基于ZigBee网络技术的矿井下人员实时监测方法技术领域
本发明属于煤矿安全技术领域，特别是一种基于ZigBee网络技术的
矿井下人员实时监测方法。
背景技术
我国煤矿安全事故频繁发生，一些煤矿发生矿难以后，无法提供井
下人员的人数和准确位置，严重影响了矿难的援救工作。目前，国内煤
矿井下监控、监测系统的数据传输媒介主要为电缆，传输方式为模拟量，
这种监控监测系统存在以下缺陷：井下作业环境恶劣，电缆易遭损坏，
一旦这种情况发生，较难确定系统的故障点，影响系统的正常使用；此
外，系统采用模拟量进行数据传输和交换，抗干扰能力差，易引发误报；
目前，煤矿投入运营的各类系统均不能提供井下人员动态定位和语音通
讯，遇难人员无法得到及时救助。
IEEE802.15.4是一种近年来兴起的无线网络通信技术标准，ZigBee
是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，该技术是一种短距离、
低功耗的无线通信技术，具有低功耗、低成本、低复杂度、低速率、短
时、高安全的特性，非常适宜于煤矿下安全信息采集和通讯等网络要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有省电、安全可靠、成本低、时延短、
网络容量大等优点的基于ZigBee网络技术的矿井下人员实时监测方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种基于ZigBee网络技术的矿井下人员实时监测方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
a.在井下巷道设置具树状、星状、网状结构的网格，每一个网络由
一个基站和路由器组成，基站设置在网络的起始端，沿网络延伸方向按
一定间距设置路由器，在井下作业人员身上放置定位器，基站和路由器、
定位器之间采用IEEE802.15.4无线网络协议实现无线传输，基站和井上
控制计算机之间通过以太网络或RS485通讯协议进行数据交换；
b.进行网络初始化，由基站发出初始化数据包，基站周边的各个路
由器首先接收初始化数据包，路由器内嵌入式微处理器将初始化数据包
中距离计数值增加1，并将追加自身的网络ID或IEEE识别地址，再向
网络下位路由器转发，同时将这个新的数据包发送回基站，当下位邻接
路由器接到新的初始化数据包后，重复上位路由器数据处理程序，并继
续向下位路由器转发，同时将这个新的数据包发送回基站或上位路由器，
至到网络的尾端，
基站接收到来自各个路由器返回的数据包后，经由嵌入式微处理器
根据最小路径优先算法，依据各个路由器返回的数据包内的距离信息，
确定与自身的距离，分清上一级路由器和下一级路由器的相对位置，建
立数据传输路径选择表，
各级路由器依据接收到的来自上位或下位路由器的数据包内的距离
信息与自身的距离信息比较，分清上位路由器和下位路由器的相对位置，
建立自身数据传输路径选择表；
c.定位器在井下坐标位置的确定，由于基站、路由器属于事先定点
设置，其各个位置的坐标数据已知，当配置有定位器的井下人员在井下
巷道移动时，可接收到临近各个路由器按设定时间间隔同时发出网络寻
呼信号，周期发射的网络寻呼信息数据包内含有发射路由器的ID及坐标
信息，在定位器接收到这些无线电信息后，内含的嵌入式微处理器将依
据这些信息以及测定各路由器无线电信号的能量RRSI的数值，采用安徽
睿仪通讯技术有限公司研发的定位算法，计算出自身的相对位置，
该定位算法原理是依据特定环境下，网络各节点之间的RRSI值与空
间距离之间存在数学关系，通过网络的自身的学习，确定这种数学关系，
之后定位器依据建立起来的数学关系和新测量的RRSI值，确定其空间的
相对位置；
d.各路由器收到从定位器发来的信息，加上自身的距离信息后向外
转发，其他路由器收到该信息后，判定该信息是从上位路由器发出或是
下位路由器发出，对于上位路由器发出的信息，不予转发，对于下位路
由器发出的信息，继续向外转发，依次进行，最终由基站接收到定位器
的坐标信息，并由基站传输到井上控制计算机。
而且，所述的基站、定位器、无线路由器均由微处理机、ZigBee无
线发射芯片和外置天线构成，基站由TCP/IP或RS485网络协议面向上位
通讯，IEEE802.15.4网络协议面向下位通讯。
本发明的优点和有益效果为：
本发明采用无线网络传输方式，以采区为中心，分段组网，各区划
段之间采用百兆以太网连接，保证数据传输质量，具有极强的抗干扰能
力；网络中的无线路由器、基站由大容量电池供电，采集控制电路与输
入、输出电路在电气上彻底隔离，提高了运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明的无线网络结构图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性
的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于ZigBee网络技术的矿井下人员实时监测方法，其创新之处
在于：该方法包括以下步骤：
a.在井下巷道设置具树状、星状、网状结构的网格，每一个网络由
一个基站3和路由器2组成，基站设置在网络的起始端，沿网络延伸方
向按一定间距设置路由器，在井下作业人员身上放置定位器4，基站和路
由器、定位器之间采用IEEE802.15.4无线网络协议实现无线传输，基站
和井上控制计算机1之间通过以太网络或RS485通讯协议进行数据交换；
b.进行网络初始化，由基站发出初始化数据包，基站周边的各个路
由器首先接收初始化数据包，路由器内嵌入式微处理器将初始化数据包
中距离计数值增加1，并将追加自身的网络ID或IEEE识别地址，再向
网络下位路由器转发，同时将这个新的数据包发送回基站，当下位邻接
路由器接到新的初始化数据包后，重复上位路由器数据处理程序，并继
续向下位路由器转发，同时将这个新的数据包发送回基站或上位路由器，
至到网络的尾端，
基站接收到来自各个路由器返回的数据包后，经由嵌入式微处理器
根据最小路径优先算法，依据各个路由器返回的数据包内的距离信息，
确定与自身的距离，分清上一级路由器和下一级路由器的相对位置，建
立数据传输路径选择表，
各级路由器依据接收到的来自上位或下位路由器的数据包内的距离
信息与自身的距离信息比较，分清上位路由器和下位路由器的相对位置，
建立自身数据传输路径选择表；
c.定位器在井下坐标位置的确定，由于基站、路由器属于事先定点
设置，其各个位置的坐标数据已知，当配置有定位器的井下人员在井下
巷道移动时，可接收到临近各个路由器按设定时间间隔同时发出网络寻
呼信号，周期发射的网络寻呼信息数据包内含有发射路由器的ID及坐标
信息，在定位器接收到这些无线电信息后，内含的嵌入式微处理器将依
据这些信息以及测定各路由器无线电信号的能量RRSI的数值，采用安徽
睿仪通讯技术有限公司研发的定位算法，计算出自身的相对位置，
该定位算法原理是依据特定环境下，网络各节点之间的RRSI值与空
间距离之间存在数学关系，通过网络的自身的学习，确定这种数学关系，
之后定位器依据建立起来的数学关系和新测量的RRSI值，确定其空间的
相对位置；
d.各路由器收到从定位器发来的信息，加上自身的距离信息后向外
转发，其他路由器收到该信息后，判定该信息是从上位路由器发出或是
下位路由器发出，对于上位路由器发出的信息，不予转发，对于下位路
由器发出的信息，继续向外转发，依次进行，最终由基站接收到定位器
的坐标信息，并由基站传输到井上控制计算机。
所述的基站、定位器、无线路由器均由微处理机、ZigBee无线发射
芯片和外置天线构成，基站由TCP/IP或RS485网络协议面向上位通讯，
IEEE802.15.4网络协议面向下位通讯。
当矿工矿灯上带有定位器在井下移动时，可周期性的重复上述过程，
当这些定位器坐标信息连续不断的转发到地面计算机后，在地面主控室
内的矿井立体梳子地图上将显示每个矿工在井下的大概位置。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术
人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种
替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和
附图所公开的内容。