煤礦井下人員定位系統(tǒng)研究

原臻

山西陽光三極科技股份有限公司 山西太原 030021

井下生產(chǎn)中的安全管理一直都是煤礦日常管理的重中之重。而井下人員定位系統(tǒng)作為一種現(xiàn)代化的安全保障技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對井下作業(yè)人員所處狀況的實(shí)時了解，進(jìn)而進(jìn)行有效調(diào)控，是確保礦井生產(chǎn)安全和綜合效益獲得的關(guān)鍵所在，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用研究，對礦井生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展意義重大。

1 井下人員定位系統(tǒng)工作原理

井下人員定位系統(tǒng)的原理是在特定區(qū)域內(nèi)安裝定位基站，連接無線骨干網(wǎng)接入點(diǎn)，以滿足特定區(qū)域信息監(jiān)測的需要。該短程無線傳輸終端安裝在井下人員的礦燈帶作為無線定位裝置。一般來說，兩個相鄰定位基站擁有70m～90m監(jiān)測距離。井下工作人員進(jìn)入到基站監(jiān)測距離范圍內(nèi)，位于礦燈上的短程無線傳輸設(shè)備發(fā)射信號會被定位基站捕獲，然后將監(jiān)測到的定位數(shù)據(jù)信息通過光纖線路實(shí)時傳遞到工作中心的監(jiān)測接收服務(wù)器上面，監(jiān)測接收服務(wù)器利用相關(guān)的計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算到的人員位置信息實(shí)時顯示在位于控制中心的顯示器上面[1]。

2 井下人員定位系統(tǒng)特征

煤礦的特殊工作環(huán)境決定了，想要保證井下工作人員的的安全，必須要隨時的掌握井下工作人員的位置信息和活動軌跡，如果一旦發(fā)生意外，這些信息十分有利于救援人員根據(jù)這些位置數(shù)據(jù)去判斷進(jìn)行工作人員的位置在哪里，然后展開有針對性的救援行動，從而提高井下工作人員的生存率，所以，根據(jù)以上信息，井下定位系統(tǒng)應(yīng)該有以下的一些特征：

2.1 可以隨時查看井下工作人員的實(shí)時位置以及歷史活動軌跡。

2.2 對于給定區(qū)域，可以隨時查詢井下工作人員的數(shù)量以及工作人員所在的具體位置。

2.3 可以利用任何井下數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)來查看相關(guān)井下工作人員位置信息。

2.4 當(dāng)事故發(fā)生時，系統(tǒng)可以根據(jù)最后接收到的井下人員位置信息以及他的歷史活動軌跡，找出合理的救援策略。

3 人員定位技術(shù)分析

3.1 基于移動終端的定位技術(shù)

基于移動終端的定位技術(shù)是基于一個移動傳輸站，該移動傳輸站通過安裝在不同固定位置的信號發(fā)射器接收與移動傳輸站位置相關(guān)的信號特征，從而識別和確定移動終端之間的相對位置集關(guān)系。移動傳輸平臺與各發(fā)射機(jī)根據(jù)移動臺與相關(guān)位置計(jì)算的集成進(jìn)行位置計(jì)算，最終確定移動臺的總體定位[2]。該定位系統(tǒng)基于移動終端的GPS全球定位技術(shù)，由GPS信號定位衛(wèi)星、信號接收器和地面監(jiān)測系統(tǒng)組成。定位衛(wèi)星接收地面監(jiān)測站反饋的定位數(shù)據(jù)信息，對人員進(jìn)行跟蹤定位。該技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣、精度高，但經(jīng)濟(jì)成本高、能耗大。

3.2 基于移動網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)

技術(shù)的原理是網(wǎng)絡(luò)多元化的信號接收器與確定安裝位置,共同監(jiān)控移動用戶站的運(yùn)動信號,和反饋信號接收器的位置信息搜索和監(jiān)控相關(guān)的移動用戶站移動指揮定位處理。該中心通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析處理，通過處理中心PCF位置計(jì)算確定移動用戶站的位置。

3.3 室內(nèi)定位技術(shù)

室內(nèi)定位技術(shù)主要包括基于RSS的紅外定位、射頻定位、藍(lán)牙定位等技術(shù)。

3.3.1 基于R S S的紅外定位

RSS紅外定位技術(shù)是由一個安裝在地面的紅外信號接收設(shè)備以及井下工作人員攜帶的洗好發(fā)射裝置共同組成的一個接受陣列。發(fā)射機(jī)周期性地發(fā)送帶有人體識別碼的識別信號，將識別碼攜帶的紅外檢測信號通過網(wǎng)絡(luò)輸送到信號控制終端，用來確定工作人員方位。通過對人的計(jì)算和分析。該定位技術(shù)具有精度高，但是定位死角大，成本也比較高[3]。

3.3.2 射頻定位

通過建立的定位信息數(shù)據(jù)庫，在定位工作的時候，每一個信號接收設(shè)備都將作為一個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存在，然后將監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，其中的一個方向就對應(yīng)一個數(shù)據(jù)信息，在監(jiān)測過程中，通過將實(shí)測數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中存儲的信息記錄進(jìn)行比較，找到最近的記錄，并將相應(yīng)的位置信息作為當(dāng)前距離的估計(jì)。該技術(shù)局限性強(qiáng)，工作量大，不適合地下人員定位系統(tǒng)。

3.3.3 藍(lán)牙定位技術(shù)

藍(lán)牙定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)、一對一的信息傳輸。它是一種低能耗的短程無線傳輸定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各種機(jī)器的短程無線連接。在礦山應(yīng)用中，只需要在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域安裝局域網(wǎng)接入點(diǎn)，并將用戶鏈路網(wǎng)絡(luò)模式配置為多用戶鏈路即可。

4 井下人員定位系統(tǒng)技術(shù)對比

對于井下的人員定位系統(tǒng)來說，不同的系統(tǒng)在技術(shù)上有不同的優(yōu)勢，使用的方法也不相同，所以，可以將不同的定位系統(tǒng)，進(jìn)行比較尋找合適的定位系統(tǒng)，對于分析結(jié)果，如表1所示。由表1可知，基于移動終端的GPS定位系統(tǒng)具有良好的可靠性和定位精度，但成本和功耗較高。基于移動網(wǎng)絡(luò)的TOA定位技術(shù)可靠性和定位精度較差，但成本低，功耗小。藍(lán)牙定位技術(shù)是目前最優(yōu)越的室內(nèi)定位技術(shù)，但其傳輸距離不夠。在礦井使用過程中，可根據(jù)不同區(qū)域的需要進(jìn)行匹配組合，實(shí)現(xiàn)最佳的井下人員定位系統(tǒng)。

表1 井下人員定位系統(tǒng)技術(shù)性能對比

5 結(jié)語

井下人員定位系統(tǒng)是確保礦井作業(yè)人員安全的必要工藝，對礦井生產(chǎn)綜合效益的獲得有著重要影響。礦井管理者必須高度重視相關(guān)問題，在生產(chǎn)作業(yè)中積極探索工作井下人員定位系統(tǒng)應(yīng)用方式，確保相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的有效性。