基于RFID的井下人员跟踪定位系统研究.

基于RFID的井下人员跟踪定位系统研究

引言

矿井危险性事故时有发生，井下地形复杂给人员撤离和事故抢救带来极大困难。若能及早确定井下人员所处的位置，会给营救工作带来极大方便、节省时间，将人员损失减少到最小。

现有的识别技术，无论是IC卡、手纹识别技术还是红外线编码识别技术只能实现简单的人员考勤，无法很好解决对多个移动的物体和人员进行快速识别和跟踪。采用目前国际上正在发展中的自动识别技术，对井下人员、设备进行跟踪定位在一定程度上能够保障人员生命安全、减少国家财产的损失。

1 射频识别技术及主要特点

射频识别技术(RFID，即Radio Frequency I—dentification)是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触双向通信，实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动或静止)下的识别和数据交换。与同期或早期的接触式识别技术不同，RFID系统的射频识别卡和读卡器之间不用接触就可完成识别。它具有以下特点：

(1)操作方便，工作距离长，可以实现对移动目标的识别;

(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)射频识别卡无外露金属触点，整个卡片完全密封，具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能，适合恶劣环境条件(如温、湿变化大，灰尘多，难以保持卡面清洁的井下环境)下工作;

(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。卡内序列号是唯一的，制造商在卡出厂前已将此序号固化，安全性高;

(5)卡内具有防碰撞机制，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。

2 射频识别系统的硬件组成和工作原理

典型的射频识别系统主要包括两个部分：射频识别卡和读卡器。

2.1 射频识别卡的硬件组成及其工作原理

射频识别卡的部分是由一个电感线圈和一个电容并联后接人集成芯片，其工作原理如图1所示。

图1

当卡片置于读卡器发出固定频率的电磁场附近时，由于卡片内的LC谐振电路频率与读卡器发射的电磁波的频率相同，在电磁波的激励下，使电容C1产生电荷。在电容Cl的另一端接有一个单向导通的电子泵，将电容Cl内的电荷送到电容C2储存。当所积累的电荷达到一定程度时，电子开关自动打开，为其它电路提供工作电压。当卡片获得了能量并产生上电复位后，原本处于“休眠状态”的卡片被激活并将含有自身种类识别码标志、制造商标志等信息代码调制到载波上经卡内天线发射出去。

2.2 读卡器的硬件组成及其工作原理

读卡模块是采集射频识别卡的第一门户通道，也是读卡器中最重要的一个功能部件，其内部电路原理框图如图2所示。

图2

读卡模块内部集成了无线接收电路及发生基波信号的功率输出电路，配合外部连接的电感线圈(天线)工作。晶体振荡信号经分频、选频、预放电路处理后输出驱动外部的高频天线，在天线附近形成高频电磁场。当射频识别卡出示在读卡器的读出范围时，卡内电路从电磁场取得电能作为其工作电源并启动芯片工作，向高频天线辐射含有串行数据的高频信号，经读卡模块内电路的解调、带通滤波整形后由OUT脚输出卡的序列串行信号。

读卡器采用微处理器控制，通过RS232转换模块实现与主控机之间的信息交流。读卡器可制成便携式独立组件，其原理框图如图3所示。

图3

3 系统功能设计

将读卡器安装在井下一些重要的峒室、危险场合(如盲巷)等需要监控的地方，分布区域的大小可视井下具体环境而定。射频识别卡内嵌在矿灯中，无需附加携带装备。在井下，员工只要穿过感应区域，读卡器就将接收到的数据经传输电缆传送到地面中心站，处理后保存到数据库服务器中。可实现的功能包括：

(1)井下人员查询功能

实时查询当前井下人员的分布情况(分布区域的大小由读卡器的分布情况而定);查询任一人员某一时刻所处的位置;查询任一人员当日或某日的活动踪迹。

(2)安全保障功能

丢失报警：班末清点人员时，如发现人员丢失则报警;或者发现井下人员超过规定时间，自动报警提示并提供相关人员的名单。

救护搜寻：可对事故现场被埋人员进行搜寻和定位，以便及时救护。

(3)统计考勤功能

对下井人员进行下井次数、井下停留时间等信息分类统计，便于考核;与此相应的中长期数据储存和有关报表的打印。

(4)信息联网功能

作为局矿MIS网的信息源，具有功能完善的数据库。可向MIS网提供所需与人员有关的、客观的、实时的统计数据。

4 结束语

目前，射频识别技术在国内外发展很快，各种RFID产品也趋于成熟，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。然而该技术在煤炭行业中的应用还很少，利用该系统同时识别多个移动目标的特点，以及计算机网络在数据存储、传递、计算、统计等方面的优势，对井下人员进行跟踪定位，可快速指导矿井突发性事故的救护工作。