地下矿井无线通信――基于RFID的传感器网络 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

L.，K.，Bandyopadhyay（L.，K. 著

图书标签:

• 无线通信
• RFID
• 传感器网络
• 矿井
• 地下矿井
• 物联网
• 煤矿
• 安全
• 监测
• 无线传感器网络

店铺： 广影图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121225758

商品编码：29729357988

包装：平装

出版时间：2014-04-01

基本信息

书名:地下矿井无线通信――基于RFID的传感器网络

定价：75.00元

售价：52.5元,便宜22.5元,折扣70

作者:L.,K.,Bandyopadhyay（L.,K.,班迪奥帕迪亚

出版社：电子工业出版社

出版日期：2014-04-01

ISBN：9787121225758

字数：

页码：392

版次：01

装帧：平装

开本：其他

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本书侧重介绍了地下矿井和其他危险地区无线通信技术的新进展。本书全面提供了在这些区域用于传输数据、语音和视频的无线通信系统的统一的基础内容，并结合介绍了防爆电路设计和开发的方法，这对危险地区的应用是非常重要的。本书的主题内容包括被困矿工安全通信系统、竖井通信系统、视距通信系统、全矿范围通信系统和基于网络的信息系统的设计与开发。也详细讨论了RFID技术，包括地下应用的兼容系统用的嵌入式软件和地下不同设备用的软件程序代码。

目录

作者介绍

阮锦屏：1962年清华大学无线电物理专业毕业。一直在原信息产业部（现中国电子科技集团公司）通信、测控研究所（54所）工作。担任过10多个国家重点工程项目的研制，分机、总体负责人等，研究室主任，专业部总工，所微波专家组人员，所老教授、老科技工作者协会专业委员等，获多次省、部、所科技成果奖；获国务院特殊津贴；研究员级高工职称；我国首批英国电气工程师协会（MIEE）会员，国际特许工程师；国内外发表论文或编译等30多篇，其中在一级期刊（电子，通信学报）4篇，国际会议4篇，任国际会议技术审查组成员一次;4项。 从93年开始参加了铁道部车号射频识别（RFID）项目的部分研制工作,曾任该项目的科工委及铁道部鉴定委员会人员及测试组组长，专家评审组人员等，后到某RFID公司任专家委员会副主任若干年。

文摘

序言

《深潜之脉：RFID技术驱动的地下探测与数据互联》 概述 本书深入探索了利用RFID（射频识别）技术构建强大的地下矿井无线通信与传感器网络。在日益复杂的地下作业环境中，实时、可靠的数据采集和传输成为提升效率、保障安全的关键。传统有线通信方式在地下恶劣环境下部署困难、易损且维护成本高昂，而基于RFID的传感器网络则以其无接触、高穿透性、低功耗、易部署的独特优势，为地下矿井提供了一种革命性的解决方案。本书旨在为矿业工程师、自动化专家、科研人员以及对物联网技术在极端环境下应用感兴趣的读者，提供一套系统性的理论框架和实践指导，全面阐述RFID技术在地下矿井中的应用前景、技术实现、系统设计、挑战与未来发展。 核心内容 第一部分：地下矿井通信的挑战与RFID的机遇 地下环境的严峻性分析： 详细剖析地下矿井环境的特殊性，包括： 电磁干扰： 矿石的导电性、大型机械设备的运行、矿井内的涌水等都会产生强烈的电磁干扰，影响无线信号的传输。 信号衰减与屏蔽： 岩石、金属支架、水体等对无线电波具有强烈的吸收和反射作用，导致信号衰减严重，难以实现远距离通信。 湿度与粉尘： 高湿度和弥漫的粉尘会腐蚀设备、影响传感器性能，并可能引发爆炸风险。 空间复杂性： 矿井内部通道纵横交错，地形复杂多变，存在大量盲区和死角。 动力供应限制： 地下作业区域往往难以获得稳定可靠的电力供应，对设备的功耗提出极高要求。 安全性要求： 爆炸性气体环境下的通信设备必须具备防爆认证，且系统的稳定性直接关系到人员生命安全。 传统通信技术的局限性： 评估现有地下通信技术（如甚低频通信、光纤通信、Wi-Fi等）在矿井环境下的不足之处，包括部署成本、维护难度、数据传输速率、鲁棒性等。 RFID技术的独特优势： 阐述RFID技术如何有效应对上述挑战： 非视距通信： RFID标签可以与读写器在一定距离内进行通信，无需精确对准，适用于复杂地形。 穿透性： 特定频段的RFID信号（如UHF、HF）对非金属物质具有一定的穿透能力，能穿透部分岩石和障碍物。 低功耗设计： 无源RFID标签无需电池供电，依靠读写器的能量激活，极大地降低了系统整体功耗，适合长期部署。 易于集成与部署： RFID标签体积小巧，易于安装在各种设备、人员或特定位置，组建灵活的传感器节点。 鲁棒性： 相较于传统天线，RFID天线的设计可以更好地适应恶劣环境。 数据采集便捷性： 标签可预先存储设备状态、位置、身份等信息，实现自动化识别和数据读取。 第二部分：RFID在地下矿井传感器网络中的关键技术 RFID系统架构设计： 标签（Tag）选型与定制： 根据矿井环境（如温度、湿度、压力、震动、化学腐蚀性）选择合适的标签封装材料和芯片。 考虑标签存储容量、数据读写速度、通信协议（如EPC Gen2）。 探讨有源RFID标签在特定场景下的应用（如需要更长通信距离或实时位置追踪）。 读写器（Reader）部署策略： 分析读写器在矿井通道、出入口、工作区域的关键布设点。 探讨固定式读写器和移动式读写器（集成在车辆、人员身上）的配合使用。 优化读写器天线的设计与布局，最大化覆盖范围并减少信号干扰。 天线技术： RFID天线类型（偶极子、贴片、环形天线等）的选择及其在地下环境的适应性。 定向天线与全向天线在不同场景下的应用。 天线增益、极化方式等参数对通信性能的影响。 通信协议与数据传输： RFID通信协议详解： 重点关注 UHF RFID（860-960 MHz）在穿透性和通信距离上的优势，以及HF RFID（13.56 MHz）在近距离高精度识别上的应用。 数据帧结构与编码： 设计高效的数据帧结构，支持传感器数据的编码与解码。 多标签识别技术： 解决同一区域内多个标签同时被读取时可能发生的碰撞问题（如防碰撞算法：Aloha、二进制冲突、分组编码等）。 数据融合与边缘计算： 探讨如何利用部署在读写器端的微处理器，对采集到的传感器数据进行预处理、过滤和融合，减少网络传输负荷，提高响应速度。 传感器集成与网络化： 嵌入式传感器设计： 将温度、湿度、气体浓度（CO, CH4, O2等）、瓦斯压力、震动、倾斜、应力、漏水检测等传感器与RFID标签集成，形成独立的“智能传感器节点”。 节点通信机制： 点对点通信： 简单的传感器节点直接与读写器通信。 节点间通信（Mesh Network）： 探索将RFID技术与低功耗无线通信技术（如Zigbee, LoRa）结合，构建传感器节点之间可以中继和转发数据的网状网络，扩大通信范围，提高网络鲁棒性。 网关（Gateway）设计： 设计连接RFID传感器网络与上层管理系统的网关，负责数据汇聚、格式转换和协议转换。 定位与追踪技术： 基于RFID的粗略定位： 利用读写器识别标签的区域信息，实现对人员、设备和关键物资的区域性追踪。 高级定位算法： 结合信号强度指示（RSSI）、到达角（AoA）、到达时间差（TDoA）等技术，以及多读写器协同，实现更精确的室内定位，为人员搜救、资产管理提供支持。 第三部分：应用场景与系统实现 人员安全监控： 人员定位与考勤： 实时掌握所有井下人员的位置信息，用于紧急疏散、安全巡检、区域权限管理。 健康监测： 集成生理信号传感器（如心率、体温）的RFID标签，实时监控井下人员的健康状况。 紧急呼叫系统： 允许井下人员通过RFID标签触发紧急报警信号。 设备状态监测与管理： 设备识别与追踪： 自动化识别和追踪采矿设备、运输车辆、工具等，减少丢失和误用。 运行状态监测： 传感器节点监测设备的关键参数（如温度、振动、油位、电流），提前预警故障，实现预测性维护。 资产盘点： 自动化完成井下大型设备和物资的清点工作。 环境监测与安全预警： 气体泄漏检测： 部署气体传感器节点，实时监测CO, CH4, O2等有毒有害气体的浓度，并及时发出警报。 瓦斯压力监测： 监测瓦斯聚集区域的压力变化，预警瓦斯爆发风险。 水患监测： 在容易积水区域部署传感器，监测水位和水流速度，预警矿井涌水。 岩体稳定性监测： 部署位移、应力、倾斜传感器，监测井壁和支护结构的稳定性。 物料与库存管理： 矿石运输追踪： 识别和追踪装有RFID标签的矿石运输容器，优化运输流程。 井下仓库管理： 自动化盘点和管理井下存储的备件、耗材等。 系统集成与数据平台： 数据采集与传输： 将RFID传感器网络采集的数据通过网关传输到地面数据中心。 数据存储与处理： 采用高效的数据库技术存储海量传感器数据。 可视化监控平台： 开发直观易懂的图形用户界面，展示矿井实时运行状态、人员位置、环境参数、设备健康状况等。 智能预警与决策支持： 基于大数据分析，为矿井管理者提供预警信息和科学决策支持。 第四部分：设计、部署与维护 系统设计原则： 可靠性、可扩展性、安全性、经济性、易维护性。 部署规划与实施： 现场勘测与风险评估： 详细的矿井结构、地质条件、现有基础设施的勘测。 网络拓扑设计： 确定读写器和传感器的最佳布设方案。 防爆与安全认证： 确保所有设备符合矿井防爆要求。 安装与调试： 专业的安装团队，严格的系统调试与性能测试。 系统维护与优化： 定期检查与校准： 确保传感器数据的准确性。 设备故障排除： 快速响应和处理RFID标签、读写器、网关等设备的故障。 软件升级与优化： 持续更新通信协议、数据处理算法和用户界面。 功耗管理与电池更换（针对有源设备）： 制定合理的功耗管理策略。 第五部分：面临的挑战与未来展望 现有挑战： 信号穿透的局限性： 深度、水体、高密度金属对RFID信号的衰减依然是难题。 数据容量与传输速率： 对于需要传输大量复杂数据的传感器，RFID的原始数据传输能力可能受限。 成本考量： 大规模部署RFID标签和读写器，特别是高防护等级的设备，成本依然是重要因素。 环境适应性： 极端高温、高压、强腐蚀性等特殊矿井环境对RFID设备性能的持续考验。 标准化与互操作性： 确保不同厂商设备之间的兼容性。 未来发展趋势： RFID与其他技术的融合： 与5G/6G通信、低功耗广域网（LPWAN）、人工智能（AI）、大数据分析等深度融合，构建更智能、更全面的地下物联网。 超宽带（UWB）与RFID的互补： UWB技术在高精度定位方面的优势，与RFID的识别和区域追踪能力结合。 更高性能的RFID芯片与天线： 研发更低功耗、更高灵敏度、更强穿透能力、更宽工作频段的RFID器件。 自组网与智能化： 传感器节点具备更强的自主学习和组网能力，形成高度智能化的分布式感知网络。 能量收集技术： 探索利用环境能量（如振动、温差）为RFID标签和传感器供电，实现真正的“能源互联网”。 数字孪生在矿井中的应用： 将RFID传感器数据与矿井三维模型结合，构建矿井的数字孪生，实现虚拟仿真、状态监测与远程控制。 结论 《深潜之脉：RFID技术驱动的地下探测与数据互联》系统性地阐述了RFID技术在解决地下矿井通信难题中的核心作用。通过详细的技术解析、应用场景分析以及对未来发展趋势的展望，本书为读者提供了一个全面而深入的认知框架。它不仅是一部技术手册，更是一份关于如何利用创新科技赋能传统产业、提升安全水平、优化作业效率的实践指南，必将为地下矿井的智能化转型贡献重要力量。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这个选题，我的第一反应是这绝对是一本技术硬菜，不是那种泛泛而谈的管理学或安全导论书籍。我关注的重点在于其技术实现细节的深度和广度。具体来说，关于“传感器网络”的部分，我希望看到对网络拓扑结构、数据路由协议的创新性探讨。在矿井这种受限空间内，网络的自组织能力和能量管理策略至关重要。书中是否探讨了如何利用RFID阅读器本身作为信息中继节点，构建多跳的通信路径？此外，RFID技术在定位精度上的潜力也是一个关键点。如果能详细介绍如何通过后处理算法，结合多个阅读器的信号强度（RSSI）信息，实现对井下人员和关键设备的三维实时定位，并能精确到米级误差以内，那么这本书的价值将远超一般的通信技术综述。我个人非常推崇那些能将理论模型与实际工程参数（如天线增益、发射功率、工作频率选择）紧密结合的著作，希望这本书能提供这样的深度分析。

评分☆☆☆☆☆

阅读这类书籍，我最期待看到的是作者在方法论上的创新性。无线通信在地下环境中的衰减模型是一个经典难题。如果这本书仅仅是简单地套用Free Space Path Loss模型或者标准的多径衰减模型，那就显得有些力不从心了。我热切期盼看到作者是基于大量的矿井现场测量数据，建立起一套更贴合实际岩层、支架结构特点的信道衰减模型。此外，RFID在识别和追踪方面的独特优势，是否被充分利用在了人员安全管理上？比如，通过标签的唯一ID和阅读器的空间分布，构建一个实时的“人员-位置”数字孪生模型。如果书中能清晰地展示，当发生突发事件时，这套网络是如何实现快速、精准的个体定位和区域隔离，从而指导救援行动的，那么这本书的价值无疑是无可替代的。它需要的不仅是技术罗列，更是一种对极端环境下信息流动的深刻洞察。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我对这种高度专业化的书籍往往抱持着审慎乐观的态度，因为很多时候，这类著作的学术性有余而实用性不足。我希望看到的是，作者在论述RFID技术在矿井中的应用时，能够平衡先进性与成熟度。例如，是侧重于介绍最新的前沿研究（如超高频UHF在某些特殊介质下的表现），还是更倾向于介绍已经被证明在实际矿井中稳定运行的解决方案（如低频LF技术的穿透优势）。如果作者能提供一个详尽的成本效益分析就太棒了——相较于部署昂贵的分布式光纤网络或复杂的跳频无线Mesh网络，基于RFID的方案在部署周期、维护难度以及总体拥有成本（TCO）上到底有何优势？这种对工程经济学的考量，往往决定了一项技术能否真正被大规模推广应用，这也是我评价一本技术书籍是否“接地气”的重要标准。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对工业物联网（IIoT）领域有长期观察的读者，我总是在寻找那些能够真正解决“最后一公里”连接难题的方案。地下矿井，无疑是IIoT面临的最严峻的考验之一。这本书的价值点应该在于，它没有回避RFID技术本身的局限性——比如读取距离短、易受金属和水体干扰。因此，我期待看到作者是如何巧妙地利用或规避这些限制的。例如，在巷道拐角、工作面等关键区域，采用了何种特殊设计的RFID标签或阅读器阵列来确保数据采集的连续性？更深层次地，我想了解的是系统级的集成性。这套基于RFID的传感器网络，如何与现有的通风、防爆监控系统进行数据接口的打通？如果书中能提供一套完整的系统架构图，涵盖从物理层到应用层的各个模块设计和接口规范，那它就不仅仅是一本技术手册，而是一套可供参考的工程蓝图了。

评分☆☆☆☆☆

这本《地下矿井无线通信――基于RFID的传感器网络》的书籍，从书名来看，似乎专注于一个极其专业和垂直的领域。我个人对于矿井安全和现代化技术结合的交叉学科抱有浓厚的兴趣，因此，我期待能在这本书中看到对于现有矿井通信技术瓶颈的深刻剖析。一个理想的阅读体验应该是，作者能够不仅仅停留在理论层面的介绍，而是要深入到实际应用场景中去，例如，如何克服地下深处复杂的电磁环境、高湿度和高粉尘对RFID信号传输的影响。我非常想知道，书中是否详细阐述了如何设计一套健壮的、低功耗的RFID传感器节点，这些节点如何在恶劣环境中长期稳定运行，并且能可靠地将数据传输到地面控制中心。如果能辅以具体的案例研究，比如某次模拟救援或日常生产监控中，基于RFID网络的系统是如何展现出比传统有线或射频系统更优越的鲁棒性和部署灵活性的，那将是极大的加分项。这本书若能成功搭建起“地下环境挑战”与“RFID解决方案”之间的桥梁，对于提升矿井的智能化管理水平无疑具有指导意义。