CN203278887U - 一种基于ZigBee技术的隧道施工人员定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的隧道施工人员定位系统，当携带有标识卡的人员通过基站的工作范围时，标识卡主动向基站发送人员编码信息，基站在收到标识卡发送的信息后将信息通过控制总线传送给网络控制器，网络控制器再通过接口网络将数据发送给地面控制中心，地面控制中心收集处理信息后实时显示给管理人员。本实用新型提高了施工现场管理人员以及上层监管部门对隧道内施工情况的实时监管能力，并在事故发生后为救援人员提供强有力的信息保障和支持。

Description

一种基于ZigBee技术的隧道施工人员定位系统

所属技术领域

本实用新型涉及一种基于ZigBee技术的隧道施工人员定位系统，目的在于提高隧道施工现场管理人员以及上层监管部门对施工现场情况的实时监管能力，并在事故发生后为救援人员提供强有力的信息保障和支持。

背景技术

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速度(250Kb/s)、低功耗、低成本、自组网、低复杂度、安全可靠、高扩展性的双向无线通信技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee的基础是802.15.4，这是IEEE无线个人区域网技术标准，主要适用于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能。作为一种无线通信技术，ZigBee技术具有以下特点：

1、低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。

2、低成本：ZigBee模块的初始成本在6美元左右，并且ZigBee协议是免专利费的。

3、延时短：通信延时和从休眠状态激活的延时都非常短，典型的搜索设备延时30ms，休眠激活的延时是15ms，活动设备信道接入的延时为15ms。因此ZigBee技术适用于对延时要求苛刻的无线控制应用。

4、网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。

5、可靠性高：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定贷款的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

6、安全性高：ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

目前实现人员定位的技术很多，如GPS定位，手机基站定位、RFID定位、Wi-Fi定位等。GPS定位与手机基站定位因为需要类似手机终端，不便于管理，虽然定位功能不错，但并不适合在隧道内施工的人员。RFID定位、Wi-Fi定位和ZigBee定位技术都能很好的完成隧道施工现场的人员定位。

ZigBee与Wi-Fi采用同样的算法实现定位，Wi-Fi设备的耗电量太大，设备需要频繁的更换电池或者充电，对人员定位功能有影响。RFID与ZigBee相比，定位算法虽然不一样，但是在达到相同定位效果及密度的前提下，RFID设备的安装密度会远大于ZigBee设备，而且RFID采用的是优先传输，需要布线，安装工程量比较大。综上所述，ZigBee技术成本低、功耗小、传输可靠、实现复杂度低等优势，在目前常见的集中定位技术中更加适合于隧道施工现场人员定位系统。

附图说明

图1是隧道施工人员定位系统结构图

具体实施方式

本发明系统主要用于对隧道内施工的人员定位跟踪。在使用中，在隧道内通道中安装无线定位基站，并且通过网络布线与地面控制中心的计算机进行联网。当携带标识卡的人员经过隧道内安装的基站时，基站获取人员携带的标签信息，并自动采集该人员经过的时间、地点信息，并传送到地面的管理数据库。地面中心站处理来自隧道内定位基站上的编码信号，实现对洞内人员跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、历史数据存储报表、查询打印等功能，并同时显示在控制中心的监视器上，使管理人员能及时准确地查询、观察各种信息，方便管理人员对洞内人员进行管理和设备的调度。同时，一旦洞内发生事故，可根据电脑中的人员分布信息马上得出事故地点的人员分布情况，以便帮助营救人员快速准确地实施营救。

本发明利用ZigBee定位技术对施工人员进行定位跟踪并管理，其包括三大功能模块：系统网络模块，地面监测模块，定位模块。系统网络模块包括洞内人员定位网络、地面控制中心网络、与企业内部局域网的通讯；地面监测模块包括数据采集处理模块、查询管理模块；定位模块包括标识卡(1)、基站(2)；地面监控模块与人员定位网络之间采用100M光纤通信；人员定位网络中使用网络控制器(3)与基站(2)之间采用控制总线进行连接；当携带有标识卡的人员通过基站的工作范围时，标识卡主动向基站发送人员编码信息，基站在收到标识卡发送的信息后将信息通过控制总线传送给网络控制器，网络控制器再通过接口网络将数据发送给地面监测模块，地面监测模块收集处理信息后实时显示给管理人员，管理人员通过地面监测模块了解和管理工程进展状态和情况。

系统网络模块包括人员定位网络、地面控制中心网络、与企业内部局域网之间的通讯，特征如下：

1、人员定位网络：由环形网形式连接的若干网络控制器(3)组成，每个网络控制器(3)连接若干个基站(2)，网络控制器与网络控制器之间采用100M光纤以太网连接，网络控制器用于与基站的双向通信、与地面控制中心网络的通信；

2、地面控制中心网络：由监控主机、备用主机、服务器(包括防火墙、Web服务器、数据库服务器)、电涌保护器等组成，用以太网的方式将各监控主机、主机与服务器、主机与显示屏等连接；同时，对外提供企业内部局域网的访问接口。

3、与企业内部局域网之间的通讯：通过防火墙和网络服务器组成访问服务接口，向企业内部局域网提供访问服务，企业内部局域网通过此服务接口收集相关所需信息，用于企业安全生产职能部门及主管领导对隧道内施工情况进行了解和掌控；

地面监测模块包括数据采集处理模块和查询管理模块；数据采集处理模块由一台服务器构成，通过以太网与隧道内人员定位网络相连，实时采集人员定位数据并进行处理、存储；数据查询管理模块由Web服务器构成，通过以太网与数据服务器、多台监控主机相连接，运行相关软件系统，实时处理监控主机发送的查询请求和管理指令，根据相应查询向数据服务器提出查询请求，同时，按照监控主机端管理员发出的指令向下发出指令。

人员定位设备模块采用了ZigBee无线技术，包括了标识卡(1)和基站(2)；基站(2)与标识卡(1)之间采用2.4G频段无线通信，通信速率采用250kbps；标识卡(1)平时处于休眠状态，当在某一基站的识别范围内且被激活时，主动向基站发送人员编码信息，发送完毕转入休眠状态，等待基站的下一次激活；基站由稳压电源、无线收发器、微处理器、存储器、天线等其他辅助模块组成，不断地通过天线发出载波信号，当带有无线标识卡通过基站附近时，标识卡芯片即被唤醒，原本处于“休眠状态”的芯片被激活并将含有自身的编码信息调制到载波上，经卡内天线发射出去，基站通过无线收发器接收标识卡发出的信息。

Claims (3)

1.一种基于ZigBee技术的隧道施工人员定位系统，其特征在于利用ZigBee定位技术对进入隧道的工作人员进行定位跟踪并管理，包括隧道内人员定位网络、地面控制中心网络、与企业内部局域网之间的通讯、数据采集处理模块、查询管理模块、无线标识卡和无线定位基站；地面控制中心网络与隧道内人员定位网络之间采用光纤以太网连接；地面控制中心网络使用防火墙将网络分隔，对内提供以太网服务，对外提供与企业内部局域网之间的接口；当携带有标识卡(1)的人员通过无线定位基站(2)的工作范围时，标识卡(1)主动向无线定位基站(2)发送人员编码信息，无线定位基站(2)在收到标识卡(1)发送的信息后将信息发送到网络控制器(3)，在由网络控制器(3)通过接口网络(4)传送给地面控制中心(5)，地面控制中心(5)收集处理信息后实时显示给管理人员。

2.根据权利1所述的基于ZigBee技术的隧道施工人员定位系统，其特征在于：人员定位网络由环形网连接的若干网络控制器组成，每个网络控制器连接若干个基站(2)，网络控制器(3)与网络控制器(3)之间采用光纤以太网连接，网络控制器(3)与基站(2)、网络控制器(3)与地面控制中心(5)分别进行双向通信；地面控制中心(5)：还包括监控主机、防火墙、Web服务器、数据库服务器和显示屏，用以太网的方式将各监控主机、监控主机与Web服务器、监控主机与显示屏连接；地面控制中心(5)对外提供企业内部局域网的访问接口。

3.根据权利1所述的基于ZigBee技术的隧道施工人员定位系统，其特征在于：所述标识卡(1)和基站(2)采用了ZigBee无线技术；基站(2)与标识卡(1)之间采用2.4G频段无线通信，通信速率采用250kbps；标识卡(1)平时处于休眠状态，当标识卡(1)在某一基站的识别范围内且被激活时，主动向基站(2)发送人员编码信息，发送完毕转入休眠状态，等待基站(2)的下一次激活；基站(2)由稳压电源、无线收发器、微处理器、存储器、天线和其他辅助模块组成，不断地通过天线发出载波信号，当带有无线标识卡通过基站附近时，标识卡芯片即被唤醒，原本处于休眠状态的芯片被激活并将含有自身的编码信息调制到载波上经卡内天线发射出去，基站通过无线收发器接收标识卡发出的信息。

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