矿井人员定位系统

矿井人员定位系统（精选十篇）

矿井人员定位系统 篇1

1)矿井人员定位系统是以现代无线电编码通讯技术为基础,应用现代无线电通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术,结合目前流行的数据通讯、数据处理及图形展示软件等技术。系统能够及时、准确的将井下各个区域人员和移动设备情况动态反映到地面计算机系统,使管理人员能够随时掌握井下人员总数及分布状况;系统能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运动轨迹,以便于企业进行更加合理的调度和管理。

人员定位系统的主要功能有:

作业人员的自动考勤及超时报警;

作业人员入井身份唯一性核实;

作业人员动态分布及定位监控;

实现地面调度中心即可呼叫井下某人或全部人员升井或撤离,又可响应人员求救的双向信号呼叫功能;

通过点检检查功能,准确了解各岗位人员下井巡检路线及到位情况;

作业人员靠近危险区域报警及事后跟踪管理。

2)人员定位系统的这些功能可以解决在辅助运输中矿车周转率低的弊病,对矿井辅助运输管理意义重大。

(1)首先需要建立与人员定位系统软件相同,但是完全分开的独立系统。在每张矿车上安装定位仪标示卡,一张车皮对应一个定位仪编号。这样矿车就有了自己的“身份证”,利用定位系统对人员总数及运动轨迹的功能,运输调度人员可以实时对井下矿车的总数及使用地点、分布情况进行掌握。能够将指定的矿车运送到指定地点,在地面就可以了解矿车的到位情况,即使矿车在运输途中因各种原因丢失,也能在最短时间找到,避免送错料或者送丢料的现象。

(2)由于人员定位系统具有超时报警的功能,可以通过设定超时报警的时间来约束生产单位无故占用矿车的现象,比如将报警时间设定为两天48小时,在车皮到达井下生产面时间算起,48小时内生产单位必须将料卸完,到了报警时间运输区安排电机车去拉,如果仍然占用车皮,要进行处罚。

(3)便于对车皮进行统一管理。对于各个批次到的矿车可以备注到货日期、型号等,对于不符合要求的车皮可以在地面调度就能发现,不准使用。比如,我矿使用的18吨平板车不准打运大件到斜巷,如果有工人无意用了此型号的平板车,就能够及时发现,避免出现事故。此外,对于车皮的维护有重要意义,由于车皮的“身份证”,车皮完全可以实现循环检修维护,不落死角。

(4)利用定位系统人员靠近危险区域报警的功能,可以设定禁止矿车进入的区域,一旦进入该区域,能够自动报警。可以避免矿车被闲置在无生产队伍的巷道内。

3)通过以上定位系统的几点功能在车皮管理上的应用的介绍,无论是矿车在日常使用、管理及维护上都有重要的意义,且人员定位系统技术成熟,设备在井下分布齐全,只需要将标示卡安装到矿车上就能实现上述功能,具有很大的可行性。

摘要：刘庄煤矿井下使用的矿车由于使用面广且流动性大,往往不能及时发现矿车在哪个施工头面,导致刘庄煤矿井下矿车经常出现积压,车皮利用率大大降低,对矿井生产造成不利影响,对矿车定位系统的研究就是为了解决以上难题,建设安全高效矿井辅助运输打下坚实的基础。

矿井人员定位系统 篇2

类别：矿井人员管理系统

研制单位：煤科总院北京矿山安全技术研究分院

联 系 人:戴永强

联系电话:（010）84262463 / 84261623 / 84261603

用途：KJ236（A）矿井人员定位考勤系统提供了丰富的数据、图形信息，让用户迅速了解井下人员的当前位置情况、行走路径，按照煤矿的实际情况提供考勤的功能，当矿井出现险情和灾害时，根据人员分布情况提供最佳的逃生路线，同时给救援人员提供相应的救援措施，提高应急救援工作的效率；有力保障矿井安全，提高了煤矿的生产效率。系统概述和构成：

KJ236（A）矿井人员定位考勤系统提供了丰富的数据、图形信息，让用户迅速了解井下人员的当前位置情况、行走路径，按照煤矿的实际情况提供考勤的功能，当矿井出现险情和灾害时，根据人员分布情况提供最佳的逃生路线，同时给救援人员提供相应的救援措施，提高应急救援工作的效率；有力保障矿井安全，提高了煤矿的生产效率。

KJ236（A）矿井人员定位考勤系统可以和本公司研制的KJ83N煤矿安全生产监控系统复用通讯线路，无须重复布线，减少投资，也可以在KJ236(A)系统通讯网络中加设环境参数、工况等其它类型的传感器，构成多功能的综合监测系统。

技术特点（功能特点）：

读卡器的数据存储功能：读卡器在通讯中断或主机发生故障时，可存储2个小时的识别卡数据。

双向通讯功能：系统实现了识别卡（无线编码器）与地面中心站双向通讯的功能，中心站可寻呼识别卡(无线编码器)，识别卡（无线编码器）可向中心站发送紧急报警信息。在采掘平面图或巷道布置平面图上实时动态显示报警人员的相对位置。

识别卡：识别卡（无线编码器）分为两类：一种是人员配备，一种是车辆配备，其中人员配备分为两种：一种是配带在腰带上，一种是粘接在矿灯上。

信息录入功能：系统具有单位部门和人员信息的录入、修改、删除的定义，以及煤矿实际应用中的班次定义、班次灵活分配的功能。

报警功能 ：对于指定的禁区，如果有人员进入，实时报警，并将报警信息以语音提示、弹出窗口等方式显示，并显示进入禁区的人员信息，对于井下矿工的求救报警除了以上提示外，在采掘平面图或巷道布置平面图

上切换到求救人员的位置，并且闪烁；通过设定相应工种的下井时间，对超过时间的人员发出报警，并给出相关人员的信息。

人员轨迹和信息查询功能：可查询当前井下人员的数量及分布情况。查找任一指定井下人员在某个时间段内的活动轨迹，并在图中画出实际的行走轨迹；选定某一区域，可获得当前该区域的人员信息，选定某一读卡器，可获得经过读卡器的人员信息和时间，以及所在区队班组、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等显示、打印、查询等功能。

丰富的地图功能：具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、图层控制、地图打印等功能。

图形绘制功能：系统提供的图形编辑软件能制作矢量图形，并且可导入AutoCAD格式的图形；绘制的图形在配套的监测的B/S终端上可实时刷新显示，图形具有放大、缩小、移动等功能。

丰富的井下考勤功能：可具体显示每个下井人员的下井时间和升井时间，并根据工种的时间规定判断不同工种的人员是否足班，从而确定该次下井是否有效。同时可形成多种灵活的考勤统计报表，各种报表可导出excel报表，考勤数据可供直接调用。

紧急求救功能：发生紧急事件时，通过矿工配带的识别卡可主动发出求救信号，及时、准确地发现紧急情况，同时系统提供最佳逃生路线，最大程度上保证救援工作的及时性。

人员搜救功能：遇到灾变等严重情况时，首先利用监测中心站最新的位置信息发现遇险人员的大致地点，然后利用手持的无线搜救仪去寻找识别卡，精确的寻找遇险人员位置。这样极大的方便了人员搜救，使遇险人员能够得到及时救助。

紧急广播功能：紧急情况发生时，可以通过监测中心站对每个矿工配带的识别卡（无线编码器)进行广播，将信息快速地传达到现场。有效地保证指挥的统一性和行动的一致性。

系统具有备用电源功能：停电后分站和读卡器可连续工作2小时以上，保证存储数据不丢失。

系统具有电压不足提示功能 ：当动目标配带的识别卡（无线编码器）电压不足时，系统软件、编码器能够指示电压不足，当电不足时识别卡至少还能工作7天以上。

系统软件双机热备份功能：系统主体软件采用先进的实时唤醒技术，使主备机具备双机自动切换功能。

软件结构：系统软件采用C/S和B/S相结合的结构形式，把业务逻辑层和表现层分开，在浏览器浏览实时人员监测信息和图形监测信息时无须

另加任何软件。B/S结构的浏览终端可在LED大屏上实时显示监控软件定制的矢量图形、数据、表格以及煤矿的其他文字图表信息(1024*768或以上)。同时向外提供统一的数据接口。

系统安全性：数据的管理采用SQL Server2000,所有的用户和权限采用集中授权，所有操作和登陆留有日志；只有超级用户和管理员才能修改数据和增加、修改用户以及权限的功能。

主要技术指标：

系统满足《煤矿井下作业人员管理系统通用技术要求》（AQ6210-2007)和《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》（AQ1048-2007）的要求。

系统容量：最多可配接64台传输分站，每台传输分站可连接4-8台无线读卡器，最多可配接256台无线读卡器，最大识别动目标数65535个。信息传输：分站采用CAN总线传输，分站与读卡器采用RS485传输；最大通讯距离不小于10km，传输速率4800bps，误码率≤10-8，巡检时间≤20s。

传输介质：系统分站与传输接口宜采用光纤或电缆，分站与读卡器采用电缆传输。

并发识别数量：读卡器并发识别卡的数量不少于150个识别卡。漏读率：系统和分站不能正确识别识别卡的概率小于10-6。

抗干扰性 ：系统无线通讯采用2.4G直接序列扩频通讯技术，抗干扰能力强，通讯距离远。

无线距离：读卡器与识别卡的寻呼通讯距离(空间无障碍)≤150 m，识别卡与读卡器通讯距离(空间无障碍)≤100 m。

二维码在矿井人机定位系统中的应用 篇3

目前应用于最底层的识别技术是射频识别技术和二维码识别技术，考虑到矿井下的环境恶劣且射频设别技术的成本较高,稳定性不可靠，容易受到外界条件的干扰的问题，本文重在初步探索二维码技术在我国矿井人机定位系统中的应用。

二维码应用现状

在国外，二维码已经得到了广泛应用。我国虽然已经掌握了二维码的核心识别技术，但是在二维码的实际推广应用上仍然存在障碍。因此,将二维码广泛应用于现代生活的各个领域是我国目前需要解决的问题。目前，二维码已经在物流管理、票证管理等领域得到了试用推行，但在一些领域仍处于初步探索阶段。

由于地下工作环境恶劣，我国的矿难事故频发，不能及时了解矿下工人的工作情况，因此需要利用先进的技术和设备，加强井下人员的考勤，推行井下人员管理监测系统，及时准确掌握入井人员人数和入井人员的工作区域。本文提出了基于二维码技术的矿井人机定位系统，并对此系统进行初步的探索研究。

矿井人机定位系统构建

1．二维码生成

二维码的生成即利用二维码编码设备，首先将矿下工人的基本信息，例如姓名、年龄、工作情况、出勤记录和工作工段等进行采集，然后根据相应的信息利用编码软件生成特定的二维码标签，再利用二维码点阵打印机打印出含有工人特定信息的二维码标签，最后将其印制在工作服等特定的位置上便于进行识读。

2．矿井人机定位系统

整个系统包括井下二维码标识，二维码识读器，通信系统及上位机控制显示系统等四部分。

基于二维码的矿井人机定位系统是利用矿下每个工人身上印制的含有自己特定信息的二维码图像记录相关信息，在每个工作地点都安装有二维码自动识别仪器。

当工人在这个工段经过二维码扫描设备时，识别器将扫描二维码上存储的相应信息，同时利用通信技术将信息传送至地表控制室进行监测控制，从而使地表工作人员能够实时监测到工人的工作位置并且读取相应工人的信息，同时可以记录考勤情况。

如果在设定的某一段时间内没有收到某个工人的信息，上位机监控软件可以发出警报信号，使地上工作人员及时发现是否出现了突发状况等，从而提高矿下工作的安全系数，及时应对井下突发状况，保证了地下工作安全有效进行。

3．人机定位软件系统

无论是基于二维码或是射频卡的矿下人机定位系统，都有实现实时监控、考勤管理、报警查询等功能的上位机软件控制界面。下面对于几个软件模块进行简要介绍。

实时监测模块是针对矿下工人的工作环境恶劣，不便于管理人员现场查看，实现对工人的工作情况、工作位置等进行监测管理的软件设计。通过有二维码扫描器识读的信息进行通信上传至上位机的控制界面进行实时的监控，及时了解地下工人的工作位置，为防止意外事件发生做好应对准备。

考勤管理模块是对地下工人的出勤记录、旷工以及工人的基本信息进行管理的系统软件。通过此系统可以及时查询和记录每位矿下工人的出勤情况，实现方便快捷地对工人工作情况进行管理。

报警查询模块是为了应对矿下突发事故而设计的系统。当识别器长时间未扫描到二维码标签信息时，此系统会发出报警信号，提示井下工作出现异常，地表管理人员能够准确作出判断并找到事故发生点，及时应对突发情况。

应用前景

二维码具有高密度、高存储容量、纠错能力强的优点，它即使在畸变程度或者破损程度高达50%时仍能恢复出原始数据信息。在环境恶劣的矿下，当二维码标签受到损坏时，可以利用它强大纠错能力的优点，使识别器仍能识读出完整的数据信息。

基于二维码的矿井人机定位系统是针对地下工作的安全问题及管理方法提出的一种应用。相比射频识别技术，低成本、高速识读、纠错能力强的二维码技术将会对井下作业发挥重要的作用，它的具体应用实施还有待于进行深入的探索研究。随着矿业的不断发展及相关技术的改进，人机定位系统必然会在该领域得到推广应用。

矿井新型人员定位系统的技术探讨 篇4

四川省攀枝花市西区肖家湾煤矿“8·29”特别重大瓦斯爆炸事故和泸县桃子沟煤矿“5·11”瓦斯爆炸事故的直接原因为违规违法组织生产的区域处于无风微风状态, 瓦斯积聚达到爆炸浓度, 因绞车失爆产生的火花或放炮后残药燃烧引爆积聚瓦斯。两个煤矿均为合法矿井, 且安装了井下人员定位系统, 然而, 由于系统本身固有的功能缺陷, 未能实现对小煤矿私挖滥采行为的有效监控, 造成了重大的人员伤亡与经济损失。因此, 在现有人员定位系统的基础上, 有必要对其功能进一步改进, 并提出一些思路。

现有人员定位系统存在的不足

现有人员定位系统是利用射频技术、数据库管理等技术手段, 通过井下的定位分站对人员信息的采集, 通过计算机对人员信息进行存储、显示和跟踪, 从而实时的掌握井下人员的分布情况。但是该技术存在着如下几个方面的问题:⑴射频读卡器、射频卡有效识别距离短, 定位精度低。射频读卡器、射频卡是人员定位系统的关键部位, 其有效识别范围决定着人员定位系统的准确性, 目前现有人员定位系统的有效识别距离一般为5~8m, 远远不能满足人员定位系统对井下人员定位精确性的要求。⑵无法解决入井人员不带射频卡的问题。小煤矿为了实现多出煤炭、多出效益, 往往在井下违规设置多个作业点非法组织生产, 同时, 为了逃避监管监察, 势必要求超出定员的入井人员不带射频卡。目前的人员定位系统无法实现对入井人员数量与射频卡数量不符的核查与报警。⑶算法存在漏洞。如图1所示, 图中的圆圈代表人员定位系统识别器的识别范围。如果入井人员走出3或4的识别范围而未进入6或5的识别范围, 则人员定位系统就会默认为人员在3和6之间的巷道内或4和5之间的巷道内, 此时如果人员进入到私挖滥采区域作业, 但人员定位系统上面显示的人员仍然在主平硐和副平硐的巷道内, 给私挖滥采留下了作弊的机会。

新型矿井人员定位系统的改进方案

基于现有人员定位系统在预防小煤矿私挖滥采方面的缺陷, 现提出以下几个新思路, 对现有人员定位系统进行改进。

研发新型射频模块

射频模块主要分为射频读卡器、射频卡、防爆电源和备用电池等四部分。射频读卡器主要负责对井下作业人员身上所佩戴的信息卡进行非接触式信息采集, 完成信息编码, 并能与上位机PC机通信;射频卡主要记录入井人员的信息, 借助于该信息实现对入井人员的自动辨别, 以非接触的方式与射频读卡器完成信息传输通信;射频读卡器的电源应符合防爆标准;备用电源作为后备电力为射频读卡器供电, 保障系统正常工作。目前的人员定位系统射频读卡器与射频卡的有效识别距离只有5~8m, 远远不能满足射频信号能够覆盖井下所有合法区域的要求, 因此, 应研发新型射频模块, 使射频读卡器的射频信号能够控制50m以上的范围。在井下巷道每隔80~90m安装一个射频读卡器, 保证所有入井人员在井下的精确位置都能在地面主机上显示。同时, 安全监管部门在监控中心也可随时对区域内的小煤矿进行监察。

将“失踪”概念引入现有人员定位系统

对现有人员定位系统进行改进, 填补其算法漏洞, 引入“失踪”的概念, 并做到“失踪”超时报警, 即:当人员走出某一识别器的识别范围而未进入另一识别器的识别范围时, 系统设定该人员处于“失踪”状态, 并对失踪时间进行限定, 当失踪时间超过限定值时 (如20min) , 系统将向安全监管部门报警, 表明失踪人员进入了私挖滥采区域进行非法作业, 安全监管部门接到报警后, 可及时进行查处并上报上级主管部门。

增加基于CCD图像传感器的人数统计技术

基于CCD图像传感器的人数统计技术的基本原理是将运动区域统计算法和图像特征神经元网络算法相结合, 综合运算得出准确出入井人数。运动区域统计算法, 即在固定相机里提取出运动区域, 根据这些运动区域进行统计。当人们运动区域和人的大小相似的时候, 你可以认为是一个人通过。当多个人距离较近的时候, 采用人体大小的先验知识, 把运动区域分成多个单独的区域, 从而估计这个数字。当然, 视频流是实时连续的, 运动区域检测和分割需要在每一帧内不断的计算。此外还要对帧间的运动区域进行跟踪, 把不同时间的运动区域连接起来, 从而给出正确的人数和行人运动方向。图像特征神经元网络算法, 即在图像中采集一些反映人体特点的比较粗糙的特征, 如图像边缘密度, 然后通过神经网络的学习和图像特征之间的非线性关系, 从而得出正确的号码。

该系统可采用顶装方式安装, 固定摄像头俯视检测区域, 检测范围覆盖全井口。当煤矿出入井人员到达检测区域时, 固定摄像头采集图像信息并实时显示, 同时经系统内部计算, 得出人员的行走方向、数量和时间等参数。

视频监控系统与人员定位系统数据的关联

利用Ethereal对井下人员定位系统通信协议和视频监控系统视频信号进行解析, 并将其数据格式转化为统一的数据模型, 从而实现将井下人员定位系统识别到的入井人数同视频监控系统识别到的入井人数进行实时对比, 当视频监控系统识别到的人数多余人员定位系统识别到的人数时, 系统将进行“超员”报警, 表明有人员未带识别卡或带坏识别卡入井, 县级安全监管部门接到报警后, 可及时对其进行查处, 并上报上级主管部门, 有效遏制煤矿工人躲避监控, 不带识别卡或带坏识别卡进入私挖滥采区域非法作业的行为。

结语

小煤矿私挖滥采行为较为普遍存在, 然而在执法检查过程中却很少能发现煤矿企业的这种作弊行为, 其中固然存在执法检查不力的情况, 但大部分则是煤矿企业在得知检查信息后, 提前对私挖滥采区域的巷道进行了临时密闭, 导致检查时一无所获。

人员定位系统简介 篇5

人 员 定 资 料

生产技术科 2012年6月

目录

一、兴隆煤矿人员定位（放炮）系统概况---1

二、主要用途及适用范围----------------------------1

三、系统结构及联网方式----------------------------3

四、管理部门-------------5

五、合格证------------------5

一、兴隆煤矿人员定位（放炮）系统概况

KJ225人员定位系统（含：KJ387智能连锁放炮系统）由北京龙德时代科技发展有限公司于2010年1月至2010年6月在兴隆煤矿井下安装调试并于2010年7月正式使用。井下共安装11个KJ225-F型传输分站（以下简称传输分站）、32个KJ225-S型无线接收器（以下简称接收器）和2个放炮区域控制器及定位仪。现已全面覆盖井下各个区域。

KJ225型人员管理系统（以下简称系统）是为煤矿企业加强人员管理、保证人员安全而开发的，能够实现煤矿下井人员的井下考勤、实时区域分配，为井下人员的安全提供保证。该系统自动化程度高，安全性高，装备简单，投资要求低，是矿山企业加强安全管理、提高企业效益必备的自动化安全管理系统。

KJ225系统由接收器、传输分站、KJ225-K型人员识别卡（以下简称识别卡）、KJ225-J型数据传输接口（以下简称传输接口）、数据传输电缆、地表主机、避雷器等组成，其主要特点如下：

1.功能齐全：可实现下井人员考勤、各种查询、网络传输等重要安全管理功能。

2.安全可靠：系统井下传输信号采用本安信号, 低电压、功耗低、地表井下信号传输采取光电隔离措施，所有井下设备均为本安设备，确保煤矿井下安全使用；井上采取防雷电措施，确保系统各设备的安全。

3.集成度高：本系统采用了高度功能集成，用较少的设备使系统具有了数据采集、存储、巡检、远程传输等多种功能。

4.具有后备电源：分站由KHJ6.2型电源继电器箱供电，可在外部交流电源停电时自动转为电池供电，继续时间不小于2小时，保障系统的正常运行。

二、主要用途及适用范围 系统可安装在包括煤炭企业在内的绝大多数矿山巷道和井下工作现场；系统的传输接口为地面一般兼本安型设备，设置在地面，实现井上数据信号和井下信号的光电隔离，保证下传的信号为本安信号。

分站和接收器为矿用本质安全型设备，可应用于煤矿井下任何环境。识别卡为矿用本安型设备，适合矿工随身携带，可在煤矿井下任何环境中使用。

KJ387智能连锁放炮系统 由FD-200LS型矿用本质安全型发爆器（以下简称发爆器）、人员识别卡、传输接口、数据传输电缆、地表主机、避雷器等组成，其主要特点如下：

1．全面监测监控放炮的功能：

1）中心管理功能

井下所有的放炮地点均由放炮管理中心统一管理。即井下某一放炮地点需要放炮时，放炮管理中心通过网络对该放炮地点的发爆器发布命令，才能使现场的放炮人员能够对发爆器进行操作。

2）不安全就不能放炮功能

发爆器中预先设定允许放炮的环境条件——瓦斯浓度、煤尘浓度、风速、风电闭锁等，当需要放炮时，管理中心工作人员将现场监控系统的环境参数通过网络传到现场发爆器中，与发爆器中的预设参数作比较，条件符合时，允许放炮，否则终止操作。

3）信息管理功能

管理中心通过网络将信息采集到管理主机，对放炮信息数据进行集中管理，并可以对数据进行分析，以便于制定更有效、更具有针对性的措施，保证放炮的安全。

4）发爆器集中管理功能

管理中心对每一台合法的发爆器进行备案（每一台发爆器都具有唯一的识别号），可以对每一个放炮地点进行查询。矿务局等相关单位也可以通过网络，对每一个放炮地点进行查询。

5）环境直接检测功能

发爆器可以直接接收瓦斯传感器、粉尘传感器等的信号，并判断是否符合放炮条件。

6）放炮条件控制功能

当安全监控的传感器检测到CH4浓度、CO浓度、温度、煤尘浓度、湿度等条件不符合放炮条件时，放炮控制系统就是通过读取安全监控系统服务器的数据，通过系统的判断如不符合放炮条件就不能放炮。

三、系统结构及联网方式

1、井下已安装站点图：

共计：

11个KJ225-F型传输分站 32个KJ225-S型无线接收器 2个放炮区域控制器及定位仪

下发741张人员识别卡，下井人员每人一张（包括项目公司）

2、主要的网络设备有：H3C--ER3100

路由器

CISCO—2811

路由器 FAST--FS24

交换机 H3C—S3100

交换机

3、矿上的网络连接方式：由电信50M光纤接入，经过H3C--ER3100路由器分2路，一路是办公网络，另一路是监测监控和IP电话专用网络。

办公网由H3C--ER3100的一路线路经过FAST--FS24交换机组成矿内局域网。

监测监控和IP电话专用网络由FAST--FS24的其中一端口经过CISCO--2811路由器做地址转换到H3C—S3100交换机以VLAN形式分成监测监控网段和IP电话网段，并与集团公司、贵州公司进行连接。

4、考勤管理界面截图：

一、管理部门：这套系统地面部分由矿生产技术科调度室统一管理维护，井下设备由矿生产技术科通讯组统一管理维护。

矿井人员定位系统 篇6

关键词：ZigBee技术；煤矿井；无线收发器；人员定位系统

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0074-02

1 ZigBee技术研究意义

为了防止重大安全事故的发生，应该加强对井下的安全管理，保障工作人员的生命财产安全。

但是目前很多的煤矿在生产过程中很难掌握井下工作人员的动态分布情况，如果发生事故，不能展开及时有效的救援，降低了井下被埋人员的存活概率，所以煤矿应该大力投资建立一套科学的井下人员定位系统，井下工作人员随时向地面提供其作业位置，有利于地面控制系统对井下人员进行管理，大力保障煤矿井下人员的安全，提高煤矿企业的工作效率和经济效益。

2 ZigBee技术阐述

2.1 技术发展的背景

20世纪80年代美国和欧洲在自己的铁路系统上采用了使用无线电台来进行信号标杆定位的方法，但是当时的技术水平非常有限，所以没有受到市场的青睐。随着ZigBee技术的研发解决了技术的困境，ZigBee技术为信号标杆定位拓展了广阔的市场，这种技术在中国市场得到了大面积的使用和推广。

ZigBee技术是IEEE802.15.4标准经过发展衍生的技术标准。该标准的工作内容主要是参与制定物理层和MAC层协议，建立应用层和安全层的规范。2004年某企业发布了正式的IEEE802.15.4协议，很多产品已经推出市场。实践证明ZigBee技术符合市场的需求。该技术可以实现不同厂商的设备之间相互通信，一方面具有良好的互操作性，产品具有高度的灵活性；另一方面能够减少原始设备厂商的成本投入，提高资金使用效率。

ZigBee技术具有结构简单，成本投入较低，消耗功耗低，非常稳定可靠的特点，是一种双向微功率网格式无线接入技术。ZigBee技术最大的优点在于地理定位，该技术主要是在无需注册的2.4 GHz ISM频率段工作，非常方便，信号传速率为250 KB/s，传输距离比较远，可达到几百米，甚至上千米。最重要的是利用ZigBee技术可以创建一个巨大的无线数据传输网络平台。

2.2 ZigBee技术的定位原理

无线收发机在空旷的环境下可以发射较大功率的射频信号，科学研究得出某位置的信号强度和该位置到发射天线的距离的平方呈反比关系，经过长期的实验研究出以下公式为：

Tγ=KQ/R2

其中Tr表示的是工作人员距离发射机R的信号强度，Q指的是发射机天线端的信号强度，K指的是信号的衰减指数，衰减指数的高低受到很多因素的影响。

实验证明只有当信号强度大于接收灵敏度时，无线发射机才可以接收到另一个发射机发出的信号。我们假设将某个位置的信号强度刚好等于无线接收机B的接收灵敏度Br时的距离记做Rs，Rs看作发射机A相对于无线接收机B的覆盖半径，那么Rs在信A信号强度增大和Br减小同时满足的情况下会增大，反之亦然。在假设如果A的位置固定，当A的发射功率等于B的接收灵敏度时，B只有在以A为圆心，Rs为半径的范围内才能接收到A的信号。总之，发射机的距离越近，信号越强。

2.3 无线网络定位系统

在情况复杂的煤矿井下面使用无线网络定位系统，必须在设计方案时，充分考虑到该系统的稳定性、抗干扰性、异常保护能力等。

在基于ZigBee技术的支撑下开发微功率收发机，主要包括井下人员的定位监控节点或网络主节点和网络分节点。在规定的范围内建立由地面控制中心和若干个微功率无线发射机组成的无线网络通信系统，采用该系统有助于地面控制中心对井下人员进行追踪定位和安全管理。

无线网络定位系统包括井上网络系统和井下网络系统，相互联系，井上网络系统是无线网络系统的监控中心，可以共享网络节点；井下网络系统是主要是通信为主的微功率发射网络系统。其中每一个微功率收发机都是一个监控节点，如图1所示。

将该系统定位好的每一个移动目标进行标识，然后在每一个移动目标上安装微功率定位信号发射机；系统工作过程中一定要保持网络主节点和子节点联系畅通，根据网络主节点判断信号的强弱，确定人员的位置和活动轨迹。

①系统硬件。系统的硬件构成主要无线射频收发器、可调节微功率电压稳定器、微控制器三个部分。研究人员要根据IEEE802.15.4标准协议设计硬件，结合ZigBee技术和经济高效的CMOS设计方法，增强定位系统的抗干扰能力，降低设备的功耗；系统要在2.4GHZ ISM频段运作，使定位系统可以正常高效运作。射频收发器和微功率控制器采用SPI串行接口实现通信交流。

②定位系统。通信系统由802.15.4无线通信模块和微功率控制器模块组成。其中802.15.4无线通信模块主要工作是收发数据，内部结构由射频和基带两大部分组成。射频负责为数据通信提供空中接口，基带为物理信道提供链路以及分类数据；微功率控制器模块主要工作是管理和控制所有信道链路，在基带通信协议的规范下，负责为无限通信建立链接、提供频率、链路，控制媒体接入、功率模式和安全算法等。经调整过的传感器模拟信号在经过A/D转换后会暂存在缓存中，无线通信模块把模拟信号发送到主节点，提取特征、融合信息、处理信息等等，具体流程，如图2所示。

图2 传感器模拟信号流程图

3 结 语

建立基于ZigBee技术的煤矿井下人员定位系统一方面能对煤矿井下工作人员实行有效的安全管理，实时监督井下的作业情况；另一方面大大提高了煤矿企业的安全管理水平，有效保障了井下人员的生命安全，进一步提高了井下危机处理的能力。模块化的设计体现了定位系统强大的可修改性和可拓展性，灵活简便，提高系统对移动目标的定位精度，确保煤矿井安全作业，高效生产。

参考文献：

[1] 黄旭慧.基于ZigBee技术的煤矿井下人员定位系统研究与应用[D].南昌：南昌大学，2012，（6）.

矿井人员定位系统 篇7

随着我国经济体制改革不断深入,现代化进程不断加快,国家对煤矿安全日益重视,监管力度不断加强,大中型煤矿和众多乡镇小煤矿均已大量装备了煤矿安全监控系统,有效遏制了重大瓦斯爆炸事故的发生。但是,由于缺乏对井下人员位置信息的监控,地面工作人员往往难以掌握井下人员的位置[1],以及难以及时准确掌握井下人员的分布和作业情况,一旦发生事故,抢险救灾、安全救护的效率低,特别是事故发生后对矿井人员的抢救缺乏可靠的位置信息,严重地制约了抢险救灾的效率,失去最宝贵地抢救时机。传统的煤矿井下人员定位系统,一般采用射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification),发射采用133kHz无线信号,接收采用450MHz信号,该技术存在通信距离短,无线基站发射功率大,多人同时通过无线基站时有漏卡现象,无法实现井下无线信号的全面覆盖[2]。这对煤矿生产信息化管理提出了新的要求,基于zigBee的井下人员定位系统可以很好的弥补这一空白,是煤矿安全生产的保证。

1 ZigBee技术

ZigBee技术是最近提出的一种新兴的短距离,低速率无线网络技术,能够为用户提供机动、灵活的组网方式[3],主要适用于自动控制和远程控制领域。在网络层,ZigBee支持网状网,存在冗余路由,保证了网络的健壮性。

在工业实际应用现场如煤矿井下,现有的移动网络无法覆盖,GPS使用效果差,定位效果很难保证,而zigBee网络以其技术特性很好的解决了这一问题,首先,在矿井下设备维护是很困难的,zigBee设备为低功耗设备,持续工作时间长,避免了频繁维护的问题,其次,ZigBee网络容量大,最多可以容纳65000个网络节点[4],可以很好的满足矿井下地形复杂,网络难以覆盖的问题,再次,矿井下电磁场环境比较复杂,而ZigBee技术使用的是抗干扰能力极强的直序扩频和动态路由数据传输的通信方式,在安全和可靠性方面较之其他无线技术更适合于工业现场环境。

2 ZigBee无线定位系统

ZigBee无线定位系统是由定位监控中心和无线定位网络构成的一个可视化的无线定位监控系统。

由于无线定位网络具有拓扑动态变化、数据转发多跳的特点,为了保障网络的畅通和节约能量消耗,必须合理设计网络体系结构。考虑现在具有代表性的MESH(网格网)的体系结构[5]。

无线定位网络主要有网关,参考节点以及盲节点组成,下面分别予以简要介绍。

网关:无线定位系统的网络协调器,它在整个系统中有着至关重要的作用,首先它要接收由监控软件提供的各参考节点和移动节点的配置数据,并发送给相应的节点;其次,还要接收各节点反馈的有效数据并传输给监控软件。此外,由于读卡器具有UPS电源、数据存储及时钟功能,因此,当系统通讯中断时分站应可以独立正常工作,当通讯恢复后,分站可将历史数据(人员卡号、时间)上传给中心站[6]。

参考节点:无线定位系统中已知坐标的节点,是ZigBee网络中的路由器。它是一个知道自己坐标的静态节点。它的任务是提供一个包含自己位置X、Y坐标和RSSI值的信息包给移动节点。

盲节点:无线定位系统中移动节点,它通过已知参考节点的坐标来计算自身坐标值的节点。移动节点能够与离自己最近的参考节点通信,收集这些节点的X、Y坐标和RSSI值,然后将适当的信息发送给网关,最后通过电缆或Internet网传送给地面上的定位监控中心。

在本系统中ZigBee路由协议采用按需距离矢量路由(AODV)。它只保持需要的路由,而不需要节点维持通信过程中未达目的节点的路由。节点仅记住下一跳,而不像源节点路由那样记住整个路由。它能在网络中的各移动节点之间动态地、自启动地建立逐跳路由[7]。

人员定位系统由三部分组成,即:矿工的安全帽终端、ZigBee网络和监控中心。

盲节点安装在矿工的安全帽上,用于提供移动目标的身份信息;Zigbee网络(由参考节点和盲节点组成)作为井下人员和监控中心沟通的媒介,用来接收移动目标的身份信息和信号强度,并转发到地面上的监控中心,而监控中心将收集到的人员身份信息和信号强度进行计算处理并显示,可以确定移动目标的位置,提供定位功能。定位系统原理框图如图1所示。

3 系统详细设计

3.1 硬件设计

CC2431是采用硬件定位引擎的片上系统解决方案,针对低功耗ZigBee/IEEE802.15.4无线传感器网络应用。CC2431基于RSSI的定位节点能根据接收器件强度与已知CC2430参考节点位置准确计算出有关节点位置。与集中型的定位系统相比,RSSI功能降低了网络流量与通信延迟,在典型应用中可实现3～5米的精度。CC2431将CC2420RF收发器内核与增强型8051微控制器的性能结合,具有128kBflash和8kBRAM,采用7×7mm2小型封装[8]。由于CC2431可工作在4种工作模式(发送、接收、空闲、休眠)下,且工作模式之间的转换时间较短,因而能够满足超低功耗系统的要求[9]。

本系统硬件分为盲节点、参考节点和网关,盲节点采用的是CC2431和必要的外部无线,参考结点采用CC2430和必要的外部无线,盲节点安装在矿工人员安全帽内,通过无线模块将信号强度及人员身份信息如工号,工种等发送到附近的参考节点,参考结点安装在矿井巷道内,每隔一段距离一个,相当于小型基站,具有存储及路由功能。网关节点可以通过液晶显示收集的信息,或者通过CAN总线发送给计算机,也可以采用其他高速无线传输给计算机。网关还有个小键盘控制其工作状态,如在液晶上分别显示参考节点的坐标等。CC2431原理图如图2所示:

3.2 软件框架设计

应用Profile协定一个平台,可以使应用软件能共同操作信息、信息格式、和处理动作。在Profile中需要设置一个设备的应用范围、一个簇的功能、各个设备簇的详细说明以及各个设备的特殊功能描述。无线定位Profile包括网关、参考节点、和盲节点三个部分,它们分别代表一种ZigBee设备。各个设备均定义了自己的应用范围和簇ID功能等[10]。

定位系统总流程,如图3所示:

3.3 定位功能的设计

CC2431的定位引擎采用基于接收信号强度指示(RSSI)的距离定位方法,根据接收信号强度和参考节点的坐标位置,计算出待定位节点的坐标,然后将计算得到的位置信息发送给网络终端,完成定位。

当移动节点接收到一个信息包时,将它将自动添加一个RSSI值在信息包中。移动节点是通过硬件计算定位坐标,在计算之前需要系统提供3个到8个参考接点的坐标值和RSSI值,并需要通过设置输入参考的A值和N值.定位原理如图4所示:

在使用以上方法定位时,为了进一步提高定位的准确性,必要时,还需要对网络

节点,移动目标节点的收发机的接收灵敏度,和发射功率进行适当的调整。

为了确保通信的可靠性,和减轻可能的网络数据传输流量,每个坑道的Zigbee网络,

除了自身通过无线方式与控制中心相连接以外,还可在适当的地方与坑道的其它通信光纤或电缆相接,以保证与控制中心通信的可靠性。

4 结束语

系统在zigbee和嵌入式技术的基础上完成井下人员定位功能,具有定位精度高、速度快,传输及时、健壮性,网络结构灵活等特点,当在发生矿难的时候,营救人员能够更快地确定井下人员所处的位置,将会给营救工作带来极大的便利,并且能节省大量的时间,将人员损失减少到最小,同时,定位系统还可以与井下瓦斯浓度的检测与报警结合起来,更好的来减少井下事故的发生。但是,该网络的缺点是在移动节点切换上,还存在一定的盲区,还需要在路由算法上进一步完善。ZigBee网络将在矿井上有更广阔的应用。

参考文献

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[2]许婷婷,马华基等.基于ZigBee的煤矿井下人员定位系统[J].嵌入式系统应用,2006(26).

[3]蒋挺,赵成林.ZigBee紫蜂技术及其应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.

[4]李文江,陈宇等.基于ZigBee技术的煤矿井下人员定位系统设计[J].成都大学学报,2008(12).

[5]覃磊,张杰.基于ZigBee技术的煤矿瓦斯监测系统[J].计量与测试技术,2007(1).

[6]王洋,王忠.基于CC2431的无线定位系统[J].通信技术,2009(9).

[7]刘杰,李长录.基于ZigBee技术的矿井人员定位应用研究[J].煤矿安全,2008(12).

[8]吕振,董璞.基于无线传感器网络瓦斯监测系统设计[J].微计算机信息,2010(10).

[9]高键.ZigBee无线传感器网络节点的能耗研究[J].电子测试,2008(2).

矿井人员定位系统 篇8

目前, 国内煤矿矿井巷道纵横交错, 井下人员作业流动性大, 通讯不便, 安检、维护和管理人员的位置及人员数量时时在变, 不利于地面安全监督和动态调度, 也很难考核他们的下井时间和行踪。一旦井下发生瓦斯爆炸、透水等安全事故, 很难及时准确掌握人员的位置、事故地点等数据, 拿不出有效的救援方案, 因而延误最佳的救援时间, 给国家和人民造成重大损失。因此, 地面对矿井下人员情况的实时调度和通讯联络, 对矿井安全生产尤为重要, 也成为矿井下安全生产评估的一个重要指标。

现有的煤矿井下人员定位安全预警系统, 基本上采用WIFI技术、RFID技术、Zigbee等无线定位方式。WIFI技术成本较高;RFID技术存在通信距离短, 无线基站发射功率大等缺点;Zigbee系统又存在传输速率低和同频干扰等缺点, 与WIFI等其他无线技术共存性差。煤矿企业迫切需要一项保障实时定位功能且运行稳定的技术产品。

基于此, 本文提出了一种基于信号飞行时间定位技术的煤矿井下无线网络通信系统。该产品可用于井下安检、维护和管理人员的考勤和定位、矿车运行定位和运量统计, 以及发生矿难时事故人员的救援。目前, 国内外关于将时间飞行技术用于矿井内定位考勤未见报道, 本课题的研究对此技术的应用与发展具有重要的意义。

1 矿井内人员定位安全系统的相关技术

1.1 信号飞行时间定位技术

信号飞行时间定位技术 (Time of Flight, 简称TOF) 是在第二代场强定位的Zig Bee技术的基础上研发出来的新一代定位技术。无线信号在空气中的传播速度是光速C, 这是固定数值, 两个设备之间的距离等于光速乘以单程飞行时间。如图一所示是飞行时间定位技术测距原理图, 读卡主站和定位卡之间的距离S=光速C×单程飞行时间T。

此技术具有如下特点:

(1) 精度高。通过煤矿井下多次实验和测试, 在有信号覆盖的范围内, 95%的定位数据精度≤±3m。

(2) 抗干扰能力强。信号飞行时间定位技术不受信号强度的限制, 在矿井下错综复杂的环境下, 定位精度都不会有影响。

(3) 采用单基站定位, 信号覆盖范围广。目前, 信号强度定位的方式要求相邻基站间有较大信号覆盖区域, 而信号飞行时间的技术使用单基站即可实现定位。

目前, 国外已有多家公司从事信号飞行时间定位技术的研究, 如飞利浦公司采用“飞行时间”技术的GEMII TF PET/CT用于提升图像质量, 但将此技术应用于矿井内人员定位考勤鲜有报道。

1.2 几种无线传输技术的比较

人们享受3G移动通信系统带来便利的同时, 对短距离的无线移动通信又提出了新的要求, WIFI技术、RFID技术、Zigbee等各种热点技术相继出现, 它们都有各自的应用特点。表一对RFID、Zigbee、信号飞行时间定位技术的性能进行了比较。

RFID技术定位性能差, 信号覆盖范围小, 多人同时通过无线基站时存在漏卡现象, 只能用于日常简单的人员考勤管理。Zigbee技术依靠信号强度定位, 实时精确定位, 但信号强度极易受干扰, 如人体遮挡、机车通过、风门开闭等都会造成定位误差的加大。而信号飞行时间定位是在第二代场强定位的Zig Bee技术的基础上研发出来的新一代定位技术, 具有定位精度在3米内、抗干扰能力强、采用单基站定位等优点。

2 矿井内人员定位安全系统的组成

2.1 系统主要功能

系统可实现以下功能:井下人员的定位考勤管理;井下人员的寻呼跟踪管理;统计查询进入特殊区域人员;信息存储和历史轨迹回放;重点区域和限制区域管理;实现井上、井下全网调度;预警求救功能等。煤矿井下人员定位安全系统的研究有利于井下人员的精确定位和考勤, 一方面在井下发生矿难时可起到预警救援作用, 另一方面可用于日常的管理, 提供了较多的实用功能, 能满足煤矿企业的需求, 市场前景看好。

2.2 安全定位系统连接框图

矿井内人员定位安全系统连接示意图如图二所示。系统主要由井上信息处理中心和井下人员定位系统组成。井下人员定位系统主要用来跟踪监测井下人员, 实时掌握井下人员数量、分布情况和工作路线, 并可对人员进行考勤管理。

2.3 井下人员定位系统各组成部分主要性能

井内人员定位考勤系统由定位基站、标签及定位平台软件和电源几部分组成。

(1) 定位基站:通过检测定位标签发出的脉冲信号, 来计算该标签的实际位置。在工作过程中, 该传感器独特的基于信号到达时间测量技术, 可以构建灵活而强大的定位系统。通过多个传感器的接收信号来测定定位标签的位置信息, 并通过网络将相关信息传输到定位平台软件。

(2) 标签:通过与定位基站相互通信并进行计算, 获取标签与定位基站的距离信息, 并发给主控基站。标签是一种便携的设备, 可附着于资产设备、交通工具以及定位人员上。其发出的信号被多个传感器接收, 并进行实时解算, 从而获取精度达±3m的动态位置信息。

(3) 定位平台软件:实现与定位器和标签之间的指令, 以及数据交互。根据定位器或标签回传的无线信号数据, 计算标签当前所在的位置, 从而实现定位功能。对实时数据的分析处理, 分析管理标签数据, 通过管理中心的电子地图监视并及时显示各现场标签的位置, 数据可同时存入存储数据库, 监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员或物品的实时位置信息、报警信息以及某段时间内的移动轨迹等。

(4) 电源:对网络传输节点进行供电, 将井下非本安高压交流电转换成系统所需的本安低压直流电, 并能够在断电情况下自动使用蓄电池进行供电, 在通电情况下自动给蓄电池进行充电。

2.4 软件环境

基于Microsoft Windows 2000 Server操作系统环境下开发的管理系统, 选用VB.net开发工具, 地理信息系统 (GIS) 部分的开发采用Map X5.0和Mapinfo Professional7.5, 后台数据库使用Oracle数据库系统。嵌入式软件采用IAR7.20C开发工具和成都无线龙通讯科技有限公司的C51RF-3-CS开发套件工具。

3 井下人员定位系统关键技术

在研究开发过程中, 笔者主要解决了以下关键问题:

(1) 前期理论不能解决高速物体经过基站或读卡器时不发生漏卡现象。笔者采用Zig Bee特殊的碰撞避免策略以及灵活的随机算法可保证高速不漏卡。

(2) 定位基站和标签之间, 1点对4000个点以上的通信碰撞问题的解决

(3) 保证了井下信号全覆盖, 基站无线覆盖距离的实验和验证。

4 结束语

本文将新一代的信号飞行时间定位技术应用于煤矿井内人员定位安全系统中, 采用单基站定位, 信号覆盖范围广;通过对无线通信信号强度的分析, 达到对矿井人员定位精度±3m的要求;抗干扰能力强。可实现无线寻呼, 紧急求救, 紧急撤离通知和信息接入等功能, 井下发生矿难时可起到预警救援作用。

目前, 定位系统中定位节点只能起到地理定位作用, 下一步准备研究将井下人员的语音信号通过无线网络传送到煤矿井下定位系统, 实现实时监测。

参考文献

[1]于俊慧, 董永贵.飞行时间的计数式测量及其在电缆故障检测中的应用[J].仪表技术与传感器, 2014, (03) :101-103.

[2]崔园园, 王伯雄, 柳建楠, 等.基于超声波气体传感器的飞行时间测量系统[J].传感器与微系统, 2013, 32 (06) :98-100.

[3]张水平, 袁非亮.RFID技术在矿山井下人车智能安全管理中的应用研究[J].南方金属, 2006, (11) :12-14.

[4]湛浩, 孙长嵩, 吴珊, 等.Zigbee技术在煤矿井下救援系统中的应用[J].计算机工程与应用, 2006, 42 (24) :181-183.

矿井网络定位系统的设计方案探讨 篇9

在许多煤矿坍塌和爆炸事故中, 对井下被困人员的定位非常困难, 这给救援带来了很大的障碍。在煤矿开采过程中, 建立一套合理且完善的矿井网络人员定位系统是十分有必要的, 它可以起到及时的安全预警的作用, 对于灾害的应急处理也有着积极的作用。另一方面, 采用信息化网络管理在很大程度上提高了企业的生产效率, 将信息化渗透到生产的每一个环节, 对企业的整个活动可以进行全方位的监管。

2 基于计算机网络的煤矿井下人员定位系统的特点

基于计算机网络的煤矿井下人员定位系统主要的作用是起到预警的作用。在井上安装计算机的终端系统, 用数据线连接井下的数据初口。初口连接的是两个识别卡系统。这里所说的识别卡都是在末端安装了高灵敏度的传感器, 当井下的温度和空气含量一旦发生变化, 识别卡就会在第一时间将数据传输到计算机信息终端, 技术人员就可以根据数据的变化, 即时的分析出此刻井下的相关情况, 作出应急方案。在这里, 系统两端的读卡器会一起将数据传输出去, 不会引起任何的干扰, 如图1所示。

在开挖的过程中, 一旦存在安全隐患预警系统就会及时作出报警响应。其中包括气体压力的测试和机械磨损检测。系统中采用的是并联电路, 蓄电池是24小时循环放电, 让整个系统处于运转状态。这套系统的任务是时刻检测, 在危机发生时, 系统就会发出警报, 好让井下的人员尽快撤离, 也可以让井上的技术人员作出及时的决策。

此外, 人员定位系统还有一项作用就是井下人员的即时清点工作。在每名下井的工作人员在入井时都要穿过一道扫描门, 系统会自动将数据记录在计算机中, 最后以网络的形式上传到数据终端, 在工作室的操作台上就能清晰的看到当时井下有多少人员在工作, 有多少台机械正在运行, 另外井下的一些技术指标也会显现出来。

系统在对人员定位上还是选择使用热感的方式, 热力感应会以图片的形式展现井下每个巷道中实时动态分布, 了解井下人员工作状况。井上的控制中心的计算机会根据这些动态分布掌握每个人员的实际所在位置, 对于调度方面起到了帮助作用。系统也可以单个或者多个对井下的人员进行单方面的呼叫, 掌握他们的工作时间和离井时间, 把开挖的指令传达给每个人。系统也可以根据分布情况对井下的巡查人员进行监督。如果在煤矿发生的突发时间, 技术人员可以根据这套人员定位系统及时抽调出当时的工作动态情况, 根据电脑中显示的人员分布情况, 作出营救人员和财产损失的进一步部署和安排。

在计算机网络人员定位系统的使用中, 先是打开电路, 系统会自动更新, 将上次的数据自动保存在硬盘中, 然后自身启动重启格式化的功能。这时系统会提示是否将井下的及时情况监控与计算机网络系统联接。一旦系统联接了就会跳转到ARP模式中, 选择HCP和HTTP处理。正常情况下, 这些选择都会将及时数据以绿色文字、符号的形式显示在电子显示屏上, 但是有突发危险状况, 系统会跳转成红色字体, 切断工作机械的电源, 打开通风窗口, 并伴有强烈的警报, 保证井下人员尽快的逃离危险地带。

3 网络定位系统出现的不足

以上所述的定位系统也存在很多的不足之处。最大的缺陷就是信号在传输方面的不稳定性。在整个开挖过程中, 信号是通过传感信道传输到计算机数据终端, 信道的不稳定性很难确保信号在每个频段都能有效的传送、接收, 加上在开挖施工中, 很可能会对传感线进行无意识的破坏, 导致数据的采集不完整, 或者有的时候根本无法采集数据。鉴于这些原因, 技术人员在信号上提出了两种可行性方案。在原有埋设传感线的基础上, 另外再设置了无线信号发射和接收装置。合理和清楚。

4 结束语

国家在对煤矿产业的安全情况尤为重视, 如何有效、合理并且安全的生产是现今最为关键的工作, 本文主要基于计算机网络的煤矿井下人员定位系统的进行了阐述, 为煤矿企业的安全生产提供了依据。

参考文献

[1]高媛.基于zigbee的井下人员定位系统路由算法研究[J].工矿自动化, 2010.

[2]颜丙磊, 徐钊, 李凡甲, 刘景超.基于低功耗标识卡的井下人员定位系统的设计[J].工矿自动化, 2009.

矿井人员定位系统 篇10

井下机车运输是煤矿生产运输中的重要环节, 担负着运人、提煤、送料或拉矸等任务, 运输量大, 机车运行频繁, 运行距离较长。由于目前矿井生产移动通信系统落后, 地面与井下人员的信息沟通不及时;调度人员难以及时动态掌握井下运输机车分布及作业情况, 精确定位机车;另外, 受地质条件影响, 部分地段巷道较窄, 巷道拐弯较为常见, 导致司机视线受阻, 加上井下光线灰暗, 机车在靠近行人、弯道以及机车相互靠近时不易觉察。当机车运行台数较多且运行频繁时, 司机长时间作业, 注意力稍不集中, 麻痹大意, 便会造成机车追尾、冒进、侧冲、相撞等恶性事故的发生, 给机车运输安全埋下隐患。

因此, 煤矿急需一种能够同时具有机车定位跟踪、无线通讯、数话同传、车皮管理功能的系统, 用来解决生产调度移动通信, 准确、实时、快速履行矿井安全生产调度功能, 并有效地进行生产管理, 提高生产效率, 实现机车运输安全。而“矿井机车通讯、定位及安全预警系统”就是针对上述情况而开发的实用的系统之一。

2 系统组成结构及基本原理

该套系统共由3个子系统组成:矿山井下无线移动通信子系统、矿山机车定位跟踪子系统和车皮管理子系统。

(1) 矿山井下无线移动通信子系统:主要由基地通信主机、漏泄电缆、分布中继器、基站天线、分支分配器等组成漏泄无线通信平台, 可以搭载矿用对讲机、无线数传台、无线摄像机, 并且为以后的移动IP技术预留扩容的空间。还可覆盖井下运输巷道、采掘工作面和地面调度中心、工业广场, 实现机车司机、井下调度室的相互通信。[1]

(2) 矿山机车定位跟踪子系统 (图1) :由无线里程碑、读标器、手机及车台、调度软件等组成。根据矿山车辆定位跟踪需求, 采用归航定位原理, 在巷道沿线设置无线里程碑。每当手机或车台经过, 接收里程碑信号, 并将数据记忆在电台内存。当调度中心通过井下无线通信平台轮询该电台位置时, 发射回传本机代码和里程碑数据。调度中心接收数据后经中心软件确定其位置, 并且依靠计算机强大的记忆、判断和运算能力, 将调度人员的调度意图分解为具体的控制指令, 控制执行设备完成道岔位置与进路信号机的开放等调度动作, 从而达到保障运输安全、提高指挥效率、增加经济效益的目的。[2]

(3) 车皮管理子系统:设置独立的数传信道, 实现对车皮的实时动态跟踪。在井下的各个关键道口安放若干个定位中继器, 每个中继器采集到的数据通过无线数传电台, 经漏泄通信平台到调度室计算机;每辆车皮上安装有相关车皮信息的无源RFID射频卡, 当车皮通过安装定位中继器的通道时, 定位器会立刻读到车皮射频卡内的信息, 这些信息会及时传输到调度室内的计算机上, 计算机软件马上就可判断出具体信息 (车皮号、位置、时间等) 并做数据分析, 在显示屏上客观的显示井下车皮分布状况及车皮运输经过路线等, 同时做相关数据备份, 以便进行历史统计和分析。[3]

1) 通过矿井地理信息实时显示、查询井下车皮情况:任一时间井下或某个区域的车皮数及对应车皮号;某个或多个车皮的实际位置, 方便调度中心快速联系该人员对车皮进行管理;相关车皮在某区域的到/离时间和总停留时间及其行程线路等一系列信息。

2) 井下车皮每时每刻在巷道中的实时动态分布:根据井下的实际地理情况制作相应的动态图定位, 使井下情况生动形象、一目了然。

3) 自动统计出各类车皮下井的各种报表:车皮使用率、相关材料下井时间报表等。

4) 记录备份功能, 可历史回放车皮使用记录, 可以查询车皮使用情况等。

车皮定位管理的运用可让调度人员清楚了解所有车皮的区域分布情况;可以在软件上查询各车皮通过各关口的时间;可查询指定车皮的具体位置段, 对运输调度具有很大的参考价值, 大大提高了车皮调度效率。

3 系统功能特点

系统将450 MHz通信系统应用于井下环境, 积木式组成井矿井窄轨机车通讯、定位及安全预警系统。系统能准确快速地获取机车运行状态、对机车超速提供声光警示, 并通过无线通信进行调度管理, 集矿山井下无线通信调度、机车跟踪定位、车皮管理及远程实时监测于一体, 以机车实时运行模拟图展示现场运行实况, 供指挥调度参考, 并有机车运行历史状态回放等多种功能。为矿山安全生产和管理调度提供了有效的技术手段, 确保了井下机车调度的安全高效性, 避免了机车追尾、冒进、侧冲、相撞等恶性事故的发生。

(1) 机车通讯子系统:信号好、无盲区、性能稳定、抗干扰能力强、通话质量清晰, 选呼与群呼相结合, 并能拔打有线电话, 具有一呼百应的功能, 使处在通话信道中的生产调度员、机车司机、班队长等作业人员都能清晰接收到生产调度指令, 使得井下作业人员之间的信息能得到及时沟通。

(2) 机车定位及安全预警子系统:建立在无线通讯中继平台基础上, 运行RFID技术及无线数传技术实时收集井下各运行机车的位置及状态信息, 以电子地图的形式直观的显示机车位置, 实现对机车较高精度 (30 m精度) 的实时动态跟踪。调度员以及生产管理人员都能通过调度中心的电脑清楚地了解到机车的运行状态及其在各车场道口的分布状态。具有越位报警、机车运行声光警示等功能。运行中, 如果2台机车太靠近时, 机车图示变成红色显示, 并发出报警声。

(3) 车皮管理子系统:可以实现对车皮的实时动态跟踪, 可以在软件上查询各车皮通过各关口的时间;可查询指定车皮的具体位置段;还可清楚显示所有车皮的区域分布情况, 对运输调度具有很大的参考价值, 极大地提高了车皮调度效率。

(4) 故障诊断功能:通过软件设置能随时反映系统内设备和传感器的工作状态, 能自动进行故障诊断并报警。故障发生时能以多种形式对操作者发出提示信息:颜色和图形提示、声音报警提示、实时信息框提示。

(5) 信息管理功能:通过软件编程可以对车皮进行自动统计及生产任务统计管理, 并能生成和打印各种相关生产管理报表。

(6) 联网功能:本系统通过编程软件能够接入企业局域网, 与企业内部管理系统共享数据, 实现管控一体化。

(7) 远程浏览功能:在有需要时, 远程计算机可以在授权的条件下通过接入Internet, 浏览该系统的监视画面。

(8) 远程诊断与维护功能:远程计算机可以通过Internet, 在不影响系统运行的情况下对系统进行诊断和维护。

(9) 预留数传、图像等等功能扩展接口。

4 结语

该系统共用一个无线通信中继平台, 在一根通信电缆上进行多信道、多任务的数话同传, 实现了生产和调度的无线语音通信、机车定位预警和车皮管理的无线数据传输。该积木式的系统构建, 提高了系统的易维护性, 节约了建设资金。

该系统自2008年5月在淮北矿业孙疃煤矿投入使用以来, 安全、可靠、稳定运行, 基本上达到免维护状况, 机车运输调度通畅, 有效地避免了机车运输伤害事故的发生, 提高了车皮周转率, 为井下机车安全运输、高效运输提供了可靠的技术保障, 促进了生产管理水平的提高, 并带来较好的社会效益和经济效益。该系统技术先进、性价比高, 适用于矿山井下作业环境, 应用前景非常广阔。

参考文献

[1]程德强, 刘伟, 等.矿井无线通信技术及其发展趋势.工矿自动化, 2007 (5) :36～40

[2]赫飞, 段丽华, 等.基于组态网的井下机车定位系统上位机软件设计.煤矿安全, 2009 (4) :59～61