智能傳感器無線網(wǎng)絡(luò)提高采礦作業(yè)的安全性

構(gòu)建基于傳感器節(jié)點的安全、智能的采礦環(huán)境

　　為了維護(hù)礦工在工作情況下的健康和保護(hù)他們在緊急情況下的和安全，需要構(gòu)建一種智能的環(huán)境，其中的關(guān)鍵要素就是傳感器節(jié)點。圖4為一個智能礦井環(huán)境的示意圖。

圖4  智能礦井環(huán)境的示意圖

　　在這個智能礦井環(huán)境中，各個傳感器節(jié)點提供通信并采集關(guān)于采掘機(jī)械位置、礦井頂部、支撐架狀況、橫切面流量、礦工位置和狀態(tài)以及礦井空氣等數(shù)據(jù)，從而在工作期間就礦工的監(jiān)控和面臨的不安全危險發(fā)出報警。例如，當(dāng)?shù)V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(huán)境也會自動地發(fā)出報警。這種智能環(huán)境的功能也可被進(jìn)一步地擴(kuò)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(jié)點由一個微片(也被稱為“塵埃”)和傳感器構(gòu)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(shù)據(jù)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(huán)境特性。新一代的MICAz微片具有長達(dá)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(gòu)成的傳感器節(jié)點
圖片來源：Crossbow Technology

　　作為傳感器節(jié)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(fā)展。例如，專門用于人體倒地監(jiān)測的MEMS雙軸加速度傳感器已經(jīng)出現(xiàn)。隨著商用無線傳感器節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，完整的無線傳感系統(tǒng)已經(jīng)上市，它們通常配備了開發(fā)和原型設(shè)計工具，便于設(shè)計工程師從事智能采礦環(huán)境的系統(tǒng)集成設(shè)計。

構(gòu)建系統(tǒng)所需要的可佩帶數(shù)字顯示組件

　　可佩帶數(shù)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(huán)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(huán)境或手上的任務(wù)；

　　●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(xùn)、仿真和虛擬現(xiàn)實之中。

　　其中，環(huán)視顯示器最適合于在危險環(huán)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(xiàn)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(shù)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(jié)語

　　據(jù)統(tǒng)計資料顯示，從2001年至2004年10月底，中國煤礦共發(fā)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(chǎn)量約50億噸，煤礦事故死亡總數(shù)約8 000人。當(dāng)年中國煤炭產(chǎn)量約占全球的35%，事故死亡人數(shù)則占全球的80%左右。2003年國內(nèi)煤礦平均每人每年產(chǎn)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(shù)字可知，中國煤礦安全生產(chǎn)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(fā)布了《國務(wù)院安委會辦公室關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和監(jiān)督管理的通知》(安委辦〔2007〕11號)，這就為先進(jìn)技術(shù)在提高采礦作業(yè)環(huán)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(huán)境的概念值得引起行業(yè)關(guān)注。