矿井人员精确定位系统(包建军)
最新井下人员定位系统
井下人员定位系统
井下人员定位系统
井下人员定位系统是矿安通科技（北京）有限公司为矿井、矿山隧道等场所的人员和移动设备（如机车）进行实时定位、跟踪监控和考勤管理开发的完整解决方案。
该系统采用了无线射频技术、数据处理技术、数据通讯技术和地理信息系统技术，可提供丰富的数据、图形信息，能从地面实时监测井下人员、设备当前位置、行走路径，统计井下人员数量和分布情况，按照矿井的实际情况提供考勤功能。
该系统能及时、准确将井下各个区域的人员及设备的动态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、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。
一旦矿井发生事故，快速准确确定井下人员所在位置，就成为施救能否成功的难点和关键点。
该系统可快速检索井下人员的最后时刻位置及人员分布情况，给救援人员提供准确信息，为营救争取宝贵时间。
主要技术指标
•系统容量：定位人数大于3000人（井下同时）
•标识卡是把距离：大于200米（为一般RFID的10倍）•井下信号覆盖率：大于80%（典型情况）
•误码率：小于10E-8（符合AQ6210标准）
•定位精度：±20米（全巷道连续精确定位）。
井下人员精确定位系统无线终端同步升级方法
井下人员精确定位系统无线终端同步升级方法张立峰1，2， 包建军1，2， 金业勇1，2（1. 中煤科工集团常州研究院有限公司，江苏 常州 213015；2. 天地（常州）自动化股份有限公司，江苏 常州 213015）摘要：针对井下人员定位系统采用无线应用内编程（IAP ）方式进行固件升级存在的升级期间标志卡无法正常使用、升级效率较低、安全性不高等问题，提出了一种井下人员精确定位系统无线终端同步升级方法。
给出了井下人员精确定位系统架构和无线终端同步升级方法流程，重点介绍了无线终端同步升级的安全性设计和高并发技术实现。
安全性设计：为提升空中数据传输的安全性，针对读卡器与标志卡之间的数据传输方式，采用高级加密标准（AES ）加密器进行针对性加密；为确保标志卡无线升级后运行正常，在标志卡完成接收即将切换时引入信息摘要算法MD5进行完整性校验。
高并发技术实现：利用矿井全覆盖的超宽带（UWB ）无线通信网络扩展并兼容无线升级协议，实现井下所有标志卡分布式多节点同步升级；通过断点续传方式，解决运动状态下多节点之间数据切换的问题；基于时隙ALOHA 算法，提出一种动态时隙分配机制，以保证人员精确定位系统的容量及响应效率。
测试结果表明，该方法可以在井下人员精确定位系统内兼容运行，在不影响系统性能指标的情况下，实现所有无线终端定位标志卡嵌入式固件的无线升级，升级成功率为100%，且升级过程高效、可靠、安全。
关键词：井下人员精确定位；无线终端；固件升级；无线升级；同步升级；混合加密；断点续传；动态时隙分配机制中图分类号：TD655.3 文献标志码：ASynchronous upgrade method for the wireless terminal of underground personnel precise positioning systemZHANG Lifeng 1,2, BAO Jianjun 1,2, JIN Yeyong 1,2(1. CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China ；2. Tiandi (Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China)Abstract : When the underground personnel positioning system's firmware is upgraded using the wireless in-application programming (IAP) mode, the mark card can not be used normally, the upgrade efficiency is low and the security is not high. In order to solve the above problems, a synchronous upgrade method for the wireless terminal of the underground personnel precise positioning system is proposed. The architecture of underground personnel precise positioning system and the process of wireless terminal synchronous upgrade method are pointed out. The security design and high concurrency technology implementation of the wireless terminal synchronous upgrade are mainly introduced. Security design: in order to improve the security of air data transmission, advanced encyption standard (AES) encryptor is used to encrypt the data transmission between the card reader and the identification card. In order to ensure the normal operation of the identification card after the wireless upgrade, the message digest algorithm MD5 is introduced to perform integrity verification when the收稿日期：2022-10-13；修回日期：2023-02-22；责任编辑：胡娴。
UWB煤矿人员精确定位系统
煤矿人员精确定位系统_UWB高精度定位技术核心功能随着UWB煤矿人员定位系统与煤炭企业的深度融合，煤矿安全生产建设成为煤炭行业实现高质量发展的核心支撑，有助于实现煤矿安全生产、稳定创收和提质增效。
四相煤矿人员定位系统在助力煤矿企业完成智能化系统的建设中，坚持以人为本、安全生产的原则，从井上到井下构建全方位安全生产保障体系。
煤矿人员定位系统的核心功能1.双向通讯功能：煤矿人员定位系统实现了定位标签与地面中心双向通讯的功能，人员佩戴定位标签在可以通过求助按钮像管理中心发送信号，管理中心也可以通过定位标签进行呼叫，下发指令。
2.“一人一卡”唯一性识别：对人员进行出入识别，有效防止“一人多卡、无卡、替卡”等情况发生，提高人员下井安全管控，制止不规范行为，及时消除安全隐患；3.智能信息录入：煤矿人员定位系统对人员信息可以智能化录入、修改、删除，并能根据人员工作情况进行智能考勤、智能调度。
4.轨迹查询：可随意查询人员数量及分布情况：查找任意指定并下人员在某个时间段内的活动轨迹，引进了SVG矢量图技术，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，可获得经过该读卡器的人员信息和时间，以及所在区队班组、姓名、每月入井工数、入井时间、每天入井情况等显示、打印、查询等功能。
5.丰富的地图功能：具有放大、缩小、移动、视野控制、中心移动、图层控制、地图打印等功能。
具有矢量图管理功能，能够对工程图进行矢量化和矢量图属陛编辑功能，并能在矢量图上定位并显示人员的准确位置和基本信息(包括：姓名、身份证号，区队、职务、工种…)。
能对入井人员信息按照工作单位、职务、工种等情况进行分类检索和报表打印输出。
6.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，绘制的图形在配套监测终端上可实时刷新显示。
7.紧急求救功能：发生紧急危险事件时，通过矿工佩戴的识别卡可主动发出求救信号，能及时、准确地发现紧急情况，同时系统提供最佳逃生路线，最大限度保证救援工作的及时陛和安全性。
矿山井下人员定位系统
ｒａ ｔ ｅｌ ａｏ ｔ ｆ ａ ｒ ｃｌ， ｔ ｎａｃ ，ａｄｏ ｅ ｎｔ ｎ ，ａｄｔ ａｈｅｅｔ ａ ｃｏ ｆ ｅ ｏｎｌ ｃｉｔ ｓ ｅｌ ｉ ｃｔ ｎｓ ｆ， ｌ ｍ， ａ ａ ｅｄｎｅ ｎ ｔ ｒ ｕ ｃｏ ｓ ｎ ｃｉｖ ｅｔｊ ｔ ｙｏ ｒ ｎｅ ａｔ ｉｅ －ｍ ｏ ｉ ａ ａ ｌ ｔ ｈ ｆ ｉ ｏ ｈ ｒ ｅ ｒ ｐｓ ｖｉ
＇ Leabharlann ６ ． ｃ ０ ｍ第 ２期
杨清花： 矿山井下人员定位 系 统
ｌ５ ２
电排水重要区域、 危险区域 、 采场各层工作面等人员
聚集 、 动地 。 活
网络支 撑平 台 ， 将来 井 下 各 监测 监 控 系统 均 可接 入 到该 网络 中 ， 避免 网络 重 复 建设 、 省人 力 物 力 ， 节 有 效 消 除“ 信息 孤 岛” 象 。主 控室 系 统 软 件 采用 Ｂ 现 ／ ｓ网络架 构 ， 可以分 配多个 不 同权 限用 户 ， 户 端不 客 需 要安装 任何 程序 ， 即可 在 网 络终 端 浏 览 及 了解 相
ｄ ｓ ｒｂ ｄ ｅｃ ｅ ． ｉ Ｋｅ ｏ ｄ ：ｄ ｗｎ ｏ ｅ ｐ ｒｏ ｎ ｌｐ ｓｔ ｎ ｎ ｙ ｔｍ ｏ ｈ ｎ ｓ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｏ ｈ ｌ ｅ ｎ ｅ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ｓｓｅ ｆｒ ｔ ｅ ｍｉｅ ；Ｃ ｕ ；Ｍｏ ｉ ｒｎ ｕ －ｔｔ ｎ；ｆ ｒ ｔ ｅ ｍｉ ｅ Ｄ ｓ ｉ ＡＮ ｂ ｓ ｎ ｔｉ ｇ Ｓ ｂ ｓａｉ ｏ ｏ ｏ ｈ ｎ ｓ Ｉ ｃｒ ａｄ
讯 、 呼手段远 远 落 后 于地 面 。作 为 地 面 生产 指 挥 寻 和控制 的核心 部 门 ， 时 了解 井 下 人 员 流 动情 况 并 实
加 以跟踪 就显 的颇 为 重要 ， 并且 能 在 最 短 的 时 间 内
KJ139矿井人员考勤定位系统简介
KJ139矿井人员考勤定位系统简介矿井巷道纵横绵延万米，造成井下人员作业流动性大，通讯不便，具体人数、具体位置时刻发生变化，地面调度很难知道井下人员的具体分布情况，特别是安检人员、瓦检人员、维护人员和管理人员位置和作业情况，不利于安全监督和动态调度。
对他们的下井时间、行踪也很难考核。
一旦井下发生火灾、水灾、瓦斯、煤尘爆炸等事故，短时间内很难知道事故前人员的位置、事故地点的确切数据，并且制定出切实有效的救灾救援方案，常常因此延误救援的最佳时间而造成无法弥补的损失。
《KJ139矿井人员考勤定位系统》该系统可实现地面对井下人员情况的实时调度和信息沟通，是RFID识别技术在井下应用的重大实现。
一、系统原理：系统原理图RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写。
是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。
射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
KJ139矿井人员考勤定位系统由KGE36本安型识别卡、KJF78隔爆兼本安型考勤定位分站（内含读卡器、通讯接口、本安电源）、KCT13型调制解调器、工控计算机及系统软件组成。
识别卡内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别人或车辆的标识性信息。
应用中将识别卡附着在待识别人员矿灯或车体上，作为待识别人员或车辆的电子标记。
读卡器与识别卡可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由读卡器向卡发送命令，卡根据收到的读卡器的命令，将内存的标识性数据回传给读卡器。
这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。
若干个定位分站将各处采集来的人员流动信息通过通讯电缆回传到地面调制解调器，进入计算机网络，由系统管理软件进行数据处理。
三、系统用途：●下井人员的考勤●井下人员定位●瓦检员巡查工作考核●事故人员救援●矿车运行定位与矿车运量统计四、系统指标：系统容量：6万个识别卡传输容量：64个分站传输距离：20公里传输速率：4800bps读卡距离：20--100米可调读卡周期：16秒（5000个卡）分站电源：交流660V、220V、127V任选分站储量：每台最多存10000条记录分站后备电源供电：4小时系统环境：Windows 2000 / SQL Server 2000软件结构：B/S 或C/S五、系统功能：1、系统软件部分●服务器连接设置：主要完成与数据库连接的设置，并保存到ini文件里。
一种矿井移动采掘设备人员接近预警装置[实用新型专利]
![一种矿井移动采掘设备人员接近预警装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4aa842c77375a417876f8f8c.png)
专利名称：一种矿井移动采掘设备人员接近预警装置专利类型：实用新型专利
发明人：包建军,王树强,张科帆,李正东
申请号：CN201520478157.5
申请日：20150703
公开号：CN204783115U
公开日：
20151118
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种矿井移动采掘设备人员接近预警装置，包括移动标签、探测器、主控器、显示器、报警器和电控箱；移动标签由矿井工作人员随身携带；探测器、主控器和电控箱设在矿井移动采掘设备上，显示器和报警器设在矿井移动采掘设备的操作室内；移动标签与探测器无线通信信号电连接；各探测器与主控器信号电连接；显示器和报警器均分别与主控器信号电连接；电控箱与主控器控制信号电连接且电控箱使用时为主控器提供工作电源。
本实用新型使用时能够精确获取矿井移动采掘设备周边人员位置信息，通过告警及停机等措施，确保矿井移动采掘设备周围人员的人身安全。
申请人：天地(常州)自动化股份有限公司,中煤科工集团常州研究院有限公司
地址：213022 江苏省常州市新北区黄河西路219号
国籍：CN
代理机构：常州市江海阳光知识产权代理有限公司
代理人：张兢
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矿井人员精确定位系统(包建军)讲解
SDS-TW-TOA无线测距方法
采用最新IEEE 802.15.4a技术规范定义的高精度无线定位方法：SDS-TW-
TOA(Symmetric-Double-Sides Two-Way Time-Of-Arrival) 对称双边双向到达时间。
上式中，为距离发射点d米处的接受信号强度表达式db.m，为接受功率的参考点；为 该节点的发射功率；为实际的路径损耗指数；为自由空间路径损耗指数，；为0均值 的高斯分布随机变量，标准偏差为，越大，表示模型的不确定性越大。 无线信号的传输损耗模型受环境影响大，尤其在传播模型复杂的煤矿井下，点到点 的传输损耗无法统一建模，往往必须依靠增加锚节点的密度通过全局优化算法来控制 定位误差。
推广应用情况
重庆能投集团松藻矿务局打通一矿正在安装精确人员定位系统。 煤矿井下机车调度的关键技术就是要确定机车的位置、速度和方向，目前主流技术 是用轨道计轴传感器来对采集和判断机车的位置和速度，比如KJ293系统。但计轴传 感器施工困难，故障率高，维护麻烦已经成为机车调度系统的发展难题。如果采用无 线精确定位技术，实现对机车位置、方向和速度的识别和判断，将有望使这一系统的 性能有本质的提高。
煤炭科学研究总院常州自动化研究院 天地(常州)自动化股份有限公司
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KJ69J兼容方法-发射器
精确定位发射器KGE37D，同时具备区域定位与精确定位功能 。 在区域定位系统的无线覆盖范围内，KGE37D 相当于KGE37B一样，可作为区域定 位发射器使用 。 KGE37D移动到KJF91精确定位无线覆盖范围内，就可以实现精确定位功能 。
矿井人员定位系统
❖ 技术原理
直接序列扩频（DSSS）是直接利用具有
高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发
端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的
扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号
还原成原始的信息 。
扩1
11000100110 解11000100110
1
频0
00110010110 扩00110010110
0
在发射信号前引入相应的伪随机扩频码 的过程称为扩频处理；在接收时从信号中移 去扩频码，恢复原始数据的过程称为解扩。
❖ 组成：射频识别系统主要由Tag(标签)、读写 器、天线等组成。
(1) 电子标签( T ag ) : 又称智能标签或称射 频卡;
(2) 读写器( Reader ) : 有时也被称为阅读 器、通讯器或称为读出装置, 用以产生发射无 线电射频信号并通过天线接收由电子标签反 射回的无线电射频信号, 经处理后获取标签数 据信息, 有时还可以写入标签信息的设备, 可
识别的信息，并发送至地面传输接口。
❖ 识别卡 identification card ❖ 由下井人员携带，保存有约定格式的电
子数据，当进入位置监测分站的识别范围时，
系统采用的无线通信技术：
1、射频识别技术 2、2.4G无线通讯技术 3、2.4G直序扩频通讯技术
射频识别技术：
❖ 定义：RFID (射频识别)是20世纪90年代兴 起的一种非接触式的新型自动识别技术, 它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。
❖ RFID 有以下特点: (1)操作简单方便, 可以实现高速移动目标的识别。 (2)无硬件接触, 避免了因机械接触而产生的各种故障, 使 用寿命长。 (3)射频识别卡完全密封, 具有良好的防水、防尘、防污损、 防磁、防静电性能, 适合在井下恶劣环境中工作。 (4)对无线传输的数据都经过随机序列的加密, 并有完善、 保密的通信协议。 (5)通信协议具有防碰撞机制, 可实现同时对多个移动目标 进行识别。 (6)信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣物、人等), 数据传输量小, 抗干扰能力强, 感应灵敏, 易于维护和操作。
矿井人员精确定位系统(包建军)讲解
KJ69J兼容方法-分站与接收器
在需要精确定位的场合，必须安装KJF90分站 KJF90分站可选RS485/CAN/ETHERNET三种通讯方式，兼容KJF80分站 。 在需要精确定位的场合，必须安装KJF91无线接收器。 KJF91上可插两块无线接收板，分别作区域定位覆盖(KGE37B),和精确定位覆盖 (KGE37D)。 KJF90分站可以接KJF80.2和KJF91两种接受头。
推广应用情况
重庆能投集团松藻矿务局打通一矿正在安装精确人员定位系统。 煤矿井下机车调度的关键技术就是要确定机车的位置、速度和方向，目前主流技术 是用轨道计轴传感器来对采集和判断机车的位置和速度，比如KJ293系统。但计轴传 感器施工困难，故障率高，维护麻烦已经成为机车调度系统的发展难题。如果采用无 线精确定位技术，实现对机车位置、方向和速度的识别和判断，将有望使这一系统的 性能有本质的提高。
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KJ69J兼容方法-系统改造
在需要精确定位的地方安装KJF90分站和KJF91接受头 。 增加KGE37D精确定位发射器。 将系统软件从KJ69N版本升级到KJ69J版本 。
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存在问题与改进设想
无线定位技术是一个新的技术领域，SDS-TW-TOA无线测距标准同样是一个前沿 的技术方法，从目前全球范围的发展情况来看，相关技术还没有到达大规模产业化的 阶段。因此存在核心芯片成本较高，对于产品批量生产存在不确定的风险。 SDS-TW-TOA方法从本质上是一种将电磁波传输时间换算为距离的技术。电磁波 每秒的传输速度是300,000KM/S,一个纳秒的误差就是0.3米，因此该产品的设计生产 器件、工艺要求非常高，电子元器件、印制板的微小偏差都将导致产品的实际误差达 不到设计要求。 精确定位系统必须提供实时的位置信息，因此，定位器需要较高的频率不断向定位 服务器发送自身位置的变化，功耗控制是一个技术难题，后续的工作将主要集中于利 用智能电源管理方法，进一步降级功耗，提高实用性能。
基于测距技术的井下动目标精确定位方法
基于测距技术的井下动目标精确定位方法
李正东;张科帆;包建军
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】2015(041)005
【摘要】针对现有煤矿井下人员定位系统定位精度不高、不能满足精确定位场合需求的问题,提出了一种基于测距技术的井下动目标精确定位方法.该方法利用RSSI 和TOF测距技术计算动目标的精确位置,在因通信障碍导致测距失败时,利用历史数据估计目标的当前位置.实验结果表明,该方法可以有效获取动目标位置,且运算复杂度低,实时性好,可用于井下精确定位等场合.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】李正东;张科帆;包建军
【作者单位】天地(常州)自动化股份有限公司,江苏常州 213015;天地(常州)自动化股份有限公司,江苏常州 213015;天地(常州)自动化股份有限公司,江苏常州213015
【正文语种】中文
【中图分类】TD655
【相关文献】
1.基于飞行体间精确测距的动态相对定位方法 [J], 江涛;夏艳;陈卫东
2.多干扰源下煤矿井下移动目标精确定位仿真 [J], 张楠
3.基于UWB TDOA测距的井下动态定位方法 [J], 隋心;杨广松;郝雨时;王长强;徐
爱功
4.基于电磁波及超声波联合测距的井下定位方法 [J], 田子建;李宗伟;刘晓阳;王文清;方柯;石玉凌风
5.基于UWB技术的井下快速移动目标高精度定位系统的设计与实现 [J], 张日明;周欢;龙飞阳
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LoRa精确定位系统井下组网方案设计
- 24 -LoRa精确定位系统井下组网方案设计1.重庆工程职业技术学院，2.重庆城市管理职业学院 唐丽均1，吴畏2摘 要：文章设计了基于LoRa 的矿用精确定位系统井下组网方案。
该系统组网采用以太网+RS485结构进行组网。
实测表明，该组网结构可以准确地跟踪井下人员的移动。
关键词：精确定位；LoRa ；人员远距离电波（Long Range ，LoRa ）是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。
基于LoRa 的定位技术在能够满足矿用定位精度要求条件下，为了扩大系统的覆盖距离，降低系统部署成本，本文提出了基于LoRa 的精确定位系统在煤矿井下的组网方案。
1 精确定位系统井下组网1.1 无线定位方案LoRa 精确定位为无线定位技术，其通过基站与卡的无线通信进行定位，人员标签与基站的距离即为人员标签与基站的距离为以基站为圆心的圆周上，不能准确判断其位置（见图1）。
图1 人员标签与单个基站的定位因煤矿井下的巷道为狭长巷道，巷道宽只有5 m ，而长度多达几十公里，所以，人员可化简为在线上进行移动，其算法也可精简为一维算法[1-3]，及可通过两基站与人员标签的不同距离即可确定人员标签的精确位置和运动方向，如图2所示。
图2 人员标签与两个基站的定位为了准确对人员标签进行定位，人员标签应该与相邻两基站均能进行定位，即相邻两台基站的无线信号应相互重叠覆盖。
1.2 组网方案在进行系统组网时，应遵循安装方案和如下原则：应能融合原网络，如原井下工业以太网，避免重复投资；工作面和掘进面尽量用电缆进行通信，便于维护；传输网络应实时性强，无数据传输堵塞；数据传输延迟较小；兼容性强，需兼容区域定位；尽量多用多路电源，减少系统成本和维护量[4-6]。
系统组网采用以太网+RS485结构。
主干网络采用以太网传输，支干网络采用RS485结构。
有以下几种组网方案。
（1）主干网络：采用分站进行数据传输作用，分站之间可通过VDSL 、网线、光纤进行级联。
科技成果——矿井车辆人员精确定位与管理系统
科技成果——矿井车辆/人员精确定位与管理系统技术开发单位
北京永安信通科技股份有限公司
适用范围
适用于煤矿、非煤矿山、地铁、隧道等领域的人员安全管理及生产管理。
成果简介
（1）提出了基于UWB的矿井复杂环境精确定位整体解决方案，综合远程微分站技术、人车联合定位技术、惯导融合定位技术解决了井下复杂环境无盲区精确定位的问题；
（2）提出了高频时钟同步优化补偿算法，井下单分站最大覆盖半径800米，一/二维定位精度分别达到稳定20cm/30cm；
（3）提出了基于低功耗大容量加权调度QoS技术，开发了低功耗大容量定位分站系统。
可同时支持200个定位目标，人卡续航时间400小时。
应用情况
2016年11月，系统成功在潞安高河能源运行，实现了高河矿井全部巷道内的井下人员的实时定位、跟踪、考勤、运动状态、进入限制区域告警等；提供云端、移动端访问能力，可随时随地掌握井下实时信息，在整体提升井下透明度、生产环境安全度的同时，以精准定位管理为技术手段，进一步推进矿井“三精”管理，实现矿井安全生产精益化、管理流程精细化、效益提升精准化。
也为管理决策提供了
更精准的数据参考，进而提升管理效率。
2018年7月该系统在潞安王庄煤矿部署使用，总覆盖距离达100公里。
同时系统已在余吾、漳村、古城等煤矿部署。
煤矿井下作业人员高精度定位系统设计
[4] 宁宇,尤永江.浅谈 GPS 技术在公路运输中的应用[J].大陆桥
图4
视野,2008(10):90-91.
垂直方向的定位信号数据曲线
线作业人员的位置状态，如发生突发事故，能够及时开展救
援并取得信息联系。
本文通过实际工况条件，设计出了井下作业人员高精度
求。虽然目前随着煤炭现代化发展进程的开启，各地高科技
现代化开采设备也在不断地应用于煤炭开采过程中，但是真
作业人员的定位需覆盖工作面的每一个角落，因此相比于在
地上进行定位具有更高的难度[4]；
正实际执行决策操作的还是矿井作业人员，如何保障作业人
（2） 矿井内的设备复杂，具有较多的机械设备和电气设
员的生命健康安全是煤矿行业技术人员所应关注的热点问
4 结束语
煤矿企业安全生产常态化发展一直是国家相关部门所要
2.3 定位分站设计
高精度定位系统的定位分站设计如图 2 所示，其中为确
保数据处理计算的精确性，应选用高性能的处理器，处理器
求的，其中矿井作业人员的生命安全应放在煤矿企业进行日
常作业生产的首位。在进行煤炭开采过程中，应随时掌握一
·248·
王国亮：煤矿井下作业人员高精度定位系统设计
长的时间段内，煤炭将继续作为我国能源的主要形式而存在
[1]
了依据[3]。
1 煤矿井下测距方法
1.1 定位特点
定位特点如下：
。然而作为我国主要的能源物资，在大力开发煤炭资源的同
（1） 矿井内各个开采巷道分布广泛，每一个分支的长度
时，也对在煤炭开采过程中的安全生产提出了更严格的要
都比较长，某个巷道的长度最长可以达到 10 km，对于矿井内
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பைடு நூலகம்
KJ69J兼容方法-系统改造
➢ 在需要精确定位的地方安装KJF90分站和KJF91接受头 。 ➢ 增加KGE37D精确定位发射器。 ➢ 将系统软件从KJ69N版本升级到KJ69J版本 。
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关键技术实现 – 无线定位
➢双点一维定位适用于长距离双向巷道。
煤炭科学研究总院常州自动化研究院 天地(常州)自动化股份有限公司
关键技术实现 – 无线定位
➢三点二维定位适用于较大的平面工作场合。
煤炭科学研究总院常州自动化研究院 天地(常州)自动化股份有限公司
KGE37D
➢ KGE37D精确定位发射器，定位精度小于3米。 ➢ 具有中文短信接受功能，短信最大长度为25个汉字，可采用单呼、组呼和广播三种 方式发送，并采用存储转发机制提高收发可靠性。 ➢ 具有紧急呼叫功能，当危险发生时，携带者可通过按钮向井上发送警报信息。 ➢ 具备低电量自动报警功能。
数据管理子系统 考勤管理子系统 定位跟踪子系统 安全报警子系统 救灾辅助子系统
通
SQL SERVER
讯
ODBC
2000
ODBC
子
系
统
TCP/IP
分站1 分站2
…
分站n
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KJ69J精确定位系统软件
➢ 支持实时跟踪的二维矢量图形系统
为了支持精确定位系统必备的实时地理跟踪功能,实现矿井地图的显示、放大、缩小、 平移和导航等，系统在解析AUTODESK公司DWG格式文件的基础上，在非 AUTOCAD环境下构建了一个轻量级的GIS平台，为人员与设备精确位置监测提 供地理信息和图形界面支撑 。
煤炭科学研究总院常州自动化研究院 天地(常州)自动化股份有限公司
KJF90精确定位分站
➢ 基于ARM7的嵌入式多任务内核。 ➢ 具有10M/100M以太网络、CAN 2.0B、RS485三种可选通讯模式。 ➢ 具有多路开关量输入、输出接口。 ➢ 具备液晶显示与遥控接受功能。
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上式中，为距离发射点d米处的接受信号强度表达式db.m，为接受功率的参考点；为 该节点的发射功率；为实际的路径损耗指数；为自由空间路径损耗指数，；为0均值 的高斯分布随机变量，标准偏差为，越大，表示模型的不确定性越大。 ➢ 无线信号的传输损耗模型受环境影响大，尤其在传播模型复杂的煤矿井下，点到点 的传输损耗无法统一建模，往往必须依靠增加锚节点的密度通过全局优化算法来控制 定位误差。
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KJ69J系统总结
➢ 率先提出了用SDS-TW-TOA无线测距和最小二乘法实现煤矿井下动目标精确定位 的技术方法和软件实现方案。 ➢ 设计实现了具有精确定位功能的井下无线收发器和定位器，对于移动速度小于5米/ 秒的动目标，定位精度可达到3米以内。 ➢ 设计实现了基于DWG的二维矢量图形软件系统，可同时将100个以内井下动目标的 当前位置、状态反映在矿井地图上，实现精确的位置显示和全程跟踪。 ➢ 通过高效算法、系统架构和数据库系统优化设计，可靠解决了精确定位系统数据量 巨大，实时性强，计算强度高等对系统支撑环境的严酷要求。 ➢ 设计实现了精确定位系统与现有区域定位系统的兼容融合方案。使用兼容的精确定 位系统将可以降低系统的整体成本，并提高实际可用性。
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KJ69J兼容方法-发射器
➢精确定位发射器KGE37D，同时具备区域定位与精确定位功能 。 ➢在区域定位系统的无线覆盖范围内，KGE37D 相当于KGE37B一样，可作为区域定 位发射器使用 。 ➢KGE37D移动到KJF91精确定位无线覆盖范围内，就可以实现精确定位功能 。
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存在问题与改进设想
➢ 无线定位技术是一个新的技术领域，SDS-TW-TOA无线测距标准同样是一个前沿 的技术方法，从目前全球范围的发展情况来看，相关技术还没有到达大规模产业化的 阶段。因此存在核心芯片成本较高，对于产品批量生产存在不确定的风险。 ➢ SDS-TW-TOA方法从本质上是一种将电磁波传输时间换算为距离的技术。电磁波 每秒的传输速度是300,000KM/S,一个纳秒的误差就是0.3米，因此该产品的设计生产 器件、工艺要求非常高，电子元器件、印制板的微小偏差都将导致产品的实际误差达 不到设计要求。 ➢ 精确定位系统必须提供实时的位置信息，因此，定位器需要较高的频率不断向定位 服务器发送自身位置的变化，功耗控制是一个技术难题，后续的工作将主要集中于利 用智能电源管理方法，进一步降级功耗，提高实用性能。
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SDS-TW-TOA无线测距方法
➢ 采用最新IEEE 802.15.4a技术规范定义的高精度无线定位方法：SDS-TW-
TOA(Symmetric-Double-Sides Two-Way Time-Of-Arrival) 对称双边双向到达时间。
节点A
节点B
R1 Tt
Tab Tdb
R2
Tt
Tba
R3 Tda
d SDSTW TOA AB
1 4
c
•
(Tab
Tba
Tdb
Tda )
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关键技术实现 – 无线定位
➢一维单点定位适用于巷道的尽头，人员单侧移动的场合。
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RSSI无线定位方法
➢ RSSI是目前Zigbee和WiFi网络采用的主要定位方法，它依据无线信号的传输损耗模 型计算移动节点与锚节点间的距离，大尺度对数距离传输损耗模型如下式表述：
Pr d A0 10 0 lgd0 10 lgd / d0 X
矿井人员精确定位系统
•天 地 ( 常 州 ) 自 动 化 股 份 有 限 公 司 通信研究所: 包建军 2010-12-11
区域定位与精确定位
➢ 目前煤矿投入使用的人员位置监测系统基本只包括对井下人员所在区域范围的查 询与统计，跟据所用技术的不同，区域覆盖半径范围从30到300米。由于不能提供精 确、实时的位置信息，一旦矿井发生紧急事故或灾害，现有的区域人员定位系统将无 法为抢险救援提供关键的信息支持。 ➢精确定位系统能够支持对井下人员和设备的实时跟踪,对移动速度小于5米/秒的节点, 定位平均误差可控制在3米以内，精确定位系统可以记录某一时刻点，井下作业人员 所处的确定位置，为灾后救援提供关键数据。
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小区定位方法
➢读卡分站及无线收发器上连接泄露电缆，以线性分布的射频信号实现巷道长距离信 号连续覆盖，在重点及关键区域密集设置定位器，实现准精确定位 。 ➢天一众合KJ133人员定位系统，定位精度± 10米。 ➢定位精度低，可靠性差，定位参照点多，数据量大，系统可维护性差。
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KJ69J兼容方法-分站与接收器
➢在需要精确定位的场合，必须安装KJF90分站 ➢KJF90分站可选RS485/CAN/ETHERNET三种通讯方式，兼容KJF80分站 。 ➢在需要精确定位的场合，必须安装KJF91无线接收器。 ➢KJF91上可插两块无线接收板，分别作区域定位覆盖(KGE37B),和精确定位覆盖 (KGE37D)。 ➢KJF90分站可以接KJF80.2和KJF91两种接受头。
推广应用情况
➢ 重庆能投集团松藻矿务局打通一矿正在安装精确人员定位系统。 ➢ 煤矿井下机车调度的关键技术就是要确定机车的位置、速度和方向，目前主流技术 是用轨道计轴传感器来对采集和判断机车的位置和速度，比如KJ293系统。但计轴传 感器施工困难，故障率高，维护麻烦已经成为机车调度系统的发展难题。如果采用无 线精确定位技术，实现对机车位置、方向和速度的识别和判断，将有望使这一系统的 性能有本质的提高。
KJF91精确定位接受器
➢ 基于ARM7的嵌入式多任务内核。 ➢ 具有RS485通讯模式，具有多路开关量输入、输出接口。 ➢ 具备短信发送缓冲、执行以及实时定位计算功能
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KJ69J精确定位系统软件
➢ 可伸缩的系统架构
为了实现系统的可伸缩性能，同时提供对二层次传统Client/Server模型以及三层次 Browser/Server模型的支持，系统将整个软件系统从逻辑上重新划分为通讯处理平 台、数据库中心、Web应用服务器、综合处理客户端四个基本构件。根据实际的 应用需求，这四个基本构件可以安装在同一台物理机器上，也可以分别安装在不 同的机器上或进行冗余配置。为了实现不同地域不同人员对系统的联网使用要求， 通过综合处理客户端或通用浏览器就能够实现对系统的多源并发访问。