基于RFID技術(shù)煤礦井下人員定位系統(tǒng)研究

徐強(qiáng) 劉小春

摘要：本文對(duì)基于RFID技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)進(jìn)行了研究，介紹了人員定位系統(tǒng)所使用的技術(shù)、系統(tǒng)主要組成結(jié)構(gòu)、工作原理。井下人員定位系統(tǒng)是依靠井下網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線與有線通訊相結(jié)合簡(jiǎn)單高效的人員跟蹤與定位系統(tǒng)；可實(shí)現(xiàn)井下人員和礦井機(jī)車定位、運(yùn)動(dòng)軌跡查詢，全礦部門、班組、特殊崗位和特殊工種的考勤、硬件設(shè)備維護(hù)管理、生產(chǎn)調(diào)度指揮以及突發(fā)情況的報(bào)警。建立可靠實(shí)用的煤礦井下人員定位系統(tǒng)， 對(duì)于提高礦山管理水平、保證安全生產(chǎn)有著極其重大的意義。

關(guān)鍵詞：RFID；識(shí)別卡；人員定位系統(tǒng)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)調(diào)度

中圖分類號(hào)： TP202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2015）08（c）-0000-00

目前以及今后一段時(shí)間煤炭仍然是能源的主體，我國(guó)是世界上產(chǎn)煤最多的國(guó)家，百萬(wàn)噸煤產(chǎn)量的死亡率高于世界平均水平。由于煤礦井下環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，礦山井下的生產(chǎn)及安全管理較其他行業(yè)相比具有一定的難度。采用射頻識(shí)別技術(shù)（ RFID） 構(gòu)建的井下人員定位管理系統(tǒng)在提高礦山安全生產(chǎn)，加強(qiáng)災(zāi)害預(yù)防， 減少事故發(fā)生，提高搜救效率體現(xiàn)出其較為優(yōu)越的實(shí)用性。

1射頻識(shí)別技術(shù)

無(wú)線射頻識(shí)別（ Radio Frequency Identify，RFID），是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它通過射頻信號(hào)在閱讀器和電子標(biāo)簽（識(shí)別卡）之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸， 從而獲得其相關(guān)特征信息以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換目的[1]。射頻識(shí)別技術(shù)可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，適用于各種惡劣環(huán)境下工作。

RFID系統(tǒng)是由閱讀器（Reader）、識(shí)別卡（TAG）、天線及應(yīng)用軟件系統(tǒng)四個(gè)部份所組成[2]。其工作原理是閱讀器發(fā)出一定頻率的射頻信號(hào)，識(shí)別卡進(jìn)入磁場(chǎng)后接收該信號(hào)，產(chǎn)生感應(yīng)電流獲得能量，然后將存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息以一定的射頻信號(hào)發(fā)送出去，閱讀器讀取信息解碼后，送至應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

射頻識(shí)別技術(shù)按應(yīng)用頻率的不同分為低頻（135KHz以下）、高頻（13.56MHz）、超高頻（860M～960MHz）、微波（2.4G～5.8G）。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，國(guó)內(nèi)煤礦井下人員定位系統(tǒng)閱讀器和識(shí)別卡之間的通信頻率主流是：433MHz 、915 MHz和2.4G Hz[3]。無(wú)源識(shí)別卡讀寫距離近，價(jià)格低；有源識(shí)別卡需要電池供電，適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場(chǎng)合。

2井下人員定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

2.1 井下人員定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

井下人員定位管理系統(tǒng)是為適應(yīng)煤礦管理需求，開發(fā)生產(chǎn)的集井下人員定位、考勤、硬件設(shè)備維護(hù)、日常管理等于一體的綜合性應(yīng)用系統(tǒng)。井下人員定位系統(tǒng)由井上與井下兩部分設(shè)備組成。系統(tǒng)的地面設(shè)備由監(jiān)控中心監(jiān)測(cè)主機(jī)及軟件、交換機(jī)、共享打印機(jī)、UPS等組成。井下設(shè)備以RS 485信號(hào)作為主要傳輸途徑，配備相應(yīng)的煤礦井下人員監(jiān)測(cè)分站、安全型識(shí)別卡、中繼器等。井上-井下信息傳輸部分根據(jù)煤礦現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況，選擇基于光纖、以太網(wǎng)、通信電纜等多種傳輸方式和設(shè)備。

井下人員定位管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 井下人員定位管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 井下人員定位系統(tǒng)工作原理

井下人員定位管理系統(tǒng)能跟蹤井下人員和機(jī)車的動(dòng)態(tài)分布情況、數(shù)量以及其所在的位置，在現(xiàn)場(chǎng)的使用中，要在井下的在巷道、作業(yè)面的交叉道口和人員可能經(jīng)過的通道中安裝監(jiān)測(cè)分站，將它們與地面管理中心的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

每個(gè)入井工作人員佩戴識(shí)別卡（每輛礦車安裝識(shí)別卡）， 識(shí)別卡平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)下井人員（或礦車）進(jìn)入井下以后， 通過或接近放置在巷道內(nèi)的任何一個(gè)監(jiān)測(cè)分站，被監(jiān)測(cè)分站發(fā)出的無(wú)線加密電信號(hào)激活，發(fā)射出唯一的加密識(shí)別碼無(wú)線電信息。監(jiān)測(cè)分站自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別卡信息，并把數(shù)據(jù)信息傳給地面計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件能夠準(zhǔn)確確定該下井人員（或礦車）的具體信息（個(gè)人信息、所在位置、通過的時(shí)間等），同時(shí)把它顯示在控制中心的大屏幕或電腦顯示屏上[4]。系統(tǒng)工作流程如圖2。

控制中心的計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)一段時(shí)間的人員出入信息整理出這一時(shí)期的每個(gè)下井人員（或礦車）的各種信息報(bào)表。另外一旦井下發(fā)生事故，可根據(jù)電腦中的人員定位分布信息馬上查出事故地點(diǎn)的人員情況，然后可再用移動(dòng)式遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置在事故處進(jìn)一步確定人員位置，以便幫助營(yíng)救人員以準(zhǔn)確快速的方式營(yíng)救出被困人員。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2.3 系統(tǒng)軟件功能

（1）選擇跟蹤、實(shí)時(shí)跟蹤、位置查詢和個(gè)人定位等功能：可以選擇各井下特定人員或機(jī)車跟蹤其在礦井的運(yùn)行情況；實(shí)時(shí)顯示各井下人員或機(jī)車現(xiàn)在的位置狀態(tài)及其來(lái)源地。能夠清楚地反映井下人員及機(jī)車活動(dòng)情況；選定礦井工作面，可以顯示此段區(qū)域內(nèi)的井下人員或機(jī)車分布情況；顯示特定人員的運(yùn)動(dòng)軌跡，并可顯示其歷史運(yùn)動(dòng)方向。

（2）考勤功能：通過對(duì)下井工作人員的入井、升井時(shí)間以及在井下各區(qū)域的停留工作時(shí)間的記錄與統(tǒng)計(jì)，完成對(duì)全礦部門、班組、特殊崗位和特殊工種的考勤信息實(shí)時(shí)查詢、歷史查詢、統(tǒng)計(jì)；按照要求輸出各種信息報(bào)表（如下井時(shí)間報(bào)表、出勤月報(bào)表等）和打?。挥脩艄芾砗妥?cè)等。

（3）硬件信息管理功能：對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分站的名稱進(jìn)行管理，對(duì)識(shí)別卡信息進(jìn)行錄入；具有告警信息實(shí)時(shí)顯示及歷史告警查詢功能，告警內(nèi)容包括采集器故障、識(shí)別卡電池電量不足、下井超時(shí)、禁區(qū)闖入、系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試和設(shè)定等重要內(nèi)容。

（4）生產(chǎn)調(diào)度管理功能。通過對(duì)數(shù)據(jù)信息查詢，礦井可以根據(jù)井下人員和礦車實(shí)際分布情況實(shí)時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，已達(dá)到優(yōu)化資源配置，提高生產(chǎn)效率的目的[5]。

3 總結(jié)

基于RFID技術(shù)的井下人員定位管理系統(tǒng)，可使管理人員方便地了解全礦井各區(qū)域的巷道人員分布、車輛數(shù)目，準(zhǔn)確掌握礦車的分布、作業(yè)工人情況、安全物資所在位置，從而科學(xué)合理、有效地進(jìn)行調(diào)度，減少經(jīng)濟(jì)投入，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高礦井開采作業(yè)安全的水平。該系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展日益成熟， 應(yīng)用日益普遍，能夠充分滿足煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。井下人員定位管理系統(tǒng)的推廣使用對(duì)提高整個(gè)煤礦的生產(chǎn)效率和安全管理水平具有重要的意義，是礦井安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。

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