[发明专利]一种矿山环境下基于RFID的数据采集及设备定位方法

说明书

本发明提出一种矿山环境下的基于RFID数据采集以及对设备定位的方法。本发明包括：在矿山环境下布置无线传感器节点网络；通过RFID标签定位每个矿山设备以及无线传感器网络中的传感器节点的映射坐标；小功率读写器收集识别范围内的传感器节点的数据，然后将数据与设备位置信息一并写入RFID标签的数据域中，最后RFID标签将数据域的数据转发至大功率RFID读写器，并传输到后台数据中心进行分析，来实现目标的定位以及监测设备故障。本发明通过RFID技术与WSN技术进行数据联合存储与转发，提高了数据采集的稳定性和可靠性；不同功率的读写器的使用，达到了节省能耗的目的。

技术领域

本发明属于数据采集及设备定位领域，具体涉及一种矿山环境下的环境数据参数的实时信息采集以及对设备的定位方法。

背景技术

射频识别(radio frequency identification,RFID)技术和无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)技术是物联网的两大关键技术。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID系统主要由阅读器，RFID标签和上位系统组成。由于供电方式的不同，RFID标签可以分为有源标签和无源标签(参考文件[1])。有源标签自身携带电池，可以向阅读器主动发起通信进行信息传输。而无源标签没有内置电池，只能由阅读器通过发射信号将其激活后才能建立通信。传感器网络由大量的传感节点组成，使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况(比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物)，能够实现数据的采集量化、处理融合和传输(参考文件[2])。

有源RFID标签由于功耗问题续航一直捉襟见肘，而无源RFID的传输距离太短。后来出现的半有源RFID技术融合了无源RFID和有源RFID技术的优点，既延长了传输距离，也解决了由于功耗带来的电池续航问题。以往针对RFID技术的使用环境大多数在物流，仓库，写字楼等较空旷、地理位置不会对通信质量产生干扰或者是干扰较小的环境。但是，目前此类技术在矿山环境下的应用仍然是少之又少。矿山环境错综复杂，地理结构对无线通信造成了极大的影响，使用无线传感器网络(参考文件[3])用以实时监测矿山井下环境变化并且在此环境下对人员和机器设备的定位也是相当困难，因此也限制了RFID技术在矿山环境下的应用。在矿山环境下地理环境因素对通信的质量会产生相当大的影响，狭窄弯曲的巷道，复杂的作业环境都是对通信质量的层层考验。如果要推动RFID技术和无线传感器在矿山环境下的应用，需要解决在矿山环境下如何建立更稳定有效的RFID技术与WSN(无线传感器网络)(参考文件[4])相结合的数据联合存储与转发方法。而为监测设备的运行情况，需要对矿井内的环境质量进行实时监控以及分析，对设备进行实时定位，以便及时发现故障设备并予以处理。

一般情况下，针对环境和设备进行定位时使用不同的定位方式或者分别将他们的位置信息上传进行处理，当有设备出现故障时，要对其进行定位，然后提取设备对应位置的环境参数进行分析来确定设备故障是否和环境变化有关。然而组建传感器网络需要大量的传感器节点和RFID标签，通信效果受限于矿山环境下的无线通信质量，使用大量阅读器处理标签则对通信质量提出了较高的要求(参考文件[5])；并且设备产生故障是否与环境相关不能被及时发现，不利于工作人员对其进行监控分析。

参考文件如下：

[1]王志伟,闫秀霞,孙宝连.RFID技术应用研究综述及研究趋势展望[J].物流技术,2014,(09):1-5+10.

[2]俞磊,陆阳,邱述威,岳峰.融合RFID和WSN的药品流通物联网模型[J].电子测量与仪器学报,2013,27(07):624-632.