无线通信及人员定位系统方案

六枝矿
无线通信及人员定位系统
设计方案
天地(常州) 自动化股份有限公司
煤科总院常州自动化研究院
目录
矿用无线通信及人员定位系统 (3)
1.1概述 (3)
1.1.1天地（常州）自动化股份有限公司简介 (3)
1.1.2无线通信及人员定位简介 (4)
1.2 无线通信及人员定位系统介绍 (5)
1.2.1 系统各产品使用环境条件 (5)
1.2.2 系统组成及框图 (6)
1.3系统主要功能 (10)
1.3.1 调度功能 (10)
1.3.2 用户（手机终端）功能 (15)
1.3.3在线实时录音功能 (15)
1.3.4 其他功能 (15)
1.3.5 备用电源 (16)
1.3.6实时监测功能 (16)
1.3.7 查询功能 (18)
1.3.8 安全保障功能 (21)
1.3.9 统计考勤功能 (22)
1.3.10 信息联网功能 (24)
1.3.11系统运行状态提示（自诊断功能） (25)
1.3.12 操作权限及操作日志 (25)
1.4工作原理及主要技术参数 (25)
1.4.1 工作原理 (25)
1.4.2 主要技术参数 (26)
1.5技术方案设计 (27)
1.5.1 基站的无线信号覆盖设计 (27)
1.5.2 系统设备的设计规程 (31)
1.5.3 系统设备配置说明 (32)
矿用无线通信及人员定位系统
1.1概述
1.1.1天地（常州）自动化股份有限公司简介
天地（常州）自动化股份有限公司（煤炭科学研究总院常州自动化研究院）专业从事煤矿安全生产监测监控、生产过程自动化和通信产品的研发、生产、销售和服务，是集科研开发、工程设计、加工制造、系统集成和工程安装、服务于一体的科技实体。

天地（常州）下设监控研究所、通信研究所、电气研究所、营销中心和产业中心、质保中心等部门。

现有职工400余人，其中科研技术人员340多名，研究员及高级工程师61名，工程师78名，专业覆盖了有线通信、无线通信、计算机通信、计算机软件与网络技术、工业自动化、电子技术、测量仪表、传感技术、机械设计等煤矿自动化和通信所涉及的主要领域，专业配置齐全、合理。

天地（常州）为保证科研水平、产品质量，还建有监控、通信、光纤、传动、传感器和环境条件等实验室，从美国、德国等引进具有国际先进水平的设备，并于1998年通过了ISO 9001质量管理体系的认证，于2002年1月，通过GB/T9001－2000（idt ISO9001－2000）换版认证。

天地（常州）始终以煤矿自动化、通信为专业方向，在煤矿高新技术领域研制开发了全矿井综合自动化系统、矿井安全生产监测系统、矿井人员安全监测系统、矿井有线/无线通信系统、胶带运输监控系统、光纤工业电视系统以及矿用传感器等218项科研成果，其中33项获国家、省部级科技进步奖，并创下了数个国内第一：
国内第一个采用微机技术开发成功并推广应用煤矿安全生产监控系统；
国内第一个采用微机技术开发成功并推广应用煤矿胶带输送机监控系统；
国内第一个采用光纤传输技术开发成功并推广应用井下工业电视监视系统；
国内第一个采用RFID技术开发成功并推广应用井下人员安全监测系统；
国内第一个提出并成功实施全矿井综合自动化系统；
国内第一个将工业以太环网技术应用于煤矿井下；
国内第一个将GEPON（千兆无源光纤以太网）应用于煤矿井下；
国内第一个将CDMA 技术应用于煤矿井下。

天地（常州）将大部分科研成果转化成了具有先进性、实用性和成套性的系列产品，为我国煤矿的自动化、数字化建设提供了一批具有国际同期先进水平、国内领先的高新技术产品和成套技术装备。

天地（常州）的产品已遍布全国20多个省(市)自治区，并已出口到印度、土耳其、孟加拉等国家。

天地（常州）的产品在保持煤炭行业市场占有率很高的同时，也向煤炭行业外的市场辐射，已涉及港口、电力、建材、冶金、粮食等行业，并已取得良好的业绩。

1.1.2无线通信及人员定位简介
矿用无线通信及人员管理系统由进口先进无线系列产品经过安全设计改造，符合国家煤矿安全认证要求。

系统保留了原系统的一切功能，并在此基础上增加了语音传输、人员定位等功能。

亦可根据用户的实际需要灵活配置，它的推广应用将使煤矿通信走上新的台阶。

矿用无线通信及人员管理系统以光纤网络为骨干(接入现有工业环网或独立组网)，同时采用SHDSL技术（双绞线传输以太网信号）连接基站；以无线网络为延伸，在煤矿井下设立若干基站，通过无线通信手段，为实现人员的语音通讯、人员监测、数字化视频监控及环境监测等提供了一个共用的平台；也为实现生产调度、应急救援与安全监控与督察提供了良好的应用基础。

矿用人员安全监测系统是我公司自主研发、国内首先采用RFID技术实现井下人员定位功能的系统。

从2002年正式在矿安装、运行，八年以来已在全国各大矿务局、煤矿成功推广运用1000多套。

煤矿井下地质条件复杂，作业人员流动性大，一旦发生事故，就无法确切知道他们所处的位置，给救灾工作带来极大的困难。

矿用人员安全监测系统的功能就在于：让我们能借助它实时了解井下人员及机车的流动情况、了解当前井下人员的准确数量及分布情况，查询任一指定下井人员当前或指定时刻所处的区域，
查询任一指定人员本日或指定日期的活动踪迹。

另外，作为下井人员考勤系统，统计与考核下井人员的出勤情况，可以对任一日期或指定日期段、任一指定月份，对下井人员进行下井次数、下井时间、下井班次等进行分类统计，产生人员考勤的日报表、月报表，便于考核，并能打印相关报表。

可用来规范人员的活动，防止缺岗、串岗、迟到和早退，提高矿井生产效率，有效防止只考勤不下井或下井不考勤的情况，确保考勤统计数量与井下作业人员的数量完全一致。

当事故发生时，救援人员也可根据井下人员定位系统所提供的数据，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

矿用人员安全监测系统符合《煤矿安全规程》（2007年版）、AQ6210-2007《煤矿井下作业人员位置监测与管理系统通用技术条件》和AQ1048-2007《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》，系统取得MA安全证书，产品取得安全标志证书及防爆合格证。

1.2 无线通信及人员定位系统介绍
矿用无线通信系统是天地（常州）自动化股份有限公司（煤科总院常州自动化研究院）最新研制的矿用移动通讯系统，在企业内部通过无线通讯方式实现语音和数据呼叫，适用于大中型煤矿以及相类似的产业部门。

该系统采用标准工业以太网结构，TCP/IP协议，WiFi协议，能够实现矿区井上与井下系统的语音、数据、图像传输，开创了矿井无线移动通信的新局面。

1.2.1 系统各产品使用环境条件
1.2.1.1 系统中用于机房、调度室的设备，应在下列环境条件下正常工作：
a）环境温度：15℃～30℃；
b）相对湿度：40%～70%；
c）温度变化率：小于10℃/h，且不得结露；
d）大气压力：80KPa～106KPa；
e）GB/T 2887 规定的尘埃、照明、噪声、电磁场干扰和接地条件。

1.2.1.2 除有关标准另有规定外，系统中用于煤矿井下的设备应在下列条件下
正常工作：
a）环境温度：0℃～40℃；
b）平均相对湿度：不在于95%（+25℃）；
c）大气压力：80KPa～106KPa；
d) 有煤尘瓦斯爆炸混合物但无破坏绝缘的腐蚀性气体场合。

1.2.2 系统组成及框图
KT130型矿用无线通信系统由SIP软交换系统、地面环网接入器、矿用环网接入器、矿用本安KJJ61A型接口、矿用本安型KTW139/A基站、矿用本安KTW140/A 型WIFI手机、矿用摄像头及其它配套设备所组成。

系统组成框图如下：
图1 系统框图
1.地面语音服务器
是系统的软交换中心，采用IP语音通信，同时支持语音通信，实现在一个网络上传递语音和数据。

集成全套的语音、数据、互联网服务和多种整合通信功能，满足矿方的调度通信要求，并能适应未来的发展。

主机支持多种信令，包括：七号、PRI、一号；IP协议支持SIP协议和H.323
协议，并具备多种接口，包括：FXS模拟用户线接口、FXO模拟外线接口、IP电话接口、E1数字中继等。

主要技术指标：
a) 系统用户容量: 362路模拟用户，160路IP用户(SIP和H323)；
b) 系统中继容量: 16个E1中继接口/255路IP中继/128线环路中继。

2.矿用本安型KTW139/A无线基站
无线网络的接入点，是无线收发单元，它是从用户到网络以及从网络到用户之间的通信传输站。

通过双绞线与矿用DSL接口连接或直接与矿用环网接入器连接，由KDW16A电源或KDW65电源馈电。

根据不同的使用环境，可配置不同增益值及方向的天线。

主要技术指标：
a)三个10/100-baseTX RJ45以太网口,
最大开路电压（峰峰值）：7Vpp；
b)DSL线路输出电压VP-P：5V；
c)天线频率范围：2400～2483MHz；
d)最大发射功率：18dBm±8dBm；
e)接收灵敏度：≤ -70dBm@11Mbps；
f)数据调制方式：802.11b:DSSS；
802.11g:OFDM；
g) 工作电压：18V。

3.矿用本安型KTW140B手机
本安手机是无线通信系统的终端设备。

完成话音或数据信号与无线信号之间的转换，与基站间构成无线链路，实现无线移动通信。

a) 工作频率：WIFI（802.11b/g）；
b) 工作电压：3.7V(由电池组供电，内串保护电阻)；
c) 射频输出功率: 15dBm±5Bm；
d) 接收灵敏度: ≤-60dBm（PER<10%，11Mbps）；
4、数据监测站KJF90
KJF90.1型监测站处理器是以微处理器为核心的智能化矿用电子设备，结合目前最先进的无线电通信技术，通过KJF80.2A无线接收器对无线编码发射器发出的无线编码信号进行接收处理，可检测出井下人员及机车等动目标的位置、编码等信息，并可提供开关量信号输出和串行数据信号输出，是KJ69J型矿用人员安全监测系统的主要组成设备，完成对动目标的监测功能。

该监测站为矿用本质安全型。

KJF90监测分站在系统传输信道出现故障时可以保存人员轨迹信息，当传输信道恢复正常时监测分站的信息能传送到监测主机，保证人员信息存储不间断。

监测分站示意图
数据监测站模拟接线图
主要技术参数:
工作电压：15V
工作电流：KJF80.1不大于100mA
KJF80.2A不大于75mA
井下无线接收距离：不小于30m(最大可达100m)
接口信号:
a)开关量输出信号
○1电压型，负载接拉地流2mA时，电压不低于9V；
○2触点输出（常开或常闭）
b)主通讯接口信号：RS-485
防爆型式：矿用本质安全型。

5、本安电源KDW16A
为井下数据监测站供电，其后备电池可保证在交流电停电情况下，数据监测站可连续工作4小时以上。

技术参数：
输入：AC127V、220V、380V或660V。

输出：DC15V±8%。

备用电源功能：
●转换时间：0S
●电池容量：12V 4.0Ah，2节
6、KGE37B无线编码发射器
我公司生产的无线编码发射器采用先进的RFID射频识别技术，安装方式多样，与KJF80型无线数据监测站配套，可完成对井下人员及机车等动目标的位置监测功能。

该产品为矿用本质安全型，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境。

系统中最多可容纳8190个发射器，编码固化不重码。

无线编码发射器有正常工作指示、缺电指示、紧急呼叫指示等。

无线编码发射器的电池电量不足发出报警指示时,需及时(十天之内 )更换电池，否则十天后无线编码发射器将自动停止工作。

监控主机接收到无线编码器缺电信息时会发出显示报警。

KGE37B自带电池，该无线编码发射器安装在矿灯绳上（靠近灯盒处）已申请专利，和矿灯完全结合在一起，此安装方式为最佳方式，可有效防止一人携带
多卡下井的情况发生。

也可穿在皮带上。

供电电源：由扣式电池供电，一个电池可至少工作半年以上；
工作频率：2402±2MHz或2410±2MHz；
外形尺寸：(l×b×h)mm：67×30×14；
重量：约30g；
防护等级：IP54；
防爆类型：本质安全型；
7、专用检测仪CFC1
一般放在灯房内，用来发卡检测，也可在维修时检测无
线编码发射器的好坏，能检测识别卡的故障。

1.3系统主要功能
1.3.1 调度功能
调度系统是一种特殊的PBX系统，广泛应用于各种生产企业中。

除具备一般PBX系统的功能外，调度系统不同于一般PBX系统的地方在于其拥有调度这种类型的用户。

调度用户不同于普通用户的地方在于其可以实现一些特殊的呼叫处理（如强接、会议等）以及可以对普通用户和中继进行监控（如用户/中继状态实时显示、强拆、监听/强插等）。

一个调度用户配置一个调度键盘。

网络调度机系统的系统结构如下图所示：
系统具有对各手机的通话调度功能，通过对调度显示屏的操作可实现如下条的集群调度功能：
1) 一对一私密呼叫；
2) 一对多群组呼叫；
3) 可同时两组一对多群组呼叫通话,组内用户数可在8～30内自由设定；
4) 内部短号码呼叫，外部长号码呼叫；按照甲方要求编号；
5) 动态重组；
6) 呼叫、强接、强插、强拆、监听、拨号、转接、会议；
7) 接入优先、抢占优先、迟后接入；
8) 呼叫显示、通话提示、被叫提示；
9) 业务和用户优先级设置，最少分4级：
➢ 1级-可拨任何电话，无限制；
➢ 2级-市话；
➢ 3级-网内电话；
➢ 4级-只能和调度通话；
本调度系统的调度键盘分为软键盘和硬键盘。

软键盘
主体界面图如下： 调度主机
软调度
硬调度
计费软件
TCP\IP RS232 CDR
主窗口如图共分为四个区：标题栏（顶部），用户键盘区（中左），中继键盘区（中右）和功能及状态区（底部）。

在此界面中实现了配置管理功能和呼叫相关功能。

配置管理分为：设置、修改和删除分组，设置用户，设置中继，翻页等功能；
呼叫相关功能：强接、强拆、强插、监听、转接、组呼、设定等级、设定权限、设定夜服、会议相关等功能。

另外，可以在本软调度系统中检索浏览相关通话记录，并可对录音进行回放。

➢在线状态
在线状态罗列了和调度有联系的所有线路状况(通话/振铃),以及他们的呼叫类型等有用的信息。

➢浏览通话记录
点击功能区“呼叫日志”按钮进入“呼叫日志”界面。

设定检索条件，点击
“检索”即可在表格中查看到搜索结果。

➢浏览录音记录
点击功能区的“录音日志”按钮进入录音查看界面，设置检索条件，点击“检索”按钮,在表格即可查看搜索结果。

双击表格的某个一行可以即时通过FTP下载录音文件到本地系的临时文件夹中,然后播放。

硬键盘
➢呼叫
➢强接
➢强插
➢强拆
➢监听
➢拨号
➢转接
➢会议
➢夜服
10)电话互联业务：
可用环路中继和数字中继（E1）两种方式与外部调度交换机相连。

提供16路数字中继，7号、1号或Pri1号信令与行政交换机互联互通。

11)电话类补充业务及增值业务；
全部电话记录及外线简单（区分市话和长话、费率可分别设置）计费功能；
12)调度台；
通过调度电话、软调度台（通过鼠标器操作）实现调度功能。

1.3.2 用户（手机终端）功能
1)来电显示：系统内当有电话呼入时包括外线，手机会自动显示来电的
2)电话号码，您根据自己的需要，决定是否接听。

3)呼叫转移业务：目前可开通的呼叫转移业务有：遇忙呼叫前转、无应
答呼叫前转、无条件呼叫前转业务。

4)主叫号码识别限制：主叫用户使用这项业务拒绝将自己的用户信息提
供给被叫用户。

5)呼叫等待：当您正与对方通话，又有第三方打入电话，您可以听到呼
入等待音，此时，您可以按键接听，并可交替与两方用户通话。

6)三方通话：当您与对方通话，如需另一方参与通话，可在不中断对方
通话的情况下拨叫另一方，实现三方共同通话或分别与两方通话。

7)当仅用于话音通讯时，单频两扇区系统可支持不少于60部手机同时通
话。

8)短信息功能：可实现点对点和地面中心站对所有手机的群发功能。

1.3.3在线实时录音功能
系统具有30路以上的在线实时录音功能；可根据用户等级及需求对录音进行查询、删除、回放等操作；所有通过调度终端话务台的用户实现自动录音，其他用户可随意设置录音；录音资料保存半年以上。

1.3.4 其他功能
1）无线网络
在井上，笔记本或高档手机可实现无线上网功能；
2）视频传输
系统中可扩展传输视频监控功能，以TCP/IP协议将数据传输到监控室；
3）系统接入矿井工业以太网；
矿上现有的瓦斯监控分站可接入本系统，利用本系统的光纤网络进行传
输；
4）人员定位功能
通过挂接人员定位ip分站，实现人员定位功能。

1.3.5 备用电源
系统配备可靠的备用免维护电源（UPS）。

在市电电源停电时，供电电源自动切换为后备电源供电，保障系统满载运行达到6小时以上；井下电源停电时，供电电源自动切换为后备电源供电，保障基站满载运行达到2小时以上。

1.3.6实时监测功能
a）实时监测当前井下总人数；
b）实时监测当前井下各区域人数；
c) 矿井图采用矢量图，可以任意放大缩小；
d）实时监测当前各区域、各部门、各工种、各职务的下井人数。

e)位置跟踪：在图上动态显示人员当前位置
f)实时监测当前某些特殊工种或特殊人员下井情况和所处位置；
1.3.7 查询功能
a)查询任一指定井下人员或则某部门、职务及工种当前或指定时刻所处位置。

b)查询任一指定井下人员当天或指定日期的活动踪迹；
c ) 选定某区域、某分站、某接收器，可以获得当前或历史时刻该位置的人员信息；
d) 选定某区域、某分站、某接收器可以获得经过该区域、分站或接收器所
有的人员通过的时间信息；
e) 可对特定的人员进行实时跟踪；
f) 可查询各区域、各部门、各工种、各职务在任一历史时刻的人数汇总情况。

g) 能动态显示井下人员的当班或任一历史时刻活动模拟轨迹。

1.3.8 安全保障功能
a)双向呼叫功能：监控主机和井下人员可以实现双向紧急呼叫。

当井下某处发生紧急情况时，监控主机可以给某区域发送紧急寻呼，让该区域所有人员紧急撤离；
当井下某人员发生紧急情况时，该人员可以向调度主机发送求救信号，保证该人员可以及时得救；
在地面需要查询某人，可在地面对其发送呼叫（单独呼叫该人员），井下人员接收信号后即知地面机房有事呼叫，可通过附近电话回复机房。

b)门禁功能：在井下一些重要峒室、危险场合（如盲巷等）配备RFID识别器和语音站，可有效地阻止人员违章进入，并将违章人员记录在案；
c)超时报警功能：人员在井下时间超过给定的时间，自动报警提示并提供相关人员的名单等信息；
d)区域超员报警：特定危险区域超过安全规定人数时，自动报警，可有效地阻止其他人员继续进入；
e)在发生事故和出现紧急状况时，系统地面管控指挥中心能与应急预案联动，能显示相应事故应急预案，显示避灾路线；能够快速查询井下灾前各时段全部人员位置和状态，准确掌握被困人员位置及被困人员的全部信息，为抢险指挥部提供所需要的图形。

1.3.9 统计考勤功能
a)可以查询任一班次及时间段各部门下井人数及下井时间
b)可以显示一个月或任一时间段，某部门或某个人的下井考勤情况，并根据工种、职务、部门等（规定足班时间），判断不同类别的人员是否足班。

c)可以显示一个月或任一时间段某部门及某人员的下井时长分布情况，和该时间段内平均井下时长。

d)显示下井人员确切的下井时间和上井时间，统计井下持续时间
e)可单独统计考核某些特殊工种、职务人员的上下井情况。

f)可以单独考核某部门一个月或任一时间段的所有人员班次考勤总计。

1.3.10 信息联网功能
KJ69J人员定位系统通过局域网能实时同步地看到各种监测信息，可以进行各种查询操作。

a) 工作站模式（C/S）：服务器装服务器软件，相关部门可通过安装工作站软件浏览信息。

b) WEB浏览模式（B/S）：在有互联网（或局域网）的情况下，通过建立WEB 服务器，可以以浏览网页的方式实现信息共享，在客户端无须另加任何软件。

1.3.11系统运行状态提示（自诊断功能）
a)当系统监测分站出现故障，分站栏显示由绿色变成红色告警；
b)当无线接收器出现故障，提示某分站某接收器无信号；
c)当无线编码发射器需要充电时，提前提示该发射器缺电（自带电源式发射器）；
d)当井下交流供电中断时，系统提示直流供电报警；
1.3.12 操作权限及操作日志
不同的用户拥有不同的操作权限，便于系统的维护，每个值班人员拥有自己的登录名和密码，交接班时可更换用户。

1.4工作原理及主要技术参数
1.4.1 工作原理
每一台进入无线AP覆盖范围的合法WIFI手机，均通过地面管理服务器分配一个IP地址，并进行注册。

呼叫时，基站将收到的手机无线信号处理后通过以太网交换机送到地面管理服务器，地面管理服务器根据手机的相关信息，处理后再通过以太网交换机送到目标手机所在区域的基站，呼叫手机完成相互通话。

下井员工通过佩戴无线编码发射器，当通过无线接收器时接收到人员定位信息，通过传输通道上传到地面主机，进行分析处理以供查询操作。

1.4.2 主要技术参数
1.4.
2.1 系统容量
系统采用IP方式进行管理，在每个网段里可包含255个网元，如192.168.0.1至192.168.0.255。

网元包括网管主机、网络交换机、基站和手机。

调度用户容量: 32门～256门；
单个基站下最多可同时通话的手机数16部。

1.4.
2.2 传输距离
a. 光纤传输距离
地面光纤交换机与井下矿用光纤交换机采用具有安标号的MGTSV型单模阻燃光纤，波长1310nm，其衰耗≤0.5dB/km；波长1510nm，其衰耗≤0.5dB/km，传输距离≥15km。

（允许光纤接点数量：10个热接点，或者5个冷接点，加2个活动接点。

）
b. 基站无线覆盖范围
手机在基站无线覆盖范围内实现无线通信，基站无线覆盖范围不小于100米。

1.4.
2.3 各设备间传输方式，协议速率
a) 网管主机、网络交换机、DSL接口间：
传输方式：全双工/半双工自适应以太网口连接；
传输速率：10/100M-baseTX。

b) 基站与手机间：
传输方式：无线接入方式（802.11b/g）；
传输速率: 1-54Mbps；
调制方式： 802.11b:DSSS；802.11g:OFDM；
天线频率范围：2400～2483MHz。

1.4.
2.4 人员定位技术参数
a）同时读卡数量
可同时读卡的数量≥100卡。

b）最大巡检周期
系统最大巡检周期≤30s。

c）漏读率
漏读率≤10-4。

d）传输速率及误码率
速率1200bps。

传输误码率：≤10-8。

1.5技术方案设计
1.5.1 基站的无线信号覆盖设计
1）地面设备配置
1> 配置地面基站：地面用大功率基站进行覆盖，小基站进行弥补。

①大基站：在空旷无格挡的情况下，覆盖半径约300米，同时信号可以覆盖所处楼层下面一层。

②小基站：覆盖半径约100米，大基站覆盖不到的楼层，可以视情况架设小基站，以实现信号的全覆盖。

③大基站和小基站都需要配置一个POE给基站供电。

2> 地面无线信号覆盖设计：
利用先进的无线覆盖技术对煤矿区域进行全面覆盖：地面使用若干个大基站（室外型）安装于煤矿的主工作楼等地区，基站配用大增益的定向天线。

2）井下设备配置
1> 做定位：
a) 基站与基站之间距离应大于200米。

避免两台基站的定位信号有重叠。

b) 若某一巷道需要定位，则将基站配置在巷道内距离巷道口约50米处。

2> 做通讯：
a) 用有线连接时，基站与基站之间相距400米左右；
b) 用无线mesh技术时，基站与基站之间相距300米左右。

c) 电缆传输距离不大于100米，基站与控制器之间超过100米时用光缆连接。

d) 基站的信号在经过弯道以后，衰减非常厉害，所以做全覆盖时，巷道的。