ZigBee技術應用于礦井人員定位系統中的優勢分析

摘 要：目前在我國很多規模較大的煤礦中都具有相應的安全監控系統，這雖然能夠降低安全事故的發生率，但是依然存在著很多急需解決的問題，這些問題出現的主要原因是現有的安全系統多數停留在安全報警上，并沒有實時的精確定位和礦井人員定位系統對井下人員信息登記不完整，當礦山災害發生的時候無法及時的獲取一些可靠的井下人員的基本情況，這在一定程度上影響了救援效率，增加了傷亡率。文章以ZigBee技術為基礎與其它無線網絡技術進行對比，從而得出此技術應用于井下人員定位系統的優勢。

關鍵詞：ZIGBEE；井下人員定位；優勢

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

1 ZigBee和其它無線技術的比較

1.1 ZigBee與當前移動網絡的比較

（1）系統花費。連接移動網的時候耗費的資金較多，另外是按照終端數量進行計算。

（2）通信的可靠性。目前存在的移動網大部分針對手機通信進行應用，雖然GPRS技術以及CDMA-1X也能夠實現數據通信，但是具體的速率是達不到相關要求的，同時數據通信沒有較強的可靠性。ZigBee網絡的設計是主要針對數據的傳輸和控制的，能夠有效的保證數據以穩定的狀態進行傳輸，同時可以以覆蓋距離為出發點進行設計，能夠參考不一樣的性能，從而展開設計不一樣ZigBee網絡節點的相關工作。

（3）兼容性好。ZigBee網絡的覆蓋區域是有一定限制的，能夠實現與互聯網、現有的移動網以及其它通信網絡的通信，這些網絡元素組成了一個體系。ZigBee網絡對于一些盲區問題的解決有非常好的效果。

1.2 ZigBee與藍牙技術的比較

（1）系統復雜性。和藍牙系統進行比較，ZigBee系統比較的簡單，下面是這兩個協議棧的相關參考模型：

ZigBee協議棧并不復雜，達成的難度并不高，對于系統內存的消耗也不多，在進行了相關的試驗之后，認為在ZigBee網絡在使用的時候花費了28Kb左右的系統資源，然后藍牙協議棧是不簡單的，在使用的時候借用了差不多250K的內存，所以和藍牙相比，ZigBee網絡花費更低，如果網絡具有大量終端設備的條件下可以進行充分的應用，例如在傳感網絡以及樓宇自動化方面可以應用。

（2）安全性。兩者的安全性都不錯，但相比于藍牙，在靈敏度方面ZigBee比較好，能夠有效的控制系統成本。另外一方面藍牙的工作頻率范圍和該協議不同，對于藍牙的工作范圍可以使用藍牙技術的多臺設備能夠有效的實現無線互聯，其中傳遞數據的速率可以達到約1 Mb/s左右，而且可以快速的接入到互聯網之中。

（3）定位功能。在傳感器網絡、低數據速率的監視以及低功耗方面可以充分應用ZigBee。在一些較高數據速率的場合藍牙效果較好，例如在進行語音以及數據傳輸方面。雖然藍牙技術在很多方面所體現出的潛力比較明顯，不過在實際運用的環節之中會出現與Wi-Fi一同使用一個頻段的現象，這樣的情況一旦發生，就會引發沖突，這也是藍牙沒有得到普及的主要原因之一，無法有效的對位置進行確定[1]。

1.3 ZigBee與RFID的比較

（1）靈活度較好。本文所介紹的有源RFID系統，在對一些長度比較大，距離比較遠的物體進行識別的時候，具有較好的效果，需要在固定位置安裝讀寫器，應當嚴格的按照相應的要求確定RFID卡的方向位置，另外還能夠很好的對讀寫器天線的具體方向進行有效匹配，但是會影響靈活性，導致整個系統所花費的成本提升。

（2）所消耗的能量減少，更安全。必須保證讀寫器的射頻信號是一個無源RFID來進行能源的供給，所以讀寫器的能量必須保持充沛，只有能量保持充沛才可以使得整個系統的能量損耗有所下降，除此之外會對擴展產生一定的限制。盡管能夠通過讀寫器進行數據的接收，然而當在發射天線上加強發射功率的時候就會增加功耗。

（3）成本優勢。標簽便宜以及較長的使用壽命是RFID的主要優點，然而如果RFID變成有源的話就會提升價格。ZigBee微功率收發機采用了直序擴頻通信方式能夠有效的優化用電管理，通過對睡眠喚醒功能的技術上的應用來降低成本和功耗，因此其在無線網絡定位領域以及遠距離身份識別具有非常大的優勢。

（4）抗干擾能力強，保密性好，工作可靠。RFID技術的一個難點是信號碰撞，可以這樣理解，讀卡器的識別能力有限，當接收到數量較大的信號的時候，難免會出現部分工人檢測不到的情況。ZigBee為了避免這種情況，才用到了直列的擴頻技術，由于信號獲取一定要擴充頻率編碼進行相應的解除擴寬處理，這樣才可以獲得相關的信號。，因此就算用相同類型的信號在接受信號的時候展開干擾，但是因為它們所使用的擴頻編碼不一樣，所以不同的擴頻編碼之間所發生的相關性也會有所差別，干擾就無法發揮它的作用。所以，使用這樣的方式就可以將信號之間發生碰撞的問題完美的解決了，就不會出現人員漏檢問題。

（5）定位功能。通信距離短是RFID技術的一個主要的缺點，當多人同時通過無線基站的過程中容易出現漏讀卡的現象，盡管在煤礦業中應用了有源RFID，但是主要是在考勤方面進行應用，無法實現定位的效果，然而應用ZigBee則可以采用佩戴一些傳感器節點的方法解決，將其當做定位的終端設備以及協調器傳輸位置，經過轉換設備的傳輸作用，利用網絡以及相關的線路達成信息傳達的目的，這樣能夠有效的保證定位功能的實現。

2 ZIGBEE技術應用于礦井人員定位系統存在的優勢

根據上面的研究可以看出，高度兼容性、擴展性好、成本不高、網絡的自我恢復能力較好、靈活性強，使用便利、可靠性高、功耗極低是ZigBee網絡的主要優點，對于礦井這種復雜的環境非常適合，其所具有的這些特性其他網絡技術達不到[2]。

參考文獻：

[1]王小強，歐陽俊，黃寧林.ZIGBEE無線傳感器網絡設計與實現[M]. 北京：化學工業出版社，2015.

[2]瑪林.基于ZigBee的井下人員跟蹤定位系統設計與實現[D].大連：大連理工大學，2008.

作者簡介：姜川（1981-），男，本科，助理工程師，部門主管。endprint