井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

彭怡

【摘要】論述了井下人員定位系統(tǒng)的實(shí)施背景和系統(tǒng)原理，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程和功能的描述，分析了系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方法。

【關(guān)鍵詞】井下人員定位;遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù);射頻卡

Abstract：Discusses the underground personnel positioning system implementation background and system principle，through the system implementation process and the function description，analyzes the problems existing in the system，put forward corresponding settlement method.

Key Words：Underground personnel positioning;Long-range radio frequency identification technology;Radio frequency card

一、煤礦井下人員定位系統(tǒng)的提出：

煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，環(huán)境惡劣，自然災(zāi)害多，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和人身安全，如何實(shí)現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速履行煤礦安全監(jiān)測(cè)職能，有效進(jìn)行礦工管理，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的高效運(yùn)作顯得尤為重要和緊迫。面對(duì)新形勢(shì)、新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)，國(guó)家各級(jí)主管部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)對(duì)安全生產(chǎn)工作提出了很高的要求和期望。煤礦井下人員定位系統(tǒng)是以災(zāi)害預(yù)防、事故救助、電子信息化管理為主要目標(biāo)的信息化和智能化系統(tǒng)，系統(tǒng)的投入改變了目前煤礦企業(yè)對(duì)井下人員落后的管理模式，對(duì)安全生產(chǎn)、調(diào)度指揮、科學(xué)決策提供了直觀、可靠的手段。

二、系統(tǒng)原理

遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù)是先進(jìn)的第四代自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，近幾年得到了迅速推廣應(yīng)用。它具有識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別準(zhǔn)確率高、識(shí)別速度快、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、可穿透非金屬材料等特點(diǎn)，運(yùn)用范圍廣。

煤礦井下人員定位系統(tǒng)是通過(guò)分布在井下各個(gè)區(qū)域的識(shí)別分站來(lái)識(shí)別員工攜帶的遠(yuǎn)距離識(shí)別卡（RFID）信息，通過(guò)讀取到識(shí)別卡信息的各個(gè)分站地點(diǎn)和時(shí)間，來(lái)確定攜卡人員的行走軌跡、停留地點(diǎn)。通過(guò)服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判定任意時(shí)刻能準(zhǔn)確判定井下人員分布、人員行走軌跡、任意地點(diǎn)、任意人員的位置、井下人員狀態(tài)異常報(bào)警等。

三、系統(tǒng)的實(shí)施

系統(tǒng)由服務(wù)器、磁盤(pán)陣列、工業(yè)交換機(jī)、控制分站、讀卡分站、供電電源、人員識(shí)別卡、數(shù)據(jù)傳輸線纜/光纜、地面LED屏顯示控制系統(tǒng)等組成。數(shù)據(jù)傳輸主干采用的是千兆光纜環(huán)網(wǎng)，保障數(shù)據(jù)的不間斷傳輸。各控制分站接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)，各分站間采用的是CAN總線數(shù)據(jù)電纜，井口建設(shè)安裝全彩大屏，用于井上下人員信息顯示及視頻通報(bào)的播出。地面機(jī)房放置二臺(tái)服務(wù)器熱備份冗余。如圖1所示。

在井下人員行進(jìn)及工作地點(diǎn)，按照讀卡器的有效識(shí)別距離設(shè)置讀卡分站，讀卡分站實(shí)時(shí)采集區(qū)域內(nèi)的遠(yuǎn)距離識(shí)別卡（RFID）信息，系統(tǒng)根據(jù)井下基站進(jìn)行人員實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)獲取，確定人員行走的時(shí)間、位置，以確定人員行走軌跡?？筛櫨氯我庖粋€(gè)或多個(gè)人員的移動(dòng)軌跡。

系統(tǒng)按周期對(duì)各個(gè)分站進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)經(jīng)服務(wù)器實(shí)時(shí)分析匯總形成整體的定位信息，將人員的移動(dòng)信息實(shí)時(shí)的顯示在二維場(chǎng)景中，并且記錄定位目標(biāo)的移動(dòng)時(shí)間軌跡等信息，用于下井人員信息的查詢。通過(guò)人員管理面板，管理人員能夠根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用各個(gè)區(qū)域人員的狀態(tài)及歷史軌跡，實(shí)現(xiàn)井下人員的精確定位。通過(guò)應(yīng)急交互通訊功能實(shí)現(xiàn)井上下緊急信息的傳遞。

四、系統(tǒng)功能

1.對(duì)工作面工作人員進(jìn)行超時(shí)查詢

該系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)超時(shí)作業(yè)人員，一旦超過(guò)規(guī)定時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并顯示該人員信息及所在位置，避免了井下人員疲勞工作，排出安全隱患。

2.安檢人員，瓦斯檢查工，巡回檢查管理

對(duì)特殊人員，特殊工種能實(shí)現(xiàn)對(duì)其軌跡查詢，查看當(dāng)班人員是否按工作要求進(jìn)行巡檢，確保工作的有效性。

3.安全調(diào)度，救援呼叫管理

當(dāng)個(gè)人或群體遇到緊急情況時(shí)，能發(fā)出求救信號(hào)，調(diào)度室能及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，并第一時(shí)間開(kāi)展安全調(diào)度工作。

4.禁區(qū)報(bào)警

當(dāng)限制區(qū)域有人員活動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間報(bào)警，有助于煤礦領(lǐng)導(dǎo)層做出正確判斷，對(duì)限制區(qū)域人員進(jìn)行管理。

5.突發(fā)事故緊急救援管理

該系統(tǒng)的完成為礦山的安全生產(chǎn)提供了保障，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，救援人員也可根據(jù)礦用人員管理系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解有關(guān)人員的位置情況，在最短時(shí)間內(nèi)找到事故地點(diǎn)及人員。及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。并查看人員具體信息。

五、存在問(wèn)題及解決方案

1.標(biāo)識(shí)卡有效工作時(shí)間短問(wèn)題

射頻卡（RFID）的電量問(wèn)題是影響信號(hào)發(fā)送與接收的關(guān)鍵問(wèn)題，由于采用紐扣電池，有效供電時(shí)間短，對(duì)讀卡效果有一定影響。一方面，可研制方便直觀的電量測(cè)試裝置，員工入井前及時(shí)監(jiān)測(cè)到弱電量情況，更換電池，保證射頻卡（RFID）的正常工作。另一思路是研究燈卡合一的標(biāo)識(shí)卡，既解決供電問(wèn)題，又減輕攜帶者的負(fù)擔(dān)。

2.同地點(diǎn)多攜卡人情況下漏檢問(wèn)題

受射頻卡讀卡速度和顯示周期限制，多人同區(qū)域存在時(shí)，如上下井口、車站等地點(diǎn)，易出現(xiàn)漏讀且不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)。在實(shí)施中多采用管理手段進(jìn)行補(bǔ)充，如在人員匯聚點(diǎn)各出入點(diǎn)設(shè)置讀卡器，通過(guò)軟件甄別有效數(shù)據(jù)等。

3.攜卡人快速通過(guò)時(shí)漏讀（如乘車途中）問(wèn)題

可在移動(dòng)設(shè)備上設(shè)置相應(yīng)分站，采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，既可解決漏讀問(wèn)題，又可實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)態(tài)管理。

4.井上下呼叫功能的完善

人員定位系統(tǒng)信息傳輸?shù)姆较蚴请p向的，作為保證礦工安全的系統(tǒng)由井上向井下發(fā)送信息時(shí)，識(shí)別卡的表現(xiàn)現(xiàn)象僅僅是識(shí)別卡上的指示燈閃亮，信息指向不明確，且被呼叫的人員不易發(fā)現(xiàn)，應(yīng)在識(shí)別卡上增加聲音、振動(dòng)等，以便方便井下被呼叫人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

六、結(jié)論

綜上所述，煤礦井下定位系統(tǒng)作為一個(gè)新生事物難免有其不完善和需要改進(jìn)的方面，隨著實(shí)施數(shù)據(jù)的積累和進(jìn)一步的功能開(kāi)發(fā)，煤礦井下定位系統(tǒng)在煤礦安全管理上的應(yīng)用會(huì)為煤礦的安全生產(chǎn)帶了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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