煤矿井下定位系统

煤矿井下定位系统
系统设计原理
井下人员定位治理及搜救系统是由地面监控中心主运算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，无间断、即时地对井下安装的无线数据采集器进行数据信息采集，无线数据采集器将自动采集有效识别距离内的标识卡的信息，并无间断、即时地通过传输网络将相关数据传送至地面中心站。

数据信息经分析处理后，将井下人员〔或机车等移动目标〕动态分布在主运算机界面中得以实时反映，从而实现井下安全状态在井上数字化治理的目的。

遵循〝统一发卡、统一装备、统一治理〞的原那么，将标识卡视为〝上岗证〞或〝坑道准入证〞，按准许上岗人员实行〝一人一卡〞制。

依照矿井监测需求，在井下坑道、峒室、作业面等地点安装无线数据采集器，并通过电缆/光纤数据传输接口相互连接为井下高速工业以太网，从而构成完整通讯线路。

煤矿生产单位输入工作人员相关信息后，向下井工作人员颁发并装备标识卡。

系统数据库记录该标识卡相对应人员的差不多信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等差不多信息。

进入坑道的工作人员必须随身携带标识卡，当持卡人员通过设置识别系统的地点时被系统识别。

系统将读取该卡号信息，通过系统传输网络，将持卡人通过的路段、时刻等资料传输到地面监控中心进行数据治理，并可同时在地理信息大屏幕墙上显现提示信息，显示通过人员的姓名。

假如感应的无线标识卡号无效或进入限制通道，系统将自动报警，安全监控中心值班人员接到报警信号，赶忙执行相关安全工作治理程序。

生产单位可依照生产打算，对该标识卡进行授权治理。

授权范畴包括：该职员能够准入的坑道或作业面。

为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该卡准入坑道或作业面的时效治理模块及卡的失效、报失等。

坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时刻内能够明白被困人员的差不多情形，救险队使用移动式远距离识别装置，在10-30米的范畴内方便探测遇险人员的位置，便于〔进行安全高效的抢救、救助工作〕抢救工作的安全和高效运作，便于事故救助工作的开展。

系统可自动生成考勤作业的统计与治理等方面的报表资料，提高治理效益。

1.3.2系统设计依据
〔1〕GA/T75«安全防范工程程序与要求»
〔2〕MT209-1990«煤矿通信、检测、操纵用电工电子产品通用技术要求»
〔3〕国家安监总局«煤矿井下人员位置治理系统标准〔建议〕稿»
1.4系统功能及特点
1.4.1系统功能：
20项杰出的功能特点，源自第三代BEST-RFID在井下人员定位跟踪系统的杰出性能发挥，确保了上海聚来井下人员定位跟踪系统与前两代系统相比较，堪称一个划时代的完善产品。

1、精确时刻定位
整套系统操纵流和数据流不用轮巡，上百读头数据刷新以毫秒来运算，在定位传感器〔2-512个〕网络有效覆盖范畴内，上位机软件真正做到〝所见即所得〞，即时读取和上传人员位置信息，没有时刻延时，真正做到定位时刻精确到秒。

2、精确空间定位：
在读头有效识别距离间隔下，卡片在各读头间可实现精确区域定位。

在读头依次排列下，读头间隔为最小定位精度，读头间隔10-2000米以上可调。

3、整体系统任一读头都能有效识别方向：
每个读头和卡片都有方向识别信息，整套系统内的任一读头都有判别卡片多方向性运动的能力，在三、四、五、六以上多分支巷道处，各分支单一读头，就能准确判定方向，成倍降低安装成本。

4、卡片标签低电压报警。

卡片电池使用时刻可达五年以上，在长期使用后，电池将要耗尽时，可自动提示更换卡片电池，这一重要功能，全然杜绝了SUPER-RFID产品在使用一段时刻后，逐步大量显现坏卡〔缺电〕，而因其系统本身没有自检功能，造成的用户还要重复投入相当的人力和设备进行考勤和卡片治理，使定位系统形同虚设的现象。

BEST-RFID显现低电压提示后，电池仍能正常使用一月以上。

5、系统杜绝第二代RFID产品不可幸免的乱码现象，确保数据和卡片识别真正万无一失：
0.13um加CAN+内置协议的专门芯片集成创新技术，从本质上超越了第二代RFID技术的性能。

从设计结构和技术协议上保证了BEST-RFID产品可不能显现任何乱码现象。

6、不轮巡，无延时：真正标准CAN技术+井下工业以太网平台，真正意义上及时井下人员动态显示：
系统从芯片设计起就定制为CAN+工业以太网结构，不论定位传感器有多少〔2-512个〕都不用系统轮巡，数据再没有延时。

真正任一时刻查询并显示井下某个地点的人数、分布情形及身份。

查询一个或多个人员现在的井下实际位置、活动轨迹。

有实际意义〔精确到秒，而不是数分钟以上的轮巡〕的记录有关人员在任一地点的到/离时刻和总工作时刻等一系列信息，能够督促和落实重要巡查人员〔如：瓦斯检测人员〕是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从全然上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。

7、光纤、电缆传输方式自由选择：
依照井下实际情形和客户要求，可自由选择CAN和TCP/IP接口协议，搭入已建或在建、新建光纤井下以太网或电缆直铺方式。

8、真正即时准确、丰富的人员下井考勤能力：
可精确到毫秒级的对出入井人员进行统计，实现下井人员考勤记录，建立并打印人员出入井的各种信息报表〔如：下井时刻报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等〕，方便治理人员的查询与治理。

9、可靠、有效的紧急呼救能力：
每张定位卡片上自带专门设计、被«中华人民共和国专利法»-功能型专利爱护的紧急呼救装置。

当井下人员遇险时，持卡人员方便有效地向地面机房、搜救人员呼救。

监控机房可第一时刻依照呼救报警，结合有效手段，对井下求救和灾难信息进行辨别处置，必要时向井下发出广播信息。

搜救人员使用手持探测设备能够查找遇险人员。

11、可选井下小区广播，即时对特定或矿山范畴内的紧急情形进行通知：
在监控机房和治理人员对井下紧急情形进行有效判别后，能够通能过系统的小区广播选件对井下特定范畴或全部进行广播通知。

有效告知和疏散井下人员。

12、真正井下无卡人员禁入功能：
无持卡人员的定位和治理，是实施井下人员位置治理后的一个难点。

上海聚来设计有专用的无卡人员禁入传感器和禁入装置，做为系统的可选择设备，起到百密无一疏的治理效能。

13、大容量、超精湛识别技术：
单一读头同时可识别8000张以上卡片，远远超出第二代RFID技术的200张的极限。

14、卡片安装自如方便，不受使用位置的限制：
依照客户需要，提供各种安装方式，帽卡、胸卡、腰卡、矿帽、矿灯电池上，准确无误识别，确保依照治理需要自如安装，不受第二代的产品只能装在矿帽上、在腰部就加大发射功率对使用人体造成职业损害的缺陷限制，。

15、信息多点共享：
系统中心站及网络终端能够局域网方式联网运行，使网上所有终端在使用权限范畴内实现信息多点共享，供多个矿井各部门及领导同时在不同地点共享监测信息、系统综合分析信息、查询各类数据报表。

16、丰富的地图功能：
具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野操纵、中心移动、土层操纵、地图打印等功能，支持多种图形格式。

鼠标和键盘均可操作，全面支持实时多任务。

17、禁区或设备故障报警功能：
关于指定的禁区，假如有非授权人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人数及身份。

系统同时拥有自检功能，当系统部分设备发生故障时，上位机软件能及时反应，并初步判定故障缘故，能输出和打印相关信息报表。

18、灾后急救信息：
一旦发生各类事故，上位机上赶忙能显示出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，并结合矿井地图，能够使救灾人员快速判定并确定事故应急预案，大大提高抢险效率和
抢救成效。

19、后备电力：
系统产品的坑道壁挂式设计，保证系统在恶劣环境下能连续运转，并提供断电后较长时刻的供电电源，采纳多组后备电池，能提供长达2-4小时断电爱护。

20、基站应急功能：
井下人员跟踪定位基站与地面中心站失去联系时，基站仍能独立工作，自动储备人员监测数据。

1.4.2性能特点
1、超低的功耗，超高的灵敏性能：
0.13um的芯片制造工艺，造就了杰出BEST-RFID的性能。

真正的超低功耗，是第二代RFID产品的十分之一以下，在同样发身射功率条件下，有效传感距离超过第二代RFID产品一倍以上。

真正的超高灵敏度，同样的-10db，有效识别距离是第二代RFID的一倍以上。

专门的超小型高性能天线设计，能够满足任何场地和空间应用需要。

2、强大的系统处理能力：
采纳G-W算法优化系统数据处理能力；
高度自动化，自动监测、统计、分析信息，整个过程无需人为干涉；
基于GIS技术的地理信息显示、查询系统；完善的数据分析能力；
通讯距离远，可达40公里以上。

3、杰出的识别性能：
高度的识别可靠性，100%的前端识别率；
识别距离远〔识别距离方便可调，可达1-180米以上〕；
极高的防冲突性〔每个检测点可最多同时识别8000个卡片〕；
高度的识别稳固性〔误码率小于10的-9次方，达到一亿分之1〕；
快速的识别速度〔最快可达到200公里/小时的识别速度〕。

4、现场优势：
全套系统本安型结构设计，ABS抗静电外壳。

完全防潮结构设计，最恶劣井下环境也能长时刻稳固工作。

环境适应性：高抗干扰性，对井下干扰源、周界环境无专门要求；
安装方便性：传感器一体化结构设计，无需外接天线或地感；
运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化。

读头、卡片有自动自检复位结构，能长年运行不虚报、漏报。

5、电气特性：
超低功耗，无线标签在不更换电池的情形下可连续正常工作5年；
方便性、安全性，标签无须外接矿灯电源，无须充电、无须更换电池；
无辐射，对人体和环境无任何阻碍，更安全更健康。

所有设备均适合井下使用，具备防水、防震、防腐、防潮、阻燃等等功能。

正常工作环境条件：温度-40℃-85℃，相对湿度40%-70%，大气压力80kpa-106kpa
抗电磁干扰:10V/m0.1～1000MHzAM调幅电磁波
1.5系统硬件及软件
1.5.1系统硬件特点
1、超级集成，全双工无线传输：
0.13um工艺，造就了超低功耗、超高灵敏度、超远距离传输、超高速度识别、超大容易识别、超低误乱率。

同时，也轻易地实现了无线传输的高速度和高带宽，带宽达到4M，在全双
工状态下轻松实现语音和图象传输。

2、工控频段
由于采纳无线的传输介质，无线传感器网络克服了许多传统有线网络传输信息的弊病。

在一些物理障碍和专门环境下，有线网络是不可能实现的。

另一方面，与传统的公网无线通讯相比，2.4G工控频段无线通讯无需无线电管制委员会批准，不需缴纳频谱占用费用。

3、超低功耗
卡片标识器件在技术上采纳了合理休眠模式，具有收发信息功耗低等特点，确保能在电池支持下连续工作长达5年左右。

同时，整体结构的低功耗设计既保证了设备的有效运转，又减少了应用实施的复杂性和成本。

4、设备体积小
无线传感器网络的差不多单元是硬币大小的智能运算传感设备。

现代集成电路技术的集成度和产品性使得上海聚来无线传感设备的体积在不断地小，而它的功能却越来越强大。

微小的体积不但使得在专门环境下的应用成为可能，也大大降低了安装和爱护的要求与成本。

5、网络容量大
一个传感网络能够容纳多达六万五千的微型智能传感器件和大量的接入点。

大容量保证了网络强大的数据采集能力。

同时，网络的高冗余性保证了整个网络在个别节点停止工作的情形下仍旧能够正常运转。

6、周密、可靠
无线传感器网络的精确性、可靠性、稳固性是传统方式的百倍以上。

上海聚来无线传感系统核心技术目前采纳独有的校验冗余纠错算法，并结合分布式运算技术、神经网络技术、网络信息融合技术，实现网络自唤醒、自容错、自愈合、无误码、无乱码。

7、运行及爱护成本低
综合以上无线传感器网络的特性，能够看出，建网所需要的人工费用是专门低的。

任何一个通过授权的微型智能传感器件只要放在网络的无线信号覆盖范畴内，就可自动加入网络工作，无须任何安装配置。

高度智能化最大程度上降低了网络爱护所需的人力和时刻，加上网络节点本身价格低廉，使得上海聚来无线传感器网络的爱护成本极低。

8、技术特点：
l多种信号采集；
l极低的电流功耗；
l4Mbps2.4GHZIEEE802.15.4兼容的射频收发；
l<10us的快速激活/睡眠状态转换；
l硬件层加密与身份验证安全特性；
l数字信号强度〔RSSI〕与无线连接质量〔LQI〕支持。

9、传输快、速率高
高速光纤工业以太网的应用使整个系统的传输速率由几百字节提高到百兆，实现了传输速率质的飞跃，从而可实现多点并发式查询，即多个采集点同时上传数据，极大的缩短了采集时刻，从而极大的提高了实时性〔真正意义上的多点并发，从芯片设计就独有的。

〕而不是第二代RFID依靠各种转换卡、转换器，把232或485转成CAN或TCP/IP，这只能使干线传输的协议变成CAN或TCP/IP，但各单一传感器输出仍储存着485轮巡的本质特点，系统网络化特点全然就不具备，系统操纵和数据信号还要依靠轮巡实现。

10、移动动态采集
先进的无线传感器网络技术与所需的传感器相连，从而实现移动动态的采集，如瓦斯、矿压、矿温等环境参数均可实现移动动态的采集。

11、可靠性高
先进的自有技术的应用，极大的提高了产品的可靠性和产品的识别能力。

如专有的时刻戳技术，即在每一个接收到的信息基础上加入采集时刻信息，使整个系统更为可靠。

12、多功能
实现了井下人员实时跟踪定位、机车实时跟踪定位、准确的考勤、历史查询、紧急呼救、小区广播、无卡禁入、低电压和禁区报警、辅助灾后搜救等九大重要安全治理功能。

13、开放性
整个系统留有丰富的软硬件接口，具有极大的开放性，可依照用户的需求作相应的调整。

14、高容量
井下人员治理及搜救系统在井下可容纳1000个数据采集器，每个数据采集器可同时采集8000张以上标识卡信息，整个系统可容纳标识卡上亿个，足以满足现有大中型煤矿的需要。

系统软件界面
〔图一〕
〔图二〕
1.6配置要求、系统图及实施步骤
1.6.1运行设备配置要求
地面中心站;
地面中心站主机采纳工控机。

CPU：使用相当于Intel公司的PentiumIV或以上级别的CPU；
操作系统：Windows2000以上操作系统；
内存：512M以上；显卡：Windows系统兼容，含有16MB以上的显示内存，1280*800辨论率以上；
硬盘：40G以上。

1.6.2系统图
煤矿井下定位系统
煤矿井下定位系统
产品简介
监测：随时了解井下作业人数／人员具体位置／行动方向、限制区域是否有人员进入；
治理：
对企业的所有资源〔设备物资、人力资源〕档案进行治理；
实现对井下作业人员进行考勤；
通过GIS方便地对井下空间进行区域划分、设定限制区域；
对井下监测数据进行记录、储备，并可随时调阅、统计、分析；
安全监控：
在发生超时／超员／有人进入限制区域等专门情形时向调度中心发送报警；
提供安全预案机制：向相关治理人员发送手机短信、向井下现场发送寻呼、警报等。

储备、查询、统计、分析、报表：
系统采纳大型商业数据库，能提供数据的海量储备、快速查询。

系统能实时储备各种业务数据，以及能够依照客户需求灵活定制报表样式。

良好的安全机制：数据备份、权限认证、操作日志、数据加密。