基于超寬帶的人員精確定位系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用研究

＊崔佳佳 崔中和

（潞安化工集團(tuán)王莊煤礦 山西 046031）

前言

通常情況下，井下采煤具有較大復(fù)雜性以及危險(xiǎn)性，因此要想保證采礦工作的順利進(jìn)行，必須做好井下開采工作的安全性。其中實(shí)時(shí)了解井下工作人員的位置，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)安全調(diào)度。通常井下設(shè)置UWB精確定位技術(shù)，這樣可以有效地定位井下人員的準(zhǔn)確位置，從而可以有效地管理井下工作人員的安全性，當(dāng)出現(xiàn)安全事故時(shí)可以以最快的速度進(jìn)行營救。由此可以看出，煤礦井下人員定位系統(tǒng)對于井下安全生產(chǎn)起到非常重要的角色。

1.系統(tǒng)總體架構(gòu)

通常KJ69J礦用人員管理系統(tǒng)主要包含如下幾個(gè)方面：第一，地面中心站；第二，傳輸平臺(tái)；第三，三維GIS一體化融合軟件；第四，傳輸光纜；第五，WiFi通訊單元；第六，礦用本安型讀卡器；第七，礦用隔爆兼本安不間斷電源箱等。通過分析井下工作需要在該礦共計(jì)設(shè)置如下幾個(gè)主要設(shè)備：第一，99臺(tái)安裝礦用本安型讀卡器；第二，68臺(tái)區(qū)域讀卡器；第三，2878張精確定位識(shí)別卡；第四，限員管理屏16塊；第五，報(bào)警箱16個(gè)等在該系統(tǒng)設(shè)置有無線WiFi功能，從而極大的滿足通訊需要，與此同時(shí)能夠有效地?cái)U(kuò)大井下無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積。為了能夠保證設(shè)備的續(xù)航能力，在其中設(shè)置了備用電池，其可以使用8h以上，進(jìn)而保證了信號的穩(wěn)定性。

(1)區(qū)域定位方式

①能夠?qū)崿F(xiàn)對采掘工作面的精準(zhǔn)定位，在該礦區(qū)采掘工作面都設(shè)置了精準(zhǔn)定位讀卡器。

②在八條運(yùn)輸巷道中都設(shè)置精準(zhǔn)讀卡器，這樣可以實(shí)時(shí)查找工作人員的活動(dòng)軌跡。

③在沖擊電壓礦井中，設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)測動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)定位設(shè)備。

(2)傳輸方式

以萬兆網(wǎng)進(jìn)行信息的輸送，同時(shí)在每一個(gè)采取選用環(huán)網(wǎng)的形式，從而可以有效地保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。設(shè)置在運(yùn)輸大巷中的精準(zhǔn)定位讀卡器可以選用光線進(jìn)行傳輸，這樣能夠大大提高傳輸效率，進(jìn)而能夠縮短系統(tǒng)的監(jiān)測的時(shí)長。對于采掘工作面順槽巷道而言，其讀卡器為PLC傳輸形式。與此同時(shí)，可以采用線纜進(jìn)行接入，這樣可以便于維護(hù)工作人員開展維護(hù)工作。

2.系統(tǒng)硬件組成

(1)地面中心站

對于地面機(jī)房而言，通常設(shè)置如下幾個(gè)設(shè)備：第一，兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)；第二，一臺(tái)GIS服務(wù)器；第三，調(diào)度室內(nèi)配置打印機(jī)等。該系統(tǒng)可以通過地面中心站進(jìn)行備份，其保存的時(shí)間可以達(dá)到1年以上，同時(shí)可以對讀卡器的故障進(jìn)行實(shí)施檢測。

(2)傳輸平臺(tái)

該定位系統(tǒng)可以選用環(huán)網(wǎng)傳輸，通常井下礦用本安型讀卡器可以借助光纜將其與環(huán)網(wǎng)進(jìn)行連接，再次借助光纜實(shí)現(xiàn)向下傳輸。

(3)讀卡器

通常在礦用本安型讀卡器中，核心的元器件為微處理器，能夠借助通信技術(shù)識(shí)別定位標(biāo)示卡中的信號，進(jìn)而對其進(jìn)行處理。這樣能夠準(zhǔn)確的識(shí)別井下人員的位置信息，以及車輛信息等，并且在讀卡器中設(shè)置了WiFi通信功能。

(4)不間斷電源

其屬于直流穩(wěn)壓型的范疇，可以在瓦斯與煤塵爆炸的環(huán)境中高效運(yùn)行。與此同時(shí)，可以給礦用本質(zhì)安全型設(shè)備提供電源。同時(shí)其設(shè)置有如下幾個(gè)方面的功能：其一，電保護(hù)功能；其二，防止過充電；其三，過放電保護(hù)。

(5)本安型信息礦燈

將人員標(biāo)識(shí)卡與礦燈安裝在一起，這樣能夠最大限度的降低標(biāo)識(shí)卡換電池的問題，從而不僅能夠大大降低維護(hù)人員的工作量，而且可以降低不必要的維護(hù)成本。

3.軟件功能實(shí)現(xiàn)

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測功能。能夠?qū)Ξ?dāng)下礦井工作人員的數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，與此同時(shí)能夠有效地檢測井下各個(gè)單位的人員數(shù)量，以及重點(diǎn)檢測特殊人員的工作情況。

（2）精確查詢功能?？梢詫绿厥鈲徫?、部門人員某一時(shí)刻所處的位置以及對某一個(gè)工作人員所在位置進(jìn)行精確地定位以及抽查某一個(gè)時(shí)刻的人員數(shù)量。

（3）安全報(bào)警功能。主要包括如下幾個(gè)方面的功能：第一，雙向呼叫功能；第二，區(qū)域超員報(bào)警；第三，工作異常報(bào)警；第四，門禁功能；第五，區(qū)域人限入報(bào)警功能等。

（4）統(tǒng)計(jì)考勤功能。能夠?qū)θ我话啻稳藛T進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)可以單獨(dú)審核某些特殊的工種與相應(yīng)的職務(wù)。

（5）信息聯(lián)網(wǎng)功能。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)操作，主要可以查詢?nèi)缦聨讉€(gè)方面的信息：第一，人員信息；第二，區(qū)域位置的信息；第三，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；第四，報(bào)警信息等。

4.主要技術(shù)指標(biāo)

（1）系統(tǒng)所具有的容量。其能夠設(shè)置512個(gè)讀卡器，6500個(gè)標(biāo)識(shí)卡，同時(shí)讀卡器可以識(shí)別200以上各識(shí)別卡。

（2）傳輸方式。對于系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)可以選用以太環(huán)網(wǎng)，對于分站而言可以選用有線與無線相結(jié)合的形式。通常對于讀卡器與分站點(diǎn)之間設(shè)置為有線傳輸形式，主要包括以太網(wǎng)、RS485、CAN等。

（3）無線傳輸距離。一般情況下，讀卡器與標(biāo)識(shí)卡之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息的交互，兩者之間距離需要設(shè)定在400m以內(nèi)。

（4）實(shí)現(xiàn)精確定位。對于系統(tǒng)輔助大巷而言，通常能夠定位30cm范圍內(nèi)的信息。而采煤工作面，其定位精度可以達(dá)到1km以內(nèi)。

（5）傳輸誤碼率。應(yīng)該控制在10-8以內(nèi)。

（6）對于系統(tǒng)巡檢頻率而言。該系統(tǒng)巡航頻率應(yīng)該在0.24s-1以內(nèi)。

（7）對于漏讀率而言。該系統(tǒng)漏讀率應(yīng)該在10-4以內(nèi)。一般可以采用充電電池實(shí)現(xiàn)標(biāo)示卡的充電，一次充滿電可以使用30天以上，而電池的使用壽命應(yīng)該大于一年。

（8）存儲(chǔ)時(shí)間。該讀卡器儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的時(shí)間應(yīng)該大于2h。假如初選通訊故障問題時(shí)，該讀卡器依舊可以保存6000條人員位置信息，等到接通后將上傳數(shù)據(jù)。

5.多系統(tǒng)融合

(1)設(shè)備級融合

通常在安全監(jiān)測系統(tǒng)綜合分析站中，設(shè)置對應(yīng)的人員定位系統(tǒng)，這樣可以借助原先的通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)信號的傳輸，不僅可節(jié)約過多的資金投入，而且可以實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備的融合。通?？梢栽谌藛T定位讀卡器上面設(shè)置WiFi單元、PLC單元。無線通訊單元與精確定位單元共同采用一個(gè)天線，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備高度集成。

(2)系統(tǒng)級融合/

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)融合，假如采掘工作面處于氣體超標(biāo)的狀態(tài)，那么系統(tǒng)將會(huì)自發(fā)的觸發(fā)聯(lián)控，因此標(biāo)識(shí)卡警示燈將會(huì)依據(jù)相應(yīng)的條件閃爍，同時(shí)應(yīng)急廣播也會(huì)報(bào)警。

6.防沖限員管理

對于受到?jīng)_擊低壓影響的煤礦而言，往往需要在采煤工作面位置安裝高精度的定位系統(tǒng)，同時(shí)需要在掘進(jìn)頭200m位置設(shè)置相應(yīng)的限員工作站，同時(shí)在該站兩側(cè)設(shè)置高精度定位讀卡器。一般的，需要在采煤工作面前方300m位置設(shè)置一個(gè)限員設(shè)備，一般包括如下幾個(gè)單元組成：第一，精確定位分站；第二，本安顯示牌；第三，通信廣播裝置等等，其可以實(shí)現(xiàn)對工作面人員數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。

7.系統(tǒng)應(yīng)用效果

經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，處于靜態(tài)環(huán)境下定位系統(tǒng)可以達(dá)到30cm。對于采掘工作面而言，其能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位與無線WiFi信號全覆蓋。對于掘進(jìn)工作面等相對復(fù)雜的工況條件下，其定位精度可以達(dá)到1m以內(nèi)，這樣可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)功能：第一，對采掘工作面人員進(jìn)行限員管理；第二，進(jìn)行定位考勤；第三，實(shí)現(xiàn)人員的統(tǒng)計(jì)；第四，精確地查詢?nèi)藛T的位置；第五，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)工作等，從而可以極大地方便對礦井的管理，優(yōu)化抗災(zāi)的能力，進(jìn)而可以極大地優(yōu)化井下安全作業(yè)性。

8.結(jié)束語

總之，將該系統(tǒng)運(yùn)用到運(yùn)輸巷道以及采掘工作面實(shí)現(xiàn)人員的精確定位，以及設(shè)置井下全覆蓋的無線WiFi，最大限度的提高了通訊的未定性。將來，不斷對該系統(tǒng)進(jìn)行完善，同時(shí)將安全監(jiān)控、調(diào)度信息、通風(fēng)與排水、車輛管理等融入其中，從而可以實(shí)現(xiàn)共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行報(bào)警聯(lián)動(dòng)等，最大限度的提高井下作業(yè)的安全性。