煤礦井下人員定位系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

王一紓

摘要：井下人員定位系統(tǒng)是煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”之一。文章闡述了國(guó)內(nèi)煤礦人員定位系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀;分析了RFID技術(shù)、Zigbee技術(shù)、CAN（ControllerAreaNetwork）總線、GIS技術(shù)、WiFi技術(shù)和RSSI方法在煤礦人員定位系統(tǒng)中常用技術(shù)的工作特性及應(yīng)用情況本文介紹兩種：KJ90礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)和KJ260型煤礦人員定位系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：煤礦;人員定位系統(tǒng);現(xiàn)狀;發(fā)展

近年來我國(guó)煤礦事故攀升趨勢(shì)嚴(yán)重，煤礦安全狀況令人擔(dān)憂。目前，煤礦安全普遍存在著以下隱患：井上管理人員不能及時(shí)與井下工作人員進(jìn)行即時(shí)通信，不能實(shí)時(shí)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況，難以進(jìn)行人員的精確定位。因此，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速履行煤礦安全監(jiān)測(cè)職能，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的高效運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化，如何解決煤礦井下人員精確、簡(jiǎn)單、實(shí)用的定位系統(tǒng)已成為礦的救護(hù)亟待解決的課題之一。

1 煤礦人員定位主流技術(shù)

1.1RFID技術(shù)

射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，簡(jiǎn)稱RFID）技術(shù)自20世紀(jì)80年代提出以來，得到了迅速的發(fā)展，是目前應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的技術(shù)之一，在身份識(shí)別、物流管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)品核心部件跟蹤等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。RFID技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)而且它的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是不接觸性的，它的技術(shù)核心是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線電和大規(guī)模集成電路。RFID技術(shù)組成的系統(tǒng)十分龐大，主要的組成部分有電子標(biāo)簽、閱讀器、應(yīng)用接口和通訊網(wǎng)絡(luò)。能量與數(shù)據(jù)之間的傳遞主要是通過空間的傳遞，而在空間傳遞中起主要作用的就是電子基于RFID的人員定位系統(tǒng)一共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，分別為無源射頻近距離識(shí)別階段、有源微波遠(yuǎn)距離識(shí)別階段、雙向識(shí)別通信階段。目前，在市場(chǎng)中占有一席之地的有30多種。雖然它們?cè)谠O(shè)計(jì)上、性能中都存在某些不足，但在促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)，保障井下作業(yè)人員生命安全等方面發(fā)揮的重要作用。

1.2ZigBee技術(shù)

Zigbee技術(shù)是一種傳輸速率低、功耗低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、時(shí)延短、安全、有效范圍小、工作頻段靈活的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控標(biāo)簽與閱讀器之間建立的耦合通道。制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。完整的ZigBee體系結(jié)構(gòu)基于ZigBee的人員定位系統(tǒng)，是一個(gè)無線的定位系統(tǒng)。組成這個(gè)系統(tǒng)的是大量的不可計(jì)算的ZigBee無線傳感器，ZigBee無線傳感器形成網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最終來形成復(fù)雜的基于ZigBee的煤礦井下人員定位系統(tǒng)?；赯igBee的無線定位模塊分為兩類：一類為ZigBee模塊，還有一類為移動(dòng)定位模塊。它們兩者之間的區(qū)別就是：ZigBee模塊中的錨節(jié)點(diǎn)的位置是已知的，并且是不可變的;而移動(dòng)定位模塊，是由一些器件組成，由井下人員佩戴在身上，是可移動(dòng)的。

1.3CAN技術(shù)

CAN（ControllerAreaNetwork）總線，又稱控制器局域網(wǎng)。最初應(yīng)用在80年代末的汽車工業(yè)里，后來是Boseh公司進(jìn)行改進(jìn)，推出在現(xiàn)代汽車技術(shù)中使用。它具有速率高、抗電磁干擾性強(qiáng)、可靠性高、設(shè)計(jì)靈活、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，而且能夠檢測(cè)到產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的眾多領(lǐng)域。

1.4GIS技術(shù)

GIS（GeographicInformationSystem，即地理信息系統(tǒng)）是用于獲取、存儲(chǔ)、查詢、綜合、處理、分析和顯示與地球表面位置有關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在礦井的救護(hù)系統(tǒng)中將運(yùn)用到GIS技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控到井下人員的信息、及時(shí)定位井下人員，對(duì)礦井救護(hù)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.5RSSI方法

因?yàn)镽SSI的定位方法不需要額外的硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用，所有測(cè)距方法中，RSSI定位方法是最基本的測(cè)距方法。由于采煤工藝不同，在國(guó)外一些礦井應(yīng)用較好，但是在國(guó)內(nèi)應(yīng)用并不好。

1.6WiFi技術(shù)

WiFi，全拼為WirelessFidelity。是無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N。WiFi也是IEEE所定義的無線通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11。無線局域網(wǎng)抓住有線局域網(wǎng)的某些不足，進(jìn)行改進(jìn)。加一些無線通訊設(shè)備，無線局域網(wǎng)在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上使通信得以實(shí)現(xiàn)。

2應(yīng)用較多的人員定位系統(tǒng)

人員定位系統(tǒng)主要有：KJ90、KJ133、KJ222、KJ260等。各個(gè)煤礦根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)條件、煤礦地質(zhì)條件進(jìn)行選擇。

2.1KJ90礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)

系統(tǒng)是基于RFID技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)為一體的應(yīng)用系統(tǒng)，并采用雙頻點(diǎn)長(zhǎng)短波頻率來完成通信。該系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成，硬件系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控主機(jī)、KFD-3型人員跟蹤定位分站及配套的發(fā)射天線和接收天線、人員標(biāo)志卡、數(shù)據(jù)傳輸接口、礦用阻燃電纜及接線盒組成。軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件兩部分，這兩部分軟件共同完成和支撐著信息采集、識(shí)別、加工、顯示、存儲(chǔ)及傳輸?shù)墓ぷ?。KJ90礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)相對(duì)于其他系統(tǒng)而言，具有的特點(diǎn)為：作用距離遠(yuǎn)、穿透信號(hào)能力高、保密性高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、便于網(wǎng)絡(luò)連接等優(yōu)點(diǎn)。但是該系統(tǒng)在井下無線傳輸距離短，僅能夠?qū)θ藛T是否出現(xiàn)在井下某一范圍內(nèi)進(jìn)行確認(rèn)，而不能做到精確定位。在井下如果采用間隔一段距離就布置一個(gè)接收器，可以滿足全覆蓋的要求。但是工作量太大，維護(hù)的成本過高，一般不予以采用。

2.2KJ260型煤礦人員定位系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由地面計(jì)算機(jī)、傳輸接口及防雷保安器、考勤管理分站、基站電源、信號(hào)中繼器、身份識(shí)別卡、傳輸電纜等組成。下井員工隨身攜帶身份識(shí)別卡，員工的數(shù)據(jù)是由考勤管理分站存入考勤管理分站數(shù)據(jù)庫(kù)。分站數(shù)據(jù)庫(kù)再將信息傳至地面計(jì)算機(jī)。地面計(jì)算機(jī)利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)提供有利保證。KJ260型煤礦人員定位系統(tǒng)具有智能跟蹤考勤、實(shí)時(shí)通話、報(bào)警提示、信息共享等優(yōu)點(diǎn)。

3發(fā)展趨勢(shì)

因?yàn)槊旱V企業(yè)開采的特殊性，有線無線通信技術(shù)受到了限制，相反RSSI技術(shù)等一批具有優(yōu)勢(shì)性的無線通信技術(shù)在國(guó)外的煤礦行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用，并且效果相當(dāng)不錯(cuò)。相對(duì)于國(guó)外煤礦條件，中國(guó)煤礦行業(yè)的地質(zhì)條件復(fù)雜，井下空間狹小等一系列特點(diǎn)，導(dǎo)致信號(hào)衰減速度快，不能準(zhǔn)確傳輸數(shù)據(jù)。

4結(jié)束語

隨著人們對(duì)煤礦井下安全生產(chǎn)重視程度的加深和國(guó)家相關(guān)政策規(guī)范的不斷完善，煤礦井下人員定位技術(shù)也在不斷地發(fā)展。越來越多的新型技術(shù)也在不斷地涌現(xiàn)并運(yùn)用到實(shí)現(xiàn)井下人員的實(shí)時(shí)定位上來。隨著技術(shù)的不斷成熟穩(wěn)定，人員定位安全系統(tǒng)的現(xiàn)狀必將會(huì)得到更大的改變和完善。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張無病.煤礦井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析.通訊世界，2016.12.247-248.

（作者單位：遼源礦業(yè)集團(tuán)西安煤業(yè)公司）