矿井人员指纹识别定位系统设计方案及应用

何汉波HE Han-bo；胡峰平HU Feng-ping

（①广西合山新合物资供销有限责任公司，合山 546508；②镇江中煤电子有限公司，镇江 212016）

（①Guangxi Heshan Xinhe Materials Supply and Marketing Co.，Ltd.，Heshan 546508，China；②Zhenjiang Zhongmei Electron Co.，Ltd.，Zhenjiang 212016，China）

1 系统设计原则

首先为公司管理层提供考勤作业、人员进出限制等多方面的信息查询，加强了矿井领导、管理人员下井值班、跟班的督促管理，防止值班、跟班人员弄虚作假。其次矿井发生事故时，为救援人员提供可靠的数据、图形，通过系统数据，正确地反映井下人员活动的真实情况。

2 系统组成及工作原理

2.1 系统组成 人员定位及指纹验证系统由控制主机（即地面中心站）、指纹采集机、控制软件、KJ106-J 一般兼矿用本质安全型RS485 传输接口、KJ106-F 矿用人员定位通信分站、KJ106-D 矿用本质安全型人员定位读卡器、KJ106-K 矿用本质安全型标识卡、隔爆兼本安型不间断电源箱、电缆、接线盒、485 信号防雷栅、电源防雷栅和其他必要设备组成。

2.2 工作原理 ①在井下作业的区域和巷道中，安装KJ106-F 矿用定位通信分站（以下简称KJ106-F）。KJ106-F 通过RS485 数据总线与地面中心站保持通信，接头处使用矿用本安三通接线盒。②KJ106-D 矿用本质安全型定位读卡器（以下简称KJ106-D）通过RS485 总线与归属的KJ106-F 连接，电源由KJ106-F 提供或本地供电。③下井人员配戴KJ106-K 矿用本质安全型识别卡（以下简称KJ106-K）。工作人员下井时，配戴的KJ106-K 根据实际情况发出2.4G 无线电信号，该无线信号是有编码的，每个识别卡的编码是唯一的。④KJ106-D 人员定位读卡器到有效测量范围内KJ106-K 发送的信号，并通过RS485 接口向数据监测分站发送，再由数据监测分站送至地面中心站记录和显示。⑤指纹采集机、识别卡读卡器连接在控制主机上，控制软件采用.NET 平台开发，C/S 架构，把人员定位系统的结构数据库导入到控制主机，人员的头像文件拷贝到主机，控制软件驱动读卡器和指纹采集机同时工作。⑥地面中心站根据安装的矿井考勤定位管理软件判断出KJ106-K 的具体信息（如：是谁，在哪个位置，具体时间），同时可将信息显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上，并做好备份。

2.3 KJ106 指纹身份验证系统的使用 ①将KJ106 主机D:KJ106_MAP 和D:KJ106ZW_PH 目录拷贝到指纹验证机上。以后保持KJ106 主机人员信息设置有变动就拷贝一次目录。保证KJ106ZW_PH 目录中的照片符合编码要求。照片的尺寸是（高600，宽450），可以通过照片尺寸修改器修改。②将指纹验证主机的IP 地址改为192.168.1.1，通过网线把指纹机与电脑连接。③指纹机的管理员用户名：8888，密码：101101，根据工人的定位卡的编号来录入指纹信息。操作方法：在指纹机的用户管理栏的新增用户中添加新用户，工号为录入人员的定位卡卡号，下一步登记指纹，然后保存。④读卡器连接验证主机，确定好串口的端口号，可以修改软件安装目录下SFYZ_INT.TXT 配置文件，文件内容为（COM=2,YC=5,&ME）COM 为连接读卡器串口的端口号，YC 为人员定位卡被系统认可的时间分钟值，（5 代表5 分钟内的读卡数据认为卡在身边）。⑤可以通过WEB 方式，修改用户信息，如输入登记用户的姓名。WEB 用户名：administrator,密码：123456。⑥把身份验证软件安装到验证主机上，直接运行。

3 系统功能及特点

3.1 系统功能

3.1.1 管理功能

①可对无线监测分站位置、坐标、类型、禁区和备注等信息进行设置；②可对数据监测分站进行断电复位、查询硬件版本设置；③设置标识卡与人员之间的对应关系。

3.1.2 监测功能

①各无线监测分站实时采集标识卡发射的信号，上报给数据监测分站，数据监测分站按轮询方式经RS485 总线将标识卡信息传输到地面中心站。系统可以实时显示各个监测位置的人员分布、人数、人员移动等信息，以及各个设备的运行状态。②识别卡具备双向通信功能，识别卡可以通过按钮发起紧急呼叫，也可以接收从地面监控主机发出的紧急通知。③定位分站、定位读卡器兼有报警功能，无线分站配有蜂鸣器和告警灯，可以接收地面监控主机发来的警报命令，产生声光警报，向无线分站周边的人员发出警示。

3.1.3 安全监控功能

①系统对各个设备运行状态进行实时监控，定位通信分站、定位读卡器故障可在软件界面上及时显示。②对系统信息进行实时监测，向监控主机上报禁区告警、下井超时、井下人数超限等。

3.2 系统性能

3.2.1 识别性能

①定位读卡器与标识卡之间无线传输距离：10-60m可调；②防冲突性（单个无线监测分站可最多同时识别200 张标识卡）；③识别稳定性（误码率小于10-8）。

3.2.2 紧急状况处理能力

①对重要数据高速缓存，在矿井出现紧急状况下可以缓存数据，以备监控主机查询；②历史数据查询功能，在紧急状况下帮助求援者分析井下人员分布情况；③数据恢复功能，在断电、通讯中断后，重启可以恢复前一时刻的监控数据。

4 系统特点和优势

4.1 系统组网方式灵活，可靠性高 本系统减少了总线设备，降低总线钳位的风险，同时可以保证很高的监控设备数量，而且组网灵活方便，可以满足复杂情况下组网需求。

4.2 与井下无线通信系统统一组网，平滑融合，完善系统功能 井下通讯和定位系统的软件服务器和客户端都采用相同的软件，保护用户已有的投资，降低成本。可提供OPC 开放协议，接入到综合自动化平台。

4.3 功能强大完善的软件系统 可实现人员进出分站方向的判别；人员轨迹的查询和模拟动画显示；可以实时显示当前井下总人数，每个分站下的人数，以及由多个分站组成的区域内的人数统计，并可查询显示当前井下、分站或区域中人员的详细信息，软件还具有员工考勤功能，可以详细列出每个员工每日、每月的下井情况，还可以按照部门统计显示员工入井情况。系统可以根据用户的需求，修改软件，增加功能。

4.4 强大的分站功能 分站具有缓存数据功能，在通信中断情况下每个分站均可缓标签轨迹信息，通讯回复后数据仍会被记录进数据库，避免数据丢失；软件自动备份数据防止因意外引起的数据丢失情况；数据处理主机可以实现双机热备份功能，一台计算机故障不影响数据的采集和处理过程，保障系统连续运行。

4.5 完善的安全监控功能 系统对各个设备运行状态进行实时监控，数据监测分站、无线监测分站故障可在软件界面上及时显示。对系统信息进行实时监测，向监控主机上报禁区告警、下井超时、井下人数超限等系统告警信息。当识别卡电量过低时，系统提示告警，并能通知相关技术人员及时更换电池。井下发生紧急情况时，系统可以向下发出声光告警，标识卡提供光闪烁报警，无线检测分站提供声音及光信号报警。井下人员可以通过紧急呼叫按钮向上传输告警信息。

5 系统方案实施的效果

5.1 杜绝弄虚作假，确保安全生产 杜绝未经过培训人员入井，入井人员只有培训合格以后才能发卡并登记指纹，人员信息、指纹、识别卡一体，根据指纹的唯一性，一人一卡制，人卡合一，保证入井人员只有正确持卡才能入井。避免一人多卡下井或者无卡下井。

5.2 计算机自动识别入井人员信息 指纹验证系统自动读卡，无需人员操作。系统自动读卡并比对读到识别卡信息和指纹信息，在终端计算机上实时直观的显示出来，设有语音提示，方便检身员判断入井人员信息，如有违规入井人员系统自动语音报警阻止入井。

5.3 有效督促矿领导下井跟班、值班 系统有效地督促了矿领导、管理人员下井值班、跟班的工作，为煤矿企业的安全生产和日常管理工作提供了安全保障。

6 结语

实践证明，矿井人员定位及指纹验证系统利用射频传输、数字编码识别技术和指纹验证技术，能成功识别煤矿井下人员及动态目标。矿井人员定位及指纹验证系统通过在六矿的成功应用后，现已经在广西合山煤业有限责任公司的所有矿井推广使用，均取得了很好的效果，有效地督促了矿领导、管理人员下井值班、跟班的工作，为煤矿企业的安全生产和日常管理工作提供了安全保障。

[1]煤矿安全规程.2009.

[2]GB 50215-2005，煤炭工业矿井设计规范[S].

[3]AQ 6210－2007，煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件[S].

[4]GB 9254-88，信息技术设备的无线电干扰极限和测量方法[S].

[5]煤矿监控系统中心站软件开发规范.

[6]计算机软件可靠性和维护性管理.

[7]计算机软件质量保证计划规范.

[8]中华人民共和国公共安全行业标准.