專利名稱：一種基于wifi技術的井下智能移動終端系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及井上井下智能通信系統，尤其涉及基于WIFI技術的井下智能移動終端系統。
背景技術：
在煤礦生產過程中，當各種事故突發時，為能即時互通井下現場災情及作業人員自身安全情況并及時組織救援，這就需要建立一套完善的井上井下通信系統。目前存在的井下智能移動終端系統，主要有以下幾種一種是用小靈通手機、無線基站、數字程控交換機組成的通信系統。礦井下工作人 員攜帶小靈通手機。井下分布很多基站，可以實現井下基站和小靈通手機的互聯。井上有數字程控交換機，也有基站和小靈通手機。井下基站把數據通過光纖傳遞到井上數字程控交換機，交換機把數據發送到井上基站，井上基站和井上小靈通聯網實現信息傳遞。這種方式可以實現井上和井下的語音及短信通信。第二種是專門的人員定位系統，系統由無線發射器，無線AP(ACCeSS Point)及井上定位服務器組成。礦井工作人員可以把無線發射器放在安全帽上隨身攜帶，無線AP接收無線發射信號到井上服務器，服務器可以安裝在調度室中，井上人員可以及時了解井下工作人員的位置。國外一些國家已開展了井下智能移動終端系統的研究工作，并將其應用到井下安全生產監控系統中，如澳大利亞芒特艾薩礦業公司開發的PED(Personal EmergencyDevice的縮寫)井下急救尋呼系統，這個系統使用頂板安裝的天線，用來監控安裝在每個礦工安全帽上的小型無源信標。再如加拿大溫哥華的L3無線通信技術公司開發了基于WIMAX的無線礦山管理與安全系統以解決井下作業工人、設備的定位和管理。另外澳大利亞礦山技術公司開發的T/T井下人員跟蹤系統，采用RFID對井下人員、設備進行跟蹤、定位，實時掌握井下每一個工作人員、攜帶有電子標簽設備的動態信息及其在井下的位置分布情況。以上所述的現有的礦井定位及井下智能移動終端系統，存在以下幾個缺點(I)第一種系統可以實現井上和井下的語音及短信通信，但是不能實現人員定位，災害逃生導航功能，該系統可以通過不同的井下終端實現了井下信息到井上的語音或者文字信息的傳遞，缺點是不能實現井上到井下的信息傳送。一方面井下工作人員不能及時了解井下如瓦斯、氧氣、一氧化碳濃度，另一方面也不能接收到定位服務器對于位置定位的坐標，就不能確切知道自己的具體位置，一旦遇到突發事故，對于自己井下方位，逃生路線不能正確判斷，存在安全隱患。(2)第二種專門的人員定位系統，可以實現井上調度室對井下工作人員的定位，但是由于礦工所攜帶的是便攜式的發射器，結構簡單，不能接收數據，就造成了井下人員無法第一是時間查詢自己的位置信息，一旦遇到災害情況，不能及時選擇逃生落線。另外，對于礦井下的具體工作環境信息也不能有井上服務器及時發送到井下工作人員，存在安全隱患
(3)國外研發的井下急救尋呼系統、井下人員跟蹤系統及無線礦山管理與安全系統，在國外已經投入使用，通信終端存在功能單一、信道容量小的缺陷。通信系統存在著體積大、重量重、信道容量小、通信距離短等問題。地面天線布置困難、單向通信(井上向井下)等問題。另一方面引入使用的成本也比較高。
發明內容
針對現有技術中的上述問題，提出了基于WIFI技術的井下智能移動終端系統，此系統以WIFI技術為基礎，研究設計一套智能無線通信系統，實現井上井下雙向數據傳遞，還可以實現井下人員定位和礦井信息查詢，逃生路線的導航功能，為礦山行業的高效安全生產和綜合管理提供更可靠的支持。本發明提供的基于WIFI技術的井下智能移動終端系統，其特征在于，包括井上應用服務器，井上數據庫服務器，PC控制端，交換機，路由器，井下無線AP和具有WIFI功能的移動終端；其中井上應用服務器和井上數據庫服務器，PC控制端組成一個局域網，通過路由器及交換機與井下無線AP實現有線連接；井下無線AP與井下WIFI移動終端組成基于 WIFI的無線局域網；所述井上應用服務器實現和所述移動終端的連接和數據傳遞，并且用于實現井下人員定位服務和生產及安全信息查詢服務功能；井上數據庫服務器用于存儲井下的生產和安全信息，也用來存儲已有的各個井下無線AP的MAC地址及位置信息；所述移動終端可以通過WIFI模塊與井上應用服務器建立連接，通過訪問應用服務器查詢井下生產和安全信息，還可以定期掃描并發送周圍的井下無線AP的信號強度到所述井上應用服務器，并可查詢當前位置和調用巷道地圖實現逃生導航功能。優選地，所述系統還包括在井下區域設置的多個定位訓練點，建立各個定位訓練點的位置信息庫并存儲在所述井上數據庫服務器中，所述應用服務器結合該位置信息庫和井下移動終端發送的井下無線AP的MAC地址及電磁波強度信號，調用定位算程序進行對移動終端的定位運算。進一步優選地，所述應用服務器一方面將定位運算獲得的定位信息傳送至所述井上數據庫服務器的實時定位表，另一方面將定位后的坐標數據發送給所述移動終端；所述移動終端收到定位的坐標，通過安裝的定位客戶端軟件在移動終端屏幕上顯示出具體位置。優選地，所述井上應用服務器安裝導航軟件，導入井下電子地圖并且在井下的移動終端安裝導航客戶端軟件，所述井上應用服務器當礦井災害發生時接收到發生災害的位置坐標，并在電子地圖上顯示，并把災害位置信息通過網絡傳遞到井下的移動終端；所述移動終端接收并顯示當前位置的定位信息、發生災害的位置并調用電子地圖實現逃生導航。優選地，該系統還包括專門用于各井下無線AP工作狀態監控的設備，通過安裝監控軟件把所有井下無線AP的流量、連接、故障狀態信息寫入到井上數據庫服務器中。進一步優選地，所述PC控制端通過安裝監控軟件監控所有井下無線AP的流量、連接、故障等狀態，通過所述PC控制端了解井下各設備工作狀態，以及查詢井上數據庫服務器了解井下各種生產及安全信息和定位位置信息。優選地，井上應用服務器通過井下無線AP與所述移動終端的連接和數據傳輸是通過基于TCP的Socket編程來實現，基于TCP的Socket編程來實現終端的查詢生產安全信息或定位請求，請求被響應后開始雙方的數據傳遞。
優選地，所述井下所有無線AP能設置其IP地址和所能覆蓋區域的IP區間。優選地，所述系統包括用于測試瓦斯，氧氣，一氧化碳濃度的傳感器，用于把采集生產安全信息并傳給井上應用服務器。優選地，井下的所述無線局域網拓撲結構為混合型，多個井下無線AP之間可以互聯和相互通信。該系統還進一步包括監視器，打印機。監視器器是一個輸出設備，是計算機和工作人員交互的設備，通過監視器可以了解井下各種設備的工作狀態，也可以了解人員定位的坐標，逃生落線圖，及數據傳遞狀況等。打印機是輸出設備，可以打印文字或圖片。這些設備可以增加系統的可靠性。 可見，本發明基于WIFI技術在井下復雜環境中實現了智能化的移動終端網絡，井上工作人員可以通過PC控制端調用井上數據庫服務器的各種表格數據，從而掌握井下生產和安全信息，也可以掌握井下工作人員的位置信息，還可以將生產安全信息及定位信息發布至Internet，以及監控井下設備的工作狀態；井下工作人員通過移動終端利用WIFI連接到井上應用服務器，獲取生產安全信息從而了解井下環境，以及實現定位和導航。本發明集雙向通信、安全和生產信息采集和雙向傳輸監控、人員目標定位、逃生導航等功能于一身，為井下作業生產安全提供了重要保障。
圖I所示為本發明的基于WIFI技術的井下智能移動終端系統總體結構示意圖；圖2所示為本發明中井上井下數據傳輸的結構框圖；圖3所示為本發明中井下WIFI終端與井上應用服務器用TCP協議實現連接和數據傳輸的處理流程圖；圖4所示為本發明中井下WIFI終端訪問井上應用服務器，獲取生產安全檢查信息的處理流程圖；圖5所示為本發明中井下WIFI終端與井上應用服務器相互通信，實現定位導航功能的處理流程具體實施例方式為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合具體實施方式
并配合附圖詳予說明。圖I所示為基于WIFI技術的井下智能移動終端系統總體結構示意圖。本發明所提出的一種基于WIFI技術的井下智能移動終端系統，井下工作人員所隨身攜帶的無線終端采用具有WIFI模塊的移動終端10，主要是指裝備WIFI數據收發功能的智能手機。該系統至少還包括井上應用服務器20，井上數據庫服務器30，井上路由器40，交換機50，井下無線AP (Access Point) 60和PC控制端70。其中井上應用服務器20和井上數據庫服務器30以及PC控制端70組成一個局域網并可以連接到整個礦區的局域網80或者Intranet，并且通過路由器40及交換機50與井下無線AP 60實現有線連接，實現各種數據的發送和接收。無線AP 60 一端通過交換機和現有井下工業以太網連接，一端和WIFI功能的移動終端10組成無線局域網。此無線局域網的采用基于802. IlX的WIFI標準，傳輸頻率為2. 4GHz頻段，單個無線AP可以達到100米。井下的所述無線局域網拓撲結構為混合型，多個井下無線AP之間可以互聯和相互通信。無線AP通過雙絞線和交換機相連，各個無線AP要設置其IP地址，和它所能覆蓋區域的IP區間。交換機通過光電轉換器、光纜與井上路由器相連，組成整個井下智能移動終端系統。所述系統包括用于測試瓦斯，氧氣，一氧化碳濃度的傳感器，用于把采集生產安全信息并傳給井上應用服務器。井上應用服務器20可以接收生產安全數據并存儲到井上數據庫服務器中30，也可以根據井下WIFI移動終端10發出的無線AP的MAC地址及電磁波強度信號調用定位算法進行定位運算，并把位置坐標實時存入井上數據庫服務器30。通過WIFI把生產安全信息及位置坐標經井上及井下網絡傳遞到井下的WIFI移動終端10。井上應用服務器20還可以在災害發生時，接收到礦井災害的具體位置，并把位置坐標發送到井下移動終端。生產安全信息及位置坐標都可以被井上的PC控制端70調用查看。井上數據庫服務器30安裝數據庫系統軟件，主要存儲井下的生產和安全信息，也 用來存儲已有的井下各個無線AP的MAC地址及位置信息。井上數據庫服務器30可以被井上應用服務器20和PC控制端70訪問和管理，各種信息可以通過路由器、無線AP發送到井下工作人員的WIFI手機上。井上數據庫服務器30中數據庫采用SQL數據庫，井上應用服務器20和PC控制端70通過數據庫管理軟件調用和管理數據庫中的各種數據表格。該系統還包括專門用于各井下無線AP工作狀態監控的設備，通過安裝監控軟件把所有井下無線AP的流量、連接、故障狀態信息寫入到井上數據庫服務器中。該系統還進一步包括井上PC控制端70，通過安裝監控軟件在監視器屏幕上顯示監控所有無線AP的流量，連接、故障等狀態，可以及時了解井下各設備工作狀態，也可以查詢數據庫內容，了解井下各種安檢信息，工作人員位置信息等。圖2所示為井上井下數據傳輸的結構框圖。井上和井下的數據傳輸可以實現井上應用服務器20和井下WIFI移動終端10相互通信。傳輸的數據包括請求信號和具體數據信號。請求信號是WIFI移動終端10通過自帶瀏覽器輸入IP地址發出，也可以通過對定位客戶端軟件操作發出，經過無線AP 60、井下交換機50和井上路由器40傳輸至井上應用服務器20。井上應用服務器20通過查詢井上數據庫服務器30的SQL數據庫取得具體的數據信號，可以是生產安全檢查信號(如CO、氧氣、瓦斯濃度)，也可以是用于定位的井下無線AP的MAC地址及信號強度，即定位導航所需數據，也可以是災害的具體位置信息和定位后的位置坐標等。井上應用服務器利用所獲取的數據執行相應的應用程序和運算，并向移動終端10傳遞必要的信息和結果。圖3所示為本發明中井下WIFI終端與井上應用服務器用TCP協議建立連接及數據傳遞的結構框圖。通過設置移動終端10的WIFI模塊可以建立WIFI井下終端與井上應用服務器20的物理連接。當移動終端10需要查詢生產安全信息或定位時，還要發送請求包和服務器建立連接，建立之后才發送具體數據。井下井下終端和井上服務器之間的數據傳遞使用Socket編程，其中在服務器與客戶端的身份識別時使用TCP協議，其中包括服務器端的編程和客戶端的編程。如圖3所示，基于TCP的Socket的編程應用服務器端編程的步驟如下(1)初始化Socket創建套接字，將套接字綁定到一個本地地址和端口地址，將套接字設置為監聽模式等待連接請求(2)當請求到來后，接受連接請求，返回一個新的對應于此次連接的套接字。(3)用返回的套接字和客戶端進行通信。(4)等待另一移動終端發送請求。(5)關閉套接字，關閉加載的套接字庫。客戶端編程的步驟(I)初始化Socket創建套接字。(2)向服務器發出連接請求。
(3)和服務器進行通信(4)關閉套接字，卸載加載的套接字庫。使用TCP協議傳輸的數據主要是井上應用服務器20的各種安檢信息，包括Co濃度、氧氣、瓦斯、溫度、通風等，也可以是井下各個無線AP的MAC地址、信號強度，定位后的坐標。圖4所示為本發明中井下WIFI移動終端訪問井上應用服務器，獲取生產安全檢查信息的處理流程圖。反映井下工作環境狀況的數據(CO、瓦斯、氧氣、溫度、通風，井下設備工作狀況等)已經通過井下各傳感器傳送到了數據庫服務器中的SQL數據庫中。井下工作人員要了解礦井工作環境狀況，先通過設置移動終端10上自帶的WIFI模塊建立兩者物理連接，然后通輸入井上應用服務器20的IP地址發出請求報文。請求報文通過無線WIFI網絡到達井下無線AP 60，再通過光纜傳遞到井上應用服務器20，應用服務器如果空閑，就發送響應報文，響應報文返回到移動終端10。移動終端收到響應報文，再向服務器發送確認報文，此報文發送完畢，雙方確認連接建立。井上應用服務器20調用井上數據庫據服務器30中SQL數據庫的內容，把反映井下環境狀況的生產及安全信息(Co、瓦斯、氧氣、溫度、通風等)傳輸給應用服務器，應用服務器再把這些信息發送給井下WIFI移動終端。移動終端再瀏覽器上可以查詢到井下生產安全信息。為了實現定位功能，移動終端10定期掃描并發送周圍的井下無線AP 60的MAC地址和電磁波信號的強度到所述井上應用服務器20，由井上應用服務器20傳輸給定位服務器的數據庫；同時在井下區域設置的多個定位訓練點，建立各個定位訓練點的位置信息庫并存儲在所述井上數據庫服務器30中，所述井上應用服務器20結合該位置信息庫和井下移動終端10發送的井下無線AP的MAC地址及電磁波強度信號，調用定位算程序進行對移動終端的定位運算。井上應用服務器20 —方面將定位運算獲得的定位信息傳送至所述井上數據庫服務器30的實時定位表，另一方面將定位后的坐標數據發送給所述移動終端10，所述移動終端10收到定位的坐標，通過安裝的定位客戶端軟件在移動終端屏幕上顯示出具體位置。圖5所示為本發明中井下WIFI終端與井上應用服務器相互通信，實現定位導航功能的處理流程圖。井下工作人員要了解自己當前的位置信息，需要通過WIFI移動終端10安裝的定位軟件客戶端向井上應用服務器20發送定位請求，請求信號通過無線WIFI網絡到達無線AP60，無線AP 60把請求信號通過光纜傳遞到井上應用服務器20，應用服務器如果空閑，就發送響應信號，響應信號返回到移動終端10。移動終端收到響應信號，就把采集到周圍的無線AP的MAC地址及無線AP的信號強度指紋數據通過無線WIFI網絡、交換機、光纜、路由器傳輸給應用服務器，應用服務器調用SQL數據庫中已有的定位指紋庫數據，并結合定位算法進行定位運算，求出井下工作人員的位置坐標。應用服務器一方面把位置坐 標存儲到數據庫服務器的數據庫中，一方面通過有線及無線網絡把把位置坐標傳遞給無線WIFI終端，井下人員通過定位軟件可以看到自己所在的位置，通過安裝的導航軟件可以在終端的地圖上找到相應位置，為災害逃生提供導航路線。定位之前，先要把井下各個AP的MAC地址及坐標存入定位指紋庫中，定位時，定位服務器根據接收到的多個AP的MAC地址及電磁波信號強度指紋，結合相應的定位算法可以定位出工作人員的位置坐標。為了在要實現逃生導航功能，包括根據礦井的實際情況繪制井下電子地圖，包括巷道分布路線、硐室位置、井下各種設備位置等。制作導航軟件，把電子地圖導入數據庫，能實現具體位置查詢、導航功能；在井上應用服務器20安裝導航軟件，在井下WIFI移動終端10安裝導航客戶端軟件。當礦井災害發生時，井上應用服務器20接收到發生災害的位置坐標，并在電子地圖上顯示，并把災害位置信息通過網絡傳遞到井下WIFI移動終端10 ;所述移動終端接收并顯示當前位置的定位信息、發生災害的位置并調用電子地圖實現逃生導航，井下工作人員根據收到自己位置的定位信息、發生災害的位置、巷道路線圖、硐室位置、逃生出口位置，選擇適當的逃生路線。該系統還進一步包括監視器，打印機。監視器器是一個輸出設備，是計算機和工作人員交互的設備，通過監視器可以了解井下各種設備的工作狀態，也可以了解人員定位的坐標，逃生落線圖，及數據傳遞狀況等。打印機是輸出設備，可以打印文字或圖片。這些設備可以增加系統的可靠性。
可見，本發明基于WIFI技術在井下復雜環境中實現了智能化的移動終端網絡，井上工作人員可以通過PC控制端調用井上數據庫服務器的各種表格數據，從而掌握井下生產和安全信息，也可以掌握井下工作人員的位置信息，還可以將生產安全信息及定位信息發布至Internet，以及監控井下設備的工作狀態；井下工作人員通過移動終端利用WIFI連接到井上應用服務器，獲取生產安全信息從而了解井下環境，以及實現定位和導航。本發明集雙向通信、安全和生產信息采集和雙向傳輸監控、人員目標定位、逃生導航等功能于一身，為井下作業生產安全提供了重要保障。以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
權利要求
1.一種基于WIFI技術的井下智能移動終端系統，其特征在于，包括井上應用服務器，井上數據庫服務器，PC控制端，交換機，路由器，井下無線AP和具有WIFI功能的移動終端；其中井上應用服務器和井上數據庫服務器及PC控制端組成一個局域網，通過路由器及交換機與井下無線AP實現有線連接；井下無線AP與井下WIFI移動終端組成基于WIFI的無線局域網；所述井上應用服務器實現和所述移動終端的連接和數據傳遞，并且用于實現井下人員定位服務和生產及安全信息查詢服務功能；井上數據庫服務器用于存儲井下的生產和安全信息，也用來存儲已有的各個井下無線AP的MAC地址及位置信息；所述移動終端可以通過WIFI模塊與井上應用服務器建立連接，通過訪問應用服務器查詢井下生產和安全信息，還可以定期掃描并發送周圍的井下無線AP的信號強度到所述井上應用服務器，并可查詢當前位置和調用巷道地圖實現逃生導航功能。
2.根據權利要求I所述的井下智能移動終端系統，其特征在于，所述系統還包括在井下區域設置的多個定位訓練點，建立各個定位訓練點的位置信息庫并存儲在所述井上數據庫服務器中，所述應用服務器結合該位置信息庫和井下移動終端發送的井下無線AP的MAC地址及電磁波強度信號，調用定位算程序進行對移動終端的定位運算。
3.根據權利要求2所述的井下智能移動終端系統，其特征在于所述應用服務器一方面將定位運算獲得的定位信息傳送至所述井上數據庫服務器的實時定位表，另一方面將定位后的坐標數據發送給所述移動終端；所述移動終端收到定位的坐標，通過安裝的定位客戶端軟件在移動終端屏幕上顯示出具體位置。
4.根據權利要求I所述的井下智能移動終端系統，其特征在于所述井上應用服務器安裝導航軟件，導入井下電子地圖并且在井下的移動終端安裝導航客戶端軟件，所述井上應用服務器當礦井災害發生時接收到發生災害的位置坐標，并在電子地圖上顯示，并把災害位置信息通過網絡傳遞到井下的移動終端，所述移動終端接收并顯示當前位置的定位信息、發生災害的位置并調用電子地圖實現逃生導航。
5.根據權利要求I所述的井下智能移動終端系統，其特征在于該系統還包括專門用于各井下無線AP工作狀態監控的設備，通過安裝監控軟件把所有井下無線AP的流量、連接、故障狀態信息寫入到井上數據庫服務器中。
6.根據權利要求5所述的井下智能移動終端系統，其特征在于所述PC控制端通過安裝監控軟件監控所有井下無線AP的流量、連接、故障等狀態，通過所述PC控制端了解井下各設備工作狀態，以及查詢井上數據庫服務器了解井下各種生產及安全信息和定位位置信息。
7.根據權利要求I所述的井下智能移動終端系統，其特征在于井上應用服務器通過井下無線AP與所述移動終端的連接和數據傳輸是通過基于TCP的Socket編程來實現，基于TCP的Socket編程來實現終端的查詢生產安全信息或定位請求，請求被響應后開始雙方的數據傳遞。
8.根據權利要求I所述的井下智能移動終端系統，其特征在于所述井下所有無線AP能設置其IP地址和所能覆蓋區域的IP區間。
9.根據權利要求I所述的井下智能移動終端系統，其特征在于所述系統包括用于測試瓦斯，氧氣，一氧化碳濃度的傳感器，用于把米集生產安全信息并傳給井上應用服務器。
10.根據權利要求I所述的井下智能移動終端系統，其特征在于井下的所述無線局域網拓撲結構為混合型， 多個井下無線AP之間可以互聯和相互通信。
全文摘要
本發明提供了一種基于WIFI技術的井下智能移動終端系統，包括井上應用服務器，井上數據庫服務器，PC控制端，交換機，路由器，井下無線AP和具有WIFI功能的移動終端；井上應用服務器實現和所述移動終端的連接和數據傳遞，并且用于實現井下人員定位服務和生產及安全信息查詢服務功能；所述移動終端可以通過WIFI模塊與井上應用服務器建立連接，通過訪問應用服務器查詢井下生產和安全信息，還可以定期掃描并發送周圍的井下無線AP的信號強度到所述井上應用服務器，并可查詢當前位置和調用巷道地圖實現逃生導航功能。本發明集雙向通信、安全和生產信息采集和雙向傳輸監控、人員目標定位、逃生導航等功能于一身，為井下作業生產安全提供了重要保障。
文檔編號H04W4/02GK102655630SQ20111044021
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者孫江峰, 張霄宏, 李賡, 趙文濤, 韓秀娟 申請人:河南理工大學