煤矿井下人员定位系统现状与发展趋势

王一纾

摘要：井下人员定位系统是煤矿井下安全避险“六大系统”之一。文章阐述了国内煤矿人员定位系统发展现状;分析了RFID技术、Zigbee技术、CAN（ControllerAreaNetwork）总线、GIS技术、WiFi技术和RSSI方法在煤矿人员定位系统中常用技术的工作特性及应用情况本文介绍两种：KJ90矿井人员跟踪定位及考勤管理系统和KJ260型煤矿人员定位系统。

关键词：煤矿;人员定位系统;现状;发展

近年来我国煤矿事故攀升趋势严重，煤矿安全状况令人担忧。目前，煤矿安全普遍存在着以下隐患：井上管理人员不能及时与井下工作人员进行即时通信，不能实时掌握井下人员的分布及作业情况，难以进行人员的精确定位。因此，准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，实现管理的现代化、信息化，如何解决煤矿井下人员精确、简单、实用的定位系统已成为矿的救护亟待解决的课题之一。

1 煤矿人员定位主流技术

1.1RFID技术

射频识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）技术自20世纪80年代提出以来，得到了迅速的发展，是目前应用领域最为广泛的技术之一，在身份识别、物流管理、生产统计、产品核心部件跟踪等领域有着广泛的应用。RFID技术是自动识别技术而且它的自动识别技术是不接触性的，它的技术核心是计算机网络、无线电和大规模集成电路。RFID技术组成的系统十分庞大，主要的组成部分有电子标签、阅读器、应用接口和通讯网络。能量与数据之间的传递主要是通过空间的传递，而在空间传递中起主要作用的就是电子基于RFID的人员定位系统一共经历了三个发展阶段，分别为无源射频近距离识别阶段、有源微波远距离识别阶段、双向识别通信阶段。目前，在市场中占有一席之地的有30多种。虽然它们在设计上、性能中都存在某些不足，但在促进煤矿安全生产，保障井下作业人员生命安全等方面发挥的重要作用。

1.2ZigBee技术

Zigbee技术是一种传输速率低、功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全、有效范围小、工作频段灵活的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控标签与阅读器之间建立的耦合通道。制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。完整的ZigBee体系结构基于ZigBee的人员定位系统，是一个无线的定位系统。组成这个系统的是大量的不可计算的ZigBee无线传感器，ZigBee无线传感器形成网状拓扑结构最终来形成复杂的基于ZigBee的煤矿井下人员定位系统。基于ZigBee的无线定位模块分为两类：一类为ZigBee模块，还有一类为移动定位模块。它们两者之间的区别就是：ZigBee模块中的锚节点的位置是已知的，并且是不可变的;而移动定位模块，是由一些器件组成，由井下人员佩戴在身上，是可移动的。

1.3CAN技术

CAN（ControllerAreaNetwork）总线，又称控制器局域网。最初应用在80年代末的汽车工业里，后来是Boseh公司进行改进，推出在现代汽车技术中使用。它具有速率高、抗电磁干扰性强、可靠性高、设计灵活、价格低廉等特点，而且能够检测到产生的任何错误。现已广泛应用于生产和生活的众多领域。

1.4GIS技术

GIS（GeographicInformationSystem，即地理信息系统）是用于获取、存储、查询、综合、处理、分析和显示与地球表面位置有关数据的计算机系统。在矿井的救护系统中将运用到GIS技术，能够实时监控到井下人员的信息、及时定位井下人员，对矿井救护有着十分重要的现实意义。

1.5RSSI方法

因为RSSI的定位方法不需要额外的硬件设备，实现简单，经济适用，所有测距方法中，RSSI定位方法是最基本的测距方法。由于采煤工艺不同，在国外一些矿井应用较好，但是在国内应用并不好。

1.6WiFi技术

WiFi，全拼为WirelessFidelity。是无线局域网数据传输的一种。WiFi也是IEEE所定义的无线通信标准IEEE802.11。无线局域网抓住有线局域网的某些不足，进行改进。加一些无线通讯设备，无线局域网在有线局域网的基础上使通信得以实现。

2应用较多的人员定位系统

人员定位系统主要有：KJ90、KJ133、KJ222、KJ260等。各个煤矿根据自身的经济条件、煤矿地质条件进行选择。

2.1KJ90矿井人员跟踪定位及考勤管理系统

系统是基于RFID技术、通讯技术和计算机软件技术为一体的应用系统，并采用双频点长短波频率来完成通信。该系统由软件和硬件两部分组成，硬件系统主要由地面监控主机、KFD-3型人员跟踪定位分站及配套的发射天线和接收天线、人员标志卡、数据传输接口、矿用阻燃电缆及接线盒组成。软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分，这两部分软件共同完成和支撑着信息采集、识别、加工、显示、存储及传输的工作。KJ90矿井人员跟踪定位及考勤管理系统相对于其他系统而言，具有的特点为：作用距离远、穿透信号能力高、保密性高、適应环境能力强、便于网络连接等优点。但是该系统在井下无线传输距离短，仅能够对人员是否出现在井下某一范围内进行确认，而不能做到精确定位。在井下如果采用间隔一段距离就布置一个接收器，可以满足全覆盖的要求。但是工作量太大，维护的成本过高，一般不予以采用。

2.2KJ260型煤矿人员定位系统

系统主要由地面计算机、传输接口及防雷保安器、考勤管理分站、基站电源、信号中继器、身份识别卡、传输电缆等组成。下井员工随身携带身份识别卡，员工的数据是由考勤管理分站存入考勤管理分站数据库。分站数据库再将信息传至地面计算机。地面计算机利用软件对数据进行分析处理，得到实时数据，为生产提供有利保证。KJ260型煤矿人员定位系统具有智能跟踪考勤、实时通话、报警提示、信息共享等优点。

3发展趋势

因为煤矿企业开采的特殊性，有线无线通信技术受到了限制，相反RSSI技术等一批具有优势性的无线通信技术在国外的煤矿行业得到了较为广泛的应用，并且效果相当不错。相对于国外煤矿条件，中国煤矿行业的地质条件复杂，井下空间狭小等一系列特点，导致信号衰减速度快，不能准确传输数据。

4结束语

随着人们对煤矿井下安全生产重视程度的加深和国家相关政策规范的不断完善，煤矿井下人员定位技术也在不断地发展。越来越多的新型技术也在不断地涌现并运用到实现井下人员的实时定位上来。随着技术的不断成熟稳定，人员定位安全系统的现状必将会得到更大的改变和完善。

参考文献：

[1]孟兆颖.煤矿井下人员定位系统的现状和发展.山东工业技术，2018.24.74.

[2]张翼.煤矿井下人员定位系统现状与发展趋势.中国新通信，2018，20.11.136-137.

[3]张无病.煤矿井下人员定位系统的设计分析.通讯世界，2016.12.247-248.

（作者单位：辽源矿业集团西安煤业公司）