[實用新型]一種基于ZigBee技術的隧道施工人員定位系統

有效

• 申請號: 201320179051.6
• 申請日: 2013-04-11
• 公開（公告）號: CN203278887U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 胡英超;曹羚;郭毅;郭曉妮;劉鋒;張廣濤;高巖;張天擇;孫浩博;王晗
• 申請（專利權）人: 中冶(北京)交通科技發展有限公司
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W64/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本實用新型涉及一種基于ZigBee技術的隧道施工人員定位系統，目的在于提高隧道施工現場管理人員以及上層監管部門對施工現場情況的實時監管能力，并在事故發生后為救援人員提供強有力的信息保障和支持。

背景技術

ZigBee技術是一種新興的短距離、低速度(250Kb/s)、低功耗、低成本、自組網、低復雜度、安全可靠、高擴展性的雙向無線通信技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。ZigBee的基礎是802.15.4，這是IEEE無線個人區域網技術標準，主要適用于自動控制和遠程控制領域，支持地理定位功能。作為一種無線通信技術，ZigBee技術具有以下特點：

1、低功耗：由于ZigBee的傳輸速率低，發射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設備非常省電。

2、低成本：ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，并且ZigBee協議是免專利費的。

3、延時短：通信延時和從休眠狀態激活的延時都非常短，典型的搜索設備延時30ms，休眠激活的延時是15ms，活動設備信道接入的延時為15ms。因此ZigBee技術適用于對延時要求苛刻的無線控制應用。

4、網絡容量大：一個星型結構的ZigBee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡，而且網絡組成靈活。

5、可靠性高：采取了碰撞避免策略，同時為需要固定貸款的通信業務預留了專用時隙，避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。

6、安全性高：ZigBee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證，采用了AES-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。

目前實現人員定位的技術很多，如GPS定位，手機基站定位、RFID定位、Wi-Fi定位等。GPS定位與手機基站定位因為需要類似手機終端，不便于管理，雖然定位功能不錯，但并不適合在隧道內施工的人員。RFID定位、Wi-Fi定位和ZigBee定位技術都能很好的完成隧道施工現場的人員定位。

ZigBee與Wi-Fi采用同樣的算法實現定位，Wi-Fi設備的耗電量太大，設備需要頻繁的更換電池或者充電，對人員定位功能有影響。RFID與ZigBee相比，定位算法雖然不一樣，但是在達到相同定位效果及密度的前提下，RFID設備的安裝密度會遠大于ZigBee設備，而且RFID采用的是優先傳輸，需要布線，安裝工程量比較大。綜上所述，ZigBee技術成本低、功耗小、傳輸可靠、實現復雜度低等優勢，在目前常見的集中定位技術中更加適合于隧道施工現場人員定位系統。

附圖說明

圖1是隧道施工人員定位系統結構圖

具體實施方式

本發明系統主要用于對隧道內施工的人員定位跟蹤。在使用中，在隧道內通道中安裝無線定位基站，并且通過網絡布線與地面控制中心的計算機進行聯網。當攜帶標識卡的人員經過隧道內安裝的基站時，基站獲取人員攜帶的標簽信息，并自動采集該人員經過的時間、地點信息，并傳送到地面的管理數據庫。地面中心站處理來自隧道內定位基站上的編碼信號，實現對洞內人員跟蹤定位信息的采集、分析處理、實時顯示、歷史數據存儲報表、查詢打印等功能，并同時顯示在控制中心的監視器上，使管理人員能及時準確地查詢、觀察各種信息，方便管理人員對洞內人員進行管理和設備的調度。同時，一旦洞內發生事故，可根據電腦中的人員分布信息馬上得出事故地點的人員分布情況，以便幫助營救人員快速準確地實施營救。

本發明利用ZigBee定位技術對施工人員進行定位跟蹤并管理，其包括三大功能模塊：系統網絡模塊，地面監測模塊，定位模塊。系統網絡模塊包括洞內人員定位網絡、地面控制中心網絡、與企業內部局域網的通訊；地面監測模塊包括數據采集處理模塊、查詢管理模塊；定位模塊包括標識卡(1)、基站(2)；地面監控模塊與人員定位網絡之間采用100M光纖通信；人員定位網絡中使用網絡控制器(3)與基站(2)之間采用控制總線進行連接；當攜帶有標識卡的人員通過基站的工作范圍時，標識卡主動向基站發送人員編碼信息，基站在收到標識卡發送的信息后將信息通過控制總線傳送給網絡控制器，網絡控制器再通過接口網絡將數據發送給地面監測模塊，地面監測模塊收集處理信息后實時顯示給管理人員，管理人員通過地面監測模塊了解和管理工程進展狀態和情況。

系統網絡模塊包括人員定位網絡、地面控制中心網絡、與企業內部局域網之間的通訊，特征如下：