井工煤矿安全监测联网与人员定位联网的融合探索实现

井工煤矿安全监测联网与人员定位联网的融合探索实现
发布时间：2021-03-16T11:38:24.063Z 来源：《中国科技信息》2021年2月作者：王海山
[导读] 文章围绕着井工矿的安全监测联网与人员定位联网的融合方式进行探索，对目前联网的现状问题，实现联网的关键技术的可行性及联网融合实现后的应用场景进行探索，最后从管理、行业发展两种角度对其效益进行阐述。

国能和利时信息技术有限公司王海山 100011
摘要：文章围绕着井工矿的安全监测联网与人员定位联网的融合方式进行探索，对目前联网的现状问题，实现联网的关键技术的可行性及联网融合实现后的应用场景进行探索，最后从管理、行业发展两种角度对其效益进行阐述。

关键词：安全监测联网、人员定位联网、精确定位、生命体征、大数据量采集
1.现状分析
1.1.两系统联网建设情况
煤炭开采是一个综合性技术行业，涉及到地质、采矿、通风、运输、安全、机电和电气、爆破、环境保护以及企业管理诸多领域，其中因受自然地理条件等因素影响，煤炭开采作业场所处在不断变化之中，工作环境和安全状况非常复杂，井下生产作业受到坍塌、透水、冒顶、瓦斯、有毒气体等威胁。

在“安全第一，预防为主”安全生产管理方针指引下，国家相继出台了一系列煤炭安全生产的法律法规体系。

《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发【2010】23号）要求“煤矿和非煤矿山”安装相应的“六大系统”，达到“系统可靠、设施完善、管理到位、运转有效”的要求。

安全监控、人员定位系统作为重要的”六大系统”的重要组成，在井工矿的安全业务工作中，占有举足轻重的地位，而对于大型能源企业而言，大都已分别建设两系统的”二级”（矿-集团总部）或”三级”（矿-公司-集团总部）的联网系统。

在一定程度上推动的煤炭安全领域的发展进步。

1.2.系统缺少横向联系
大多数企业在安全监测联网系统、人员定位联网系统，”以下简称”两系统”均是先后进行建设，缺少统一的规划、布局，在安全业务管理层面更是缺少融合互动，基本为”各自为战”的状态。

但当今煤矿行业井下开采环境恶劣，各种安全事故依然层出不穷。

如2020年的松藻煤矿“9·27”重大火灾事故、吊水洞煤矿“12·4”重大事故，伤亡惨重，影响恶劣。

事故暴露出一些煤矿企业安全发展理念树得不牢，主体责任不落实，风险排查不全面。

在我们杜绝安全意识薄弱的的情况下，也需要有着相应的安全联动机制，即在出现异常情况时，总部、公司能够通过”两系统”融合的业务信息在第一时间，对于灾害事故进行研判，有利于更加及时、精准的进行救援的决策。

1.3示意图+区域定位
我国煤矿井下监控系统起步较晚，大约是20世纪90年代才开始引入，由开始的有限通讯，已经逐步发展为无线通讯为主。

过去国内的井下人员定位系统大多采用RFID射频识别技术，主要还是实现人员的区域粗略定位，不能实现真正意义上的定位跟踪，一般只能判断出被困旷工所在的一个大致范围，而不能推断出旷工的具体位置坐标。

而所采用的地图多为示意图、”伪GIS”方式，即可满足业务需求，对联网系统而言也基于示意图方式进行展示。

但是随着高精度定位技术的发展，矿端人员定位系统、人员定位联网系统，均迫切的需进行相应的改造。

面对我国井下定位系统亟需更新换代的现实，开展矿井人员高精度定位技术研究显得更加具有紧迫性。

2.现存问题
针对”两系统”分别联网后的现状主要存在以下问题：
2.1.“两系统”之间缺少融合
现阶段的”两系统”大都为先后进行建设，缺少统一的规划、布局，特别是在安全业务层面，没有横向的业务数据交互，系统基本都是各管一摊，”各自为战”的状态。

安全监控系统中出现报警异常后，无法在第一时间研判出周边的人员分布情况，还需跳转至人员定位系统查看；而人员定位系统出现异常情况时，对其人员周边环境信息情况，无法得知，不能有效的实现对安全业务信息的精准掌握。

2.2.非精确定位地图
目前有些矿井已经开始结合自身的实际情况，采用Zigbee、UWB相应的精确定位方式进行人员定位系统的建设。

近两年，深圳翌日、南京北路等企业人员定位系统实现精确人员安全定位技术，并结合矿图，真实地再现井下人员/车辆分布情况。

目前该技术已在神东集团下属锦界煤矿、上湾煤矿，国电电力察哈素煤矿应用，推广前景广阔。

基于真实坐标的矿图，是实现矿井精确人员定位的基础条件。

基于真实坐标的矿图，是实现矿井精确人员定位的基础条件，同样也是进行安全监控与人员定位联网融合的基础。

3.“两系统”融合联网方案
3.1.方案基础
安全监控系统、人员定位系统”两系统”在矿端部署方式，无论其井下数据采集方式，还是地面中心站拓扑结构、数据上传方式都基本一致。

对于两系统在集团的部署方式、服务组成、结构方式也有着很多相似之处。

而安全监控系统业务与人员定位业务之间有很多业务上的强联系，特别是业务联动方面。

以上两种情况就为”两系统”的融合方案，创造了可能性。

3.2.部署方案
对于”两系统”联网融合部署方案，主要有两部分组成，一部分为联网数据传输部分；一部分为集团总部业务部署部分。

如下图所示：
矿端安全监控系统、人员定位系统作为业务的源数据端，需保障数据上传的稳定可靠，而通过在矿端复用数据联网传输链路，通过矿端部署”矿端上传机”，实现对两系统的数据采集，并通过相应的集团内网，实现数据的上传。

数据上传至集团端，由数据接收服务端进行接收，而后根据业务数据特征，分别交于相应的业务系统，进行相应业务分析。

GIS服务器分别为”两系统”提供GIS融合服务，将安监与人员定位相应需通过地图方式展示内容，在同一基于精确定位坐标的GIS中进行融合展示。

同时基于人工智能等技术，实现面向目标的分析预测的融合服务器负责完成”两系统”相关融合业务的分析，并将融合信息、业务预测、业务判断统一交于前端的”两系统”进行展示。

4.“两系统”融合联网方案关键分析
融合方案的实现从关键技术方面主要有以下几个：矿端人员定位的精确定位、有效降低矿图维护工作量的维护技术、设备坐标的自标注、大数据的采集传输、井下人员生命体征实时监测。

4.1.精确定位技术
精确定位，基于Zigbee 技术的矿井人员定位系统。

ZigBee 是一种低速率无线通信规范，其物理层和 MAC 层协议由 IEEE802.15.4 协议定义，其网络层应用层及额外开发的安全协议由 ZigBee 联盟规定。

ZigBee 非常适合组建 WSN，也非常适合室内定位应用。

基于Zigbee 技术的定位系统通常采用基于 RSSI 的测距技术和区域定位技术结合的方式进行定位，由于矿井巷道中电磁波传播的多径衰落严重，其定位精度受到限制，欲获得更高的定位精度需要密集的布置节点。

4.2.矿图维护技术
对采用精确定位GIS图的矿井，不论安全监控系统或人员定位系统，矿端系统都已具备相应的GIS矿图文件，多为矿端维护人员利用相应的工具对“采掘工程平面图”CAD图进行处理，生成GIS格式文件后，导入矿端系统。

集团矿井人员定位系统对于此类矿井，将采用与矿端一致的GIS矿图文件，即将矿端系统现有的GIS矿图文件采集至集团端，集团端系统使用与矿端一致的GIS矿图。

对此集团矿井人员定位系统提供相应标准进行约束GIS矿图即可，同时将提供相应的接口进行GIS矿图的更新维护。

对于GIS矿图的维护，将实现“一处维护多处使用”。

参考文献
[1]安昆. 煤矿井下无线安全监测与人员定位系统设计与实现[D]. 西安建筑科技大学.
[2]尤文斌, 王海霞, 贾超群,等. 煤矿井下环境安全监测及人员定位系统:, 2018.
作者简介：王海山（1983.07），男，汉族，山东省单县人，本科学历，职称：中级，职业：系统分析师。