浅谈井下人员定位系统

浅谈井下人员定位系统
付靖波
【摘要】从煤矿企业生产现状、井下人员定位系统的优越性、先进性三方面阐述
了安装"井下人员定位系统"对煤矿安全生产的重要性,指出并分析了系统应用中存
在的问题,提出了个人看法及建议.
【期刊名称】《同煤科技》
【年(卷),期】2010(000)004
【总页数】3页(P1-2,5)
【关键词】人员定位系统;安全;射频识别
【作者】付靖波
【作者单位】大同煤矿集团公司燕子山矿企划部
【正文语种】中文
【中图分类】X924.3
煤矿事故的发生，不仅给人民群众造成巨大的痛苦，也使国家财产遭受重大损失。

但从目前的技术手段来看，要在短期内完全避免煤矿井下事故的发生还不太可能，因此灾后救助的高效运作显得尤为重要和紧迫。

如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化，如何在发生事故后，将损失降到最低，已成为所有煤矿企业关心的问题。

面对现实情况，除了不断加强灾害预防，减少事故的发生，更要加强事故的搜救工作，一旦发生事故，能及时、准确地掌握井下被困人员的分布情况，快速实施抢救措施，将事故损失降至最低，因此建立以
灾害预防、事故求助、电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。

在王家岭“3.28”透水事故抢险救援过程中，因为人员定位系统的缺失给抢险救援工作造成巨大困难，特别是使被困人员的核实工作陷入被动。

对此，赵铁锤在全国煤矿坚决遏制重特大事故、推广井下救生舱等避险设施现场会上要求，2010年年底前所有国有重点煤矿必须建立井下人员定位系统，其余煤矿必须在2011年年底之前全面建立，所以加强人员监控显得更为重要。

定位系统是实现煤矿安全生产的重要保证之一，也决定了煤矿企业安装井下人员定位系统的重要性。

煤矿井下人员跟踪定位管理系统被矿工戏称为井下矿工的“GPS”，其基本原理是利用射频信号和空耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，实现对被识别物体的自动实别。

常用的一种定位方案是信号强度检测法，类似于手机信号的检测。

当一个无源电子标签（Tag）处于某个基站附近时，这个基站获得的信号最强，我们很容易判断它的位置。

如果Tag移动到两个基站的重叠区时，两个基站获得的信号强度
不一致，对比信号的强度我们也能精确地判断Tag的具体位置。

该系统是集计算
机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，主要解决的是井下人员定位的问题，实现对井下人员的跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能，不仅能够全程监控和记录每个入井人员在井下的行踪，随时掌握井下人员的详细分布情况，极大地提高该矿的安全管理水平；而且能进一步提高矿井信息化管理水平，增强矿井的整体抗灾、防灾能力。

既可以供中小型矿井作为一个功能齐全的自动监控考勤系统使用；也可以与已有的矿井综合系统结合，作为一个重要的功能供大型矿井使用，为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶带来了新的契机。

该系统有四大优点。

①有报警功能，通过设定员工出入井时间，对下井超时的人员指示报警；并且还能通过在井下一些重要硐室、危险场合（盲巷等）配备语音站，阻止违章人员进入。

②安全、可靠，在恶劣环境下24 h正常工作，有利于抢险救
灾工作，在发生事故时，能立即从计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险提供科学依据。

③自动检测查询下井人员人数，随时了解员工在井下的分布情况并对其进行实时跟踪监控。

能够及时、准确地将井下各个区域人员及设备的情况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及设备的分布状况，以便于进行更加合理的调度管理。

④可以实现完善的考勤管理功能，如查询某人在任一时间段的活动轨迹，查询一人或多人入井次数及在井下的工作时间等一系列信息。

可以督促和落实巡查人员是否按时进行各项数据测试和处理，从根本上杜绝人为因素造成的事故。

另外，考勤部门通过信息中心站从井下采集的数字信号，获取员工的准确出勤率，实现了员工考勤的自动化。

系统的优越性决定了煤矿企业安装井下人员定位系统的必要性。

井下人员定位系统普遍采用目前国际上最先进的射频识别（RFID，Radio Frequency Identifi-cation）技术，利用无线传输方式进行双向数据通信，进而达到自动识别并交换信息的目的。

RFID与其他识别技术相比，具有防水、防磁、耐
高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。

其系统组成如下：①标签，由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信；②阅读器，读取标签信息的设备；③天线，在标签和读写器之间传递射频信号。

典型的射频识别系统主要是射频卡和阅读器两部分。

射频卡是将几个主要模块集成到一块芯片中，芯片上有EEPROM用来储存识别码或其他数据。

EEPROM容量从几比特到几万比特，芯片外围无需连接天线完成与读写器的通信。

在多数RFID系统中，读写器在一定区域内发射电磁波。

射频卡内有一个LC串联
谐振电路，其频率与读写器频率相同。

当射频卡经过这个区域时，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生谐振，在电容上感应出电荷。

在这个电容的另一端，接有一
个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存。

当所积累的电荷达
到2 V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或
接收读写器的数据。

阅读器接收到卡的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后通过RS232，RS422，RS485或无线方式将数据传送到计算机网络。

另外，引入的光纤线路高速大容量，无线语音数据，IP软交换，高速图像监控，
移动定位等多种先进技术，对于煤矿企业、井下设备，均为低耗本安型功能模块设计，设备技术成熟，可靠性极高。

从先进的技术方面进一步决定了安装井下人员定位系统的重要性。

（1）因为井下特殊工作环境，如果使用远距离射频卡系统，读写器价格昂贵，随着距离的增加，系统的价格将迅速增加。

如果要实现人员位置的密集跟踪，系统造价将难以承受；若只实现小范围的人员检测，难以体现其价值，更难以发挥其应有的作用，致使许多矿井因为经济原因而不愿安装。

“十五”期间，煤炭工业电子信息化建设在“九五”发展的基础上，围绕煤炭工业改革发展的战略任务，以信息和知识资源的开发利用为核心，结合煤炭工业实际需要，重点进行煤矿生产安全监测监控等信息化建设工作，已纳入安全生产企业的经营管理日程，所以笔者认为，安装井下人员定位系统势在必行。

可以从软件技术上进行研究开发，提高射频卡的灵敏度，降低成本。

另外，希望政府政策方面给予扶持。

（2）矿井内，大量的生产设备，配套的辅助设备数量、种类繁多，情况复杂，且处于不定期的变动中，致使系统的精确性达不到现实应用要求。

建议对设备进行捆绑分组跟踪，并在软件技术及数据结构上进行改进，使系统向网络化发展，能够方便快捷地对生产设备进行监控。

（3）由于RFID系统使用的频率和通信方式，抗干扰的性能非常有限，在井下复
杂环境下使用也存在问题，工作性能大大降低。

为了避免井下环境对无线信号的干扰，建议所有无线标签模块应使用抗干扰的直序扩频通信方式。

（4）我国目前所使用的井下人员定位系统，实际上仅仅使用了其考勤功能，相当
于一种考勤记录系统，并非真正的人员定位跟踪系统。

建议企业领导对现有系统引起足够的重视和利用，引进专业人才，使其能够充分发挥井下人员定位的作用。

【相关文献】
[1]程真.5年内实现井下避险系统全覆盖.中国能源报，2010－05－24（第17版） .
[2]文汉云，金升藻.基于RFID技术的动物识别与跟踪管理系统研究 [J].计算机系统应用，2006（3）：73－75.
[3]段锦，齐红，宋璐.实时数据远程通信系统的设计 [J].计算机工程，2002（4）：263－265.
[4]侯方勇，戴葵.计算机射频通信系统的设计与实现 [J].计算机应用研究，2002（12）：105－107.。