一种矿用井下人员定位系统的实现

杨宏旻,朱 利

摘要 本文介绍了一种井下人员跟踪定位系统的实现方案,即每个井下人员配带一个微型无线发射器(称为无线定位卡,事先已分配了一个32位的识别码),通过射频方式把识别码发射到周围一个较小的空间中。在矿井下沿着巷道的走向布置了若干个智能的信号接收器,将接收到的定位卡信号与接收时刻相结合构成定位卡的活动记录,保存在自身的存储器中。接收器以有线方式相互联结,组成一个信息的接收网络,向布置在地面上的接收主机传送记录。地面主机使用通用的微型计算机,装有专用的信息接收、处理和存储程序,实现对数据的分析、处理,解析出人员在矿井下的位置和活动情况,实现定位跟踪与监控的目的。同时还给出了各种电气设备具体的技术参数。

关键词 矿井;无线识别;井下定位

中图分类号 TD79+3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2009)10-0016-02

采矿业是一个高危险的行业,对井下作业人员有动态监控的需求:1)由于煤矿井下存在瓦斯气体,为保障安全国家对井下的电器设备的使用提出了严格的技术要求;2)采用有源RF射频识别技术;3)与工业以太网技术相结合,组建一个“矿用井下人员定位系统”,实现安全、可靠的信息采集和传输,完成井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救和日常管理等多项任务。

1 系统组成

井下人员设备跟踪定位管理系统由井上设备和井下设备两部分组成。井上部分主要包括:中心站主机、数据库软件、传输接口等;井下部分主要由无线接收分站、声光报警器、防爆电源和人员随身佩带的无线识别卡等组成,如图1所示。

2 工作原理

根据井下的具体情况,将井下分为若干个区段,每个区段两端各设置一个无线接收分站,各分站都通过通信电缆和矿山通信系统与监控中心相连,无线接收分站对每一个经过或停留在其信号覆盖区内的无线身份卡进行数据采集和监控。

1)在井下巷道内的每个关键地点各放置一个接收分站,即可跟踪到人员的进出及分布情况,若干个接收分站经传输总线电缆与地面计算机连接,组成系统架构;

2)每个下井人员佩带一个无线标识卡,进入井下后只要人员接近某一个接收分站系统就能感应到信号并上传到中心站主机,由主机的软件判断出具体信息(如是谁,在哪个位置,具体时间)将信息显示在控制中心大屏幕上的同时,在数据库中做好记录和数据备份;

3)管理者可以在电脑上打开井下巷道示意图,选择查看某一区域,计算机可以把在这一区域感应到的人员信息统计出来,还可以整理出每个下井人员在某一段时间内的各种出勤报表。

3 系统的功能

1)实时井下人员动态显示功能。井下某个地点有多少个人,分别是哪些人,查询一个(或多个)人员当前在井下的实际位置,记录有关人员在任一地点的到达、离开时刻和总工作时间等多项信息,可以督促和落实重要巡查人员(如瓦斯检测人员)是否按时、到位地进行了实地巡查、检测和处理,从而有效地遏制了人为因素造成的相关事故。可实现信息的多点共享,实现多个不同项目的管理者同时在不同地点查看和检索;

2)丰富的地图功能。巷道地图可以灵活地放大、缩小和移动,也提供了地图打印功能;

3)禁区报警功能,可以指定巷道内的某区域为禁区,在有人员进入时立刻报警,并显示进入禁区的人员信息;

4)人员轨迹查询,能查找出某个人在某个时间段内经过的所有路线,并在巷道示意图中勾画出路线轨迹;

5)人员下井考勤能力,可对出入井人员进行统计,实现下井人员考勤记录,建立人员出入井的各种信息报表(如下井时间报表,出勤月报表,加班报表,缺勤报表等);

6)灾后急救信息。一旦发生各类事故,井上主机立即能检索到事故地点的人员数量、身份、位置等信息,有效提高了抢险效率和救护效果;

7)车辆及设备管理。车辆的出入统计、定位以及其它重要设备的具体位置。

4 设备主要技术指标与参数

1)计算机系统,该系统采用三层体系结构,即数据库、应用服务器和客户端。服务器端可以无人职守、昼夜运行地采集数据,保证数据不间断地采集和记录。客户端可以随时在工作站上打开进行监测和控制,系统支持多个客户端同时工作可以任意指定某一个人员和具体的时间范围,系统能够检索出该人在该时间段内的移动轨迹,即何时到达某个基站,待了多长时间。如果想了解该人员的具体移动路线可以使用运动轨迹回放功能进行查看;

2)前端数据通讯箱。前端数据通讯箱为矿用本安型数据通讯箱,工作时放在地面计算机旁,其主要功能为进行通讯信号的放大,起到增强通讯距离的作用,同时实现地面主机与井下接收分站间的数据通讯。工作电压为220V,最大耗电电流100mA。本安端工作电流18mA,短路电流30mA,最大电压≤15V P-P,传输信号为基带SDLC方式。

与井下接收分站联络的通讯电缆参数为:(1)电缆型号:MHYVRP1×2×7/0.52;(2)电缆分布电容为0.06nF/km;(3)电缆分布电感为0.8mH/km;(4)电缆直流电阻为13.5Ω/km,最大传输距离为20km。工作条件要求为:环境温度0℃~40℃,相对湿度75%,环境压力80~106 kPa。

3)井下接收分站,最多为32个接收分站,传输距离为15km。井下接收分站完全适用于含煤尘和瓦斯等爆炸型气体环境中,防爆形式为矿用隔爆兼本质安全型,防爆标志为ExdibI(150℃),其使用条件为环境温度0℃~40℃,相对湿度≤96%,环境压力80~106kPa,输入电压12V,连接电缆型号/规格为MHYVR1×2×7/0.52。井下接受分站最大特点是可在较大的空间范围内快速、可靠地同时识别多个无线标识卡,识别率高、抗干扰性强,工作稳定可靠,便于安装和维护;

4)矿用无线标识卡。煤矿用无线标识卡是由矿工下井时随身佩带的一种有源射频卡,采用2.4G-RFID技术,对被跟踪的无线标识卡数量没有限制,该产品优点是多个标识卡可在较大的空间范围内同时被识别,并具有功耗低、工作稳定可靠的优点,体积很小易于携带和安置。

5 识别卡的发放和管理

本系统遵循“统一发识别卡、统一装备、统一管理”的原则,按准许上岗人员和班组实行“一人一识别卡”制,该识别卡可视为“上岗凭证”或“坑道准入证”,具体方案如下:

1)煤矿生产单位在所有坑道中均安装一定数量的信号收发器(接收分站),以满足辐射区域为准,安装的具体位置根据现场情况而定;

2)煤矿生产单位向有关人员颁发并装备识别卡,识别卡安装在安全帽的合适位置;

3)发识别卡时将识别卡所对应员工的基本信息,包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、等储存在系统数据库中;

4)安全生产部门对该识别卡进行授权后即生效。授权范围包括该员工可以有资格进入作业面的坑道,识别卡的时效、失效、挂失等,以防止无关人员和非法人员进入坑道;

5)进入坑道的人员必须佩戴装有识别卡的安全帽。当佩戴安全帽的有关人员经过坑道的识别监测点时,将立即被系统识别,并通过系统网络的信息交换将此人通过的路段、时间等信息传输至井上安全监控中心记录,也可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息,显示通过人员的姓名。如果感应的识别卡号无效或进入限制通道,系统将自动报警,安全监控中心值班人员接到报警信号,立即执行相关安全工作管理程序。

6 结论

矿用井下人员定位系统能及时、准确地将井下的动态情况反映到地面上,使管理人员随时掌握井下设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹,以便管理人员进行调度管理。当事故发生时,救援人员可根据系统提供的数据、图形,迅速了解井下人员的位置,及时采取救援措施,有效地提高救援工作的效率。

参考文献

[1]马有国,吴汉庭,孙增光,等.煤矿井下人员动态监控系统.国家实用新型专利.中华人民共和国国家知识产权局,2003.

[2]国家安监总局.AQ 6210-2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件[M].煤炭工业出版社,2007.

[3]雷震洲.RFID标记技术及其应用[J].金卡工程,2005(3).