基于JAVA的煤矿井下人员定位系统设计.pdf

第 16 卷 第 1 期 总第98 期 2011 年 2 月 煤 矿 开 采 C oal m i ni n g T ech nol ogy V o1 16N o 1 Seri es N o 98 Feb ru ary 2 0 11 基于 JAVA 的煤矿井下人 员定位 系统设计 刘延 岭 承德石油高等专科学校 河北 承德 067000 摘要 针对煤矿安全事故频繁发生 井下人员营救困难等问题 提 出了人员定位系统的解 决方案 人员定位系统包括上位机管理和下位机信号定位两部分 上位机与下位机的通讯采用蓝牙无 线通讯技术 下位机采用 目前广泛应用的Zi gB ee 技术 系统的设计主要采用 JA V A 语言实现上位机管 理和上位机与下位机之间的通信 同时提出了井下人员定位系统软件以及无线通信技术的发展方向 关键词 JAVA 语言 人员定位 系统设计 蓝牙通讯 中图分类号 TD676 文献标识码 A 文章编号 1006 6225 2011 01 0087 03 D esi gn of L ocati on S ystem for U n dergrou nd P erson B ased on JA V A L Iu Y an 1i ng Chengde Petrol Col l ege Chengde 067000 Chi na A bstract In ord er to sol ve th e probl em s of frequ ent safety d i sasters and d i ffi cu l t person l ocati on a resol vent of person l ocati on system w a s p ut forw ard T he system i n cl ud ed tw o p arts up per m achi ne m an agem en t and l ocati on of l ow er m ach i n e si gna1 T he com m un i cati on of upp er and l ow er m achi nes ap pl i ed B l u etooth w i rel ess com m u ni cati on tech nol ogy and l ow er m achi ne ap pl i ed w i d e used Z i gB ee tech nol ogy S ystem desi gn m a i nl y ap pl i ed JA V A to m anagi n g upp er m achi n e and com m un i cati ng w i th l ow er m achi ne D evel opm ent tenden cy of u nd ergrou nd person l ocati on softw are and w i rel ess com m u ni cati on tech nol ogy w as pu t forw ar d as w el 1 K ey w ord s JA V A l anguage person l ocati on system desi gn B l uetooth com m un i cati on 在煤矿事故 中被困人员不能及时与营救人员实 时通信 难以进行人员的精确定位 因此 高效地 开展抢 险救 灾 救 护工作 解 决煤矿井 下人员精 确 简单定位成为救护亟待解决的课题之一 煤矿井下人员定位系统是集计算机软硬件 信 息采集处理 无线数据传输 网络数据通讯 自动 控制等技术综合的管理系统 是通过对坑道远距离 移动 目 标进行非接触式信息采集处理 实现对静态 人员和动态人员的 自动识别 从而实现 目标 的自动 化管理 1基本原理 1 1 井下人员定位 系统工作原理 应用射频识别技术及计算机通讯技术 在井上 调度室设置 中心控制计算机系统 在井下相关位置 布置人员读卡分站 井下人员 设备等目标携带标 识卡 系统通 过读卡分站 与标识卡之 间 的无线 通 讯 实现对被识别对象的 目标定位和无线寻呼 从 而为生产 指挥调度 安全监测 检查 区域 禁入控 制 紧急事件处理等工作提供有效手段 同时通过 管理系统将有关数据传至各级管理部门 为各级领 导监督指挥决策提供重要依据 1 2 三边测距定位原理 在三维空间中 通过 1 个标签到 3 个读头的距 离来确定该点 的坐标 三边测距法是 当得到未知 节点到一个确定节点的距离时 就可以确定此未知 节点在此 已知节点为 圆心 以距离为半径 的圆上 得到未知节点到 3 个已知节点 的距离时 3 个圆的 焦点就是在系统中的准确定位位置 但实际常常不 交于一点 而是一个 区域 如 图 1 b 所示 这 时就用三角测量法来确定未知节点的位置 三角测量法原理如 图 1 C 所 示 图中节点 D 相 对 于节 点 c 的角度 分别 为 AD B BD C 和L AD C 先确定各 圆圆心坐标和半径 最 后利用三边测量法确定 D 点的坐标 1 3 下位机介绍 井下人员定位系统具有实时接收监视矿工随身 携带的卡片位置情况 并由远距离传输模块将卡片 位置信息传输给主机系统供管理部门查询矿工人员 方位情况等功能 下位 机 设计 采用 16 位 超低 功 耗 单 片 机 M SP 4 30 F 14 X 为核 心 卡片采用 M SP430 F20 12 为 收稿 日期 2010 08 02 基金项 目 河北省科技攻关课题 4213571 作者简介 刘延龄 1979一 男 河北唐山人 讲师 从事计算机软件开发及算法设计研究 87 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 总第98 期 煤矿 开采 2011 年第 1 期 b 图 1 三边 测距定位 原理 核心 结合低功耗 CC2500 无线传感器实现 下位 机设计的单片机或者芯片已经非常成熟 因此 此 系统的设计采用 JAVA 语言实现上位机管理 上位 机和下位机实时通信即可 2 系统构建与功能描述 2 1 需求分析 依据国家安全生产监督管理总局的 煤矿井 下作业人员管理系统通用技术条件 煤矿井下 人员定位管理系统使用与管理规范 及最近新颁 布的 煤矿安全生产监控系统新标准 等标准和 制度 定位和识别基站安设在如下地点 井下所有 采煤工作面 所有掘进工作面 主要巷道交岔口 处 主要风道和井底车场 主要作业地点 井下定 位识别基站的布设地点和数量 在调研过程中由矿 井工程负责和相关部 门协助提供 2 2 系统设计 1 人 员的选择 和跟踪 功能 系统实现对井 下矿工的分布情况 分布区域实时监测 实时监测 全矿井井下矿工总数 采煤工作面矿工总数 掘进 工作面矿工总数 其他区域矿工总数等信息 并能 够对井下人员行进路线进行跟踪记录 生成历史行 进轨迹 如图 2 所示 2 井下人员管理监测功能 系统图文并茂 庠粤 l 2 3 t S 8 德号 卡号 l姓名 部门名称 来i爨 像置 i 到选时闫 I警 留 攮住 s3sI骂亚军 5410殳 l J德惠 5511赣册子 5619杨录毒 骈26薰赖义 钟昭 鸭 群 缘抽队 l 目 0 l 05o运输丈罄 镰 瞰 1O舶0 号交叉口 镣条鼽来在井下 镰掘队 研 黼蛹灞姨韬 机电队 Roo l Oso运输大麓 帆龟鼽 帆 人车螺憔囊 o4Boo 人车尊候麓 岍 l 蜮输太巷 o 人车锋蠼室 叭 自 0 A 车崞挟烹 地葡 图2 井下人员分布跟踪信息 地提供动态 GIS 地图 提供丰富的人机对话功能 具有 GIS 地理信息管理功能 丰富的地图功能 同 时还可以通过鼠标放大 缩小 移动 标尺测距 视野控制 中心移动的地图等功能 3 人员定位功能 系统实现快速查询井下 灾前各时段全部人员的准确位置和状态 掌握被困 人员的准确位置 为抢险救灾指挥部输出搜救路线 图 系统总平面图 极大提高应急救援工作的效 率 如 图3 所示 采用模拟图形或颜色 数据标识井下人员的不 同工种的状态和分布情况 比如市局级领导用红 88 30 0 5 47 03 236分 鞭携 06 22 sB 201分 取精 取 消 3o 09 13 T 3o分取捕 30 06 03 5 职摘 05 s6 10 217分 取消 色 煤矿领导用黄色 队长用蓝色 重要岗位用橙 色 其他人员用黑色 标识出不同岗位人员人井历 史轨迹 3 数据库系统设计 人员定位系统的关键部分是人员信息管理和定 位查询 当计算机通过无线网络接收到人员的身份 码后 系统首先检索人员信息表 将对应的信息作 为一条记录添加到定位信息表中 并完成数据信息 的显示 数据的统一管理 便于对员工跟踪查询 由于数据在瞬间实时采集更新 数据信息量较大 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 刘延岭 基于JAV A 的煤矿井下人员定位系统设计 2011 年第 1 期 所以采用大型数据库 Oracl e 存储管理 同时引入 数据仓库技术 使数据组织与管理更加规范和统 图3分站员工详细定位分布 一 系统数据库中各种表的功能见表 1 di seoveryAgent startInqui ry DiscoveryAgent GIAC 表1 系 统数据库各表功能介绍thi s 搜索远程落 洛 数据库表名称 功能描述 t Userl nfo 人员信息表 t UserLocator 人 员 定位 信 息 表 t De ptm ent 部 门管理表 t Hoi storyInfo 历史信息总表 t Dai l y 日志表 t M a nager 管理员 表 用 于存储各分站 中人员基本 信息 将通过无线通讯读取 的定位 信息进行存储 用 于部 门分类及管理 分类存储人员定位各项信息 用于记录软件各项操作 用于权限分类 权限设置 用 户操作等信息存储 4 JA VA 语言实现上位机和下位机的通信 系统设计的难点是 JA VA 语言与下位机定位系 统通信的实现 由于是远程数据读取 可以采用 G PRS 或者无线蓝牙技术 实现 本 系统采用 G PRS 技术实现 数据采集主要分为如何使 GPRS 模块登 录 自己的数据中心 系统如何与下位机 的 GPR S 模 块通讯两部分 GPRS 模块登陆网络与数据接收都 采用事件驱动 只要满足触发事件的条件 此事件 就会启动 GPRS 控件的这两个事件触发条件是 只要有新 GPR S 模块 连接 到网络上 就触发 G PR S 模块登录网络事件 如果有其他通讯数据 就触发 数据接收事件 所以用户关心的终端上传的数据在 何处存放 的问题就解决 了 数据 就在事件 的参数 中 实现了数据远程读取及传输 实现接口通信的 核心代码如下所示 Local D evi ce l ocal D evi ce Local D evi ce getLocal Devi ce 远程设备注册 di scoveryA gent l ocal D evi ce getD i scoveryA gent di scoveryForm append Searchi ng for G PRS devi ces i n the vi ci ni ty n di scoveryForm append found rem oteD e vi ce getBl ueto0thA ddress devi cesLi st append R em oteD evi ce rem ot eD evi ces el em entA t i getFri endl yNam e true bt l ogo 获取远程设备数据 5 结束语 本文对煤矿井下人员定位上位机系统进行了基 于浏览器 服 务器 B S 的应用 体 系结构 设计 采用当前主流技术 JAVA 语言作为开发平台 使用 Oracl e 数据库作为数据存储 极大地满足了实时掌 握煤矿入井人员的动态分布及安全管理的需要 通 过试运行 达到了预期的效果 同时随着功能的进 一 步完善 可以扩展井下监控和员工考勤等功能 随着无线 网络的发展 手机定位逐渐成为煤矿井下 定位系统 的主流 W IFI 手机通讯技术 和 M ESH 网 络将进一步应用到人员定位系统 使定位系统更有 效地服