，目前被用于创立作为智能传感器的有机组成局部的微机电系统MEMS。由于智能传感器制造所采用的工艺技术，与制造集成电路所采用的工艺技术类似，所以

4、，智能传感器的本钱降低和功能增加的规律与集成电路所经历的规律类似。据Frost&Sullivan公司对世界各类传感器市场的开展的预测，MEMS传感器将成为全世界增长最快的产品之一。 智能传感器市场的增长使得智能传感器标准应运而生。IEEE1451标准定义了一种标准变送器接口模块STIM，其中，包括传感器接口、信号调理和转换、校准、线性化以及网络通讯。本质上，该标准使智能传感用具有即插即用功能，进而可被连接至智能传感器网络之上。该标准由IEEE 1451.1、1451.2、P1451.3和P1451.4组成。目前，最新的IEEE1451.5无线传感通讯接口标准与Zig Bee联盟、Z-Wave联

5、盟、Wireless USB传感器网络等形成了百家争鸣的场面。 利用可穿着人体传感器构建人体倒地监测系统 可穿着人体传感器系统的功能是持续实时测量和检测工人的生理条件。以BodyMedia公司所提供的人体传感器系统为例，如图2所示，这种手臂传感器可以不更换电池就实现14天连续的监测，可以存储14天连续监测获得的生理数据，并让用户可以设置特殊事件的时间戳。它收集、分析、传输和存储像加速度、耗能、身体活动持续时间、步数、行走间隔 、睡眠/清醒状态、运动、热流量、皮肤温度以及电击皮肤反响等等生理数据。这种系统最初主要用作保健和平安研究工具。 align=center图2 结合了SenseWear P

6、RO2的手臂传感器/align 在这种系统中，加速度传感器将获得广泛的应用，例如，对于工作在动态危险环境中的矿工、消防队员以及应急救援人员来讲，可能因倒地如从屋顶、支架和山坡上跌倒、滑倒、绊倒、跌落、或者因运动的机器打中和摔倒而丧失正凡人的行为才能。在所有这些灾难中，通过采用加速度传感器测量冲击力，就可以监测矿工可能遭受身体撞击的危险。此外，通过加速度传感器还可以监测人体是否在挪动，进而显示该矿工是否已经丧失行为才能。例如，用于灭火队员的TPASS-3 EVACUATE就是一种具有监测人跌倒功能的系统，假如人体在1823秒内被监测发现停顿挪动，就会自动向中央指挥基地发出信号。 人体倒地监测系统

7、对于采矿工人非常重要，由于矿工可能会蹲下来找工具或者材料，或者弯腰检查或者维修设备，并且他们的工作环境的特点是黑暗、充满灰尘和噪声，可以想象当一个矿工或者处于类似工作环境的工人受伤时，其邻近的矿工未必立即就发觉。例如，遥控连续采煤机可能因噪声以及挡住工人的视线而击中位于机器盲点的工人，十分是在机器前进经过中，伤害可能会更严重，而人体倒地监测系统可以为营救受伤工人赢得珍贵的时间。 如图3所示为一种人体倒地监测系统构成的示意图。从中可见，系统小到可以穿着且具有本钱经济性，因此，合适于每一个矿工佩戴。 align=center图3 一种人体倒地监测系统构成的示意图/align构建基于传感器节点的平安

8、、智能的采矿环境 为了维护矿工在工作情况下的安康和保护他们在紧急情况下的和平安，需要构建一种智能的环境，其中的关键要素就是传感器节点。图4为一个智能矿井环境的示意图。 图4 智能矿井环境的示意图 在这个智能矿井环境中，各个传感器节点提供通讯并收集关于采掘机械位置、矿井顶部、支撑架状况、横切面流量、矿工位置和状态以及矿井空气等数据，进而在工作期间就矿工的监控和面临的不平安危险发出报警。例如，当矿井顶部坍塌时，受伤矿工即使丧失了行为才能，这种智能的环境也会自动地发出报警。这种智能环境的功能也可被进一步地扩展，以帮助矿工们在紧急情况下找到最正确逃生道路或者其他矿工，十分是在烟雾造成能见度下降的情况下

9、。 在此，传感器节点由一个微片也被称为“尘埃和传感器构成，如图5所示。微片通常具有处理器、存储器、无线连接性以及一个作为电源的微型电池。它可以具有低带宽以支持有限数据的传输，或者具有高带宽以支持流视频、图像和音频的传输。例如，由Crossbow Technology公司提供的MICAz就是一种商用、高带宽传感器微片，可以收集诸如温度、速度以及振动这样的物理和环境特性。新一代的MICAz微片具有长达3年的寿命、小于1立方毫米的体积以及不超过15美分的本钱。 align=center图5 由传感器和微片构成的传感器节点/align 作为传感器节点的另一个组成局部的传感器，正从尺寸、本钱和功能方面快

10、速开展。例如，专门用于人体倒地监测的MEMS双轴加速度传感器已经出现。随着商用无线传感器节点和网络的开展，完好的无线传感系统已经上市，它们通常装备了开发和原型设计工具，便于设计工程师从事智能采矿环境的系统集成设计。 构建系统所需要的可佩带数字显示组件 可佩带数字显示器也被称为头戴显示器、头盔显示器以及个人显示器。这些显示器被分为三类： 环视显示器：在提供视觉信息的同时不阻碍用户观看四周的环境或者手上的任务； 透视显示器：把图像叠加在用户的全景观看上； 沉醉显示器：常用于娱乐、培训、仿真和虚拟现实之中。 其中，环视显示器最合适于在危险环境中工作的工人佩戴。例如，MicroOptical公司和Ic

11、uiti公司就提供这种显示组件，它们可以被直接安装在现有的平安眼镜上，观看者可以选择左眼或者右眼观看。如图6所示为MicroOptical公司的SV-6 PC数字显示组件的实例。 align=center图6 SV-6 PC安装在平安眼睛上/align 据统计资料显示，从2001年至2004年10月底，中国煤矿共发生一次死亡10人以上的特大事故188起，平均每7 .4天一起。2003年全球煤炭产量约50亿吨，煤矿事故死亡总数约8 000人。当年中国煤炭产量约占全球的35%，事故死亡人数那么占全球的80%左右。2003年国内煤矿平均每人每年产煤321吨，效率仅为美国的2.2%、南非的8 .1%；而百万吨死亡率是美国的150倍、南非的30倍。 从比照数字可知，中国煤矿平安消费状况与国外主要采煤国相比，差距大太。为此，2007年，中国政府发布了（国务院安委会办公室关于进一步加强煤矿平安监控系统建立和监视治理的通知）安委办200711号，这就为先进技术在进步采矿作业环境的平安性上提供了政策支持，因此，本文介绍的智能化采矿环境的概念值得引起行业关注。 0