智能传感器无线网络提高采矿作业的安全性

构建基于传感器节点的安全、智能的采矿环境

　　为了维护矿工在工作情况下的健康和保护他们在紧急情况下的和安全，需要构建一种智能的环境，其中的关键要素就是传感器节点。图4为一个智能矿井环境的示意图。

图4 智能矿井环境的示意图

　　在这个智能矿井环境中，各个传感器节点提供通信并采集关于采掘机械位置、矿井顶部、支撑架状况、横切面流量、矿工位置和状态以及矿井空气等数据，从而在工作期间就矿工的监控和面临的不安全危险发出报警。例如，当矿井顶部坍塌时，受伤矿工即使丧失了行为能力，这种智能的环境也会自动地发出报警。这种智能环境的功能也可被进一步地扩展，以帮助矿工们在紧急情况下找到最佳逃生路线或其他矿工，特别是在烟雾造成能见度下降的情况下。

　　在此，传感器节点由一个微片(也被称为“尘埃”)和传感器构成，如图5所示。微片通常具有处理器、存储器、无线连接性以及一个作为电源的微型电池。它可以具有低带宽以支持有限数据的传输，或具有高带宽以支持流视频、图像和音频的传输。例如，由Crossbow Technology公司提供的MICAz就是一种商用、高带宽传感器微片，可以采集诸如温度、速度以及振动这样的物理和环境特性。新一代的MICAz微片具有长达3年的寿命、小于1立方毫米的体积以及不超过15美分的成本。

图5 由传感器和微片构成的传感器节点
图片来源：Crossbow Technology

　　作为传感器节点的另一个组成部分的传感器，正从尺寸、成本和功能方面快速发展。例如，专门用于人体倒地监测的MEMS双轴加速度传感器已经出现。随着商用无线传感器节点和网络的发展，完整的无线传感系统已经上市，它们通常配备了开发和原型设计工具，便于设计工程师从事智能采矿环境的系统集成设计。

构建系统所需要的可佩带数字显示组件

　　可佩带数字显示器也被称为头戴显示器、头盔显示器以及个人显示器。这些显示器被分为三类：

　　●环视显示器：在提供视觉信息的同时不阻碍用户观看周围的环境或手上的任务；

　　●透视显示器：把图像叠加在用户的全景观看上；

　　●沉浸显示器：常用于娱乐、培训、仿真和虚拟现实之中。

　　其中，环视显示器最适合于在危险环境中工作的工人佩戴。例如，MicroOptical公司和Icuiti公司就提供这种显示组件，它们可以被直接安装在现有的安全眼镜上，观看者可以选择左眼或右眼观看。如图6所示为MicroOptical公司的SV-6 PC数字显示组件的实例。

图6 SV-6 PC安装在安全眼睛上
图片来源：MicroOptical公司

结语

　　据统计资料显示，从2001年至2004年10月底，中国煤矿共发生一次死亡10人以上的特大事故188起，平均每7 .4天一起。2003年全球煤炭产量约50亿吨，煤矿事故死亡总数约8 000人。当年中国煤炭产量约占全球的35%，事故死亡人数则占全球的80%左右。2003年国内煤矿平均每人每年产煤321吨，效率仅为美国的2.2%、南非的8 .1%；而百万吨死亡率是美国的150倍、南非的30倍。
　　从对比数字可知，中国煤矿安全生产状况与国外主要采煤国相比，差距大太。为此，2007年，中国政府发布了《国务院安委会办公室关于进一步加强煤矿安全监控系统建设和监督管理的通知》(安委办〔2007〕11号)，这就为先进技术在提高采矿作业环境的安全性上提供了政策支持，因此，本文介绍的智能化采矿环境的概念值得引起行业关注。