智能傳感器無線網絡提高采礦作業的安全性

構建基于傳感器節點的安全、智能的采礦環境

　　為了維護礦工在工作情況下的健康和保護他們在緊急情況下的和安全，需要構建一種智能的環境，其中的關鍵要素就是傳感器節點。圖4為一個智能礦井環境的示意圖。

圖4  智能礦井環境的示意圖

　　在這個智能礦井環境中，各個傳感器節點提供通信并采集關于采掘機械位置、礦井頂部、支撐架狀況、橫切面流量、礦工位置和狀態以及礦井空氣等數據，從而在工作期間就礦工的監控和面臨的不安全危險發出報警。例如，當礦井頂部坍塌時，受傷礦工即使喪失了行為能力，這種智能的環境也會自動地發出報警。這種智能環境的功能也可被進一步地擴展，以幫助礦工們在緊急情況下找到最佳逃生路線或其他礦工，特別是在煙霧造成能見度下降的情況下。

　　在此，傳感器節點由一個微片(也被稱為“塵埃”)和傳感器構成，如圖5所示。微片通常具有處理器、存儲器、無線連接性以及一個作為電源的微型電池。它可以具有低帶寬以支持有限數據的傳輸，或具有高帶寬以支持流視頻、圖像和音頻的傳輸。例如，由Crossbow Technology公司提供的MICAz就是一種商用、高帶寬傳感器微片，可以采集諸如溫度、速度以及振動這樣的物理和環境特性。新一代的MICAz微片具有長達3年的壽命、小于1立方毫米的體積以及不超過15美分的成本。

圖5  由傳感器和微片構成的傳感器節點
圖片來源：Crossbow Technology

　　作為傳感器節點的另一個組成部分的傳感器，正從尺寸、成本和功能方面快速發展。例如，專門用于人體倒地監測的MEMS雙軸加速度傳感器已經出現。隨著商用無線傳感器節點和網絡的發展，完整的無線傳感系統已經上市，它們通常配備了開發和原型設計工具，便于設計工程師從事智能采礦環境的系統集成設計。

構建系統所需要的可佩帶數字顯示組件

　　可佩帶數字顯示器也被稱為頭戴顯示器、頭盔顯示器以及個人顯示器。這些顯示器被分為三類：

　　●環視顯示器：在提供視覺信息的同時不阻礙用戶觀看周圍的環境或手上的任務；

　　●透視顯示器：把圖像疊加在用戶的全景觀看上；

　　●沉浸顯示器：常用于娛樂、培訓、仿真和虛擬現實之中。

　　其中，環視顯示器最適合于在危險環境中工作的工人佩戴。例如，MicroOptical公司和Icuiti公司就提供這種顯示組件，它們可以被直接安裝在現有的安全眼鏡上，觀看者可以選擇左眼或右眼觀看。如圖6所示為MicroOptical公司的SV-6 PC數字顯示組件的實例。

圖6  SV-6 PC安裝在安全眼睛上
圖片來源：MicroOptical公司

結語

　　據統計資料顯示，從2001年至2004年10月底，中國煤礦共發生一次死亡10人以上的特大事故188起，平均每7 .4天一起。2003年全球煤炭產量約50億噸，煤礦事故死亡總數約8 000人。當年中國煤炭產量約占全球的35%，事故死亡人數則占全球的80%左右。2003年國內煤礦平均每人每年產煤321噸，效率僅為美國的2.2%、南非的8 .1%；而百萬噸死亡率是美國的150倍、南非的30倍。
　　從對比數字可知，中國煤礦安全生產狀況與國外主要采煤國相比，差距大太。為此，2007年，中國政府發布了《國務院安委會辦公室關于進一步加強煤礦安全監控系統建設和監督管理的通知》(安委辦〔2007〕11號)，這就為先進技術在提高采礦作業環境的安全性上提供了政策支持，因此，本文介紹的智能化采礦環境的概念值得引起行業關注。