煤矿精确人员定位系统的应用

2021-04-23张文波

商品与质量 2021年16期

张文波

冀中能源股份有限公司葛泉矿河北邢台 054102

根据国家安监总局[2010]146号，关于《建设完善井下安全避险“六大系统”的通知》的文件要求，建立完善煤矿监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络系统等安全避险“六大系统”，提高煤矿安全保障能力。

1 系统简介

人员定位系统采用基于UWB TDOA高精度定位技术，定位精度小于0.3米，主要实现对井下人员的实时定位、考勤管理、限员管理和事故救援。定位系统主要由定位分站、定位模块、人员标识卡、信息化矿灯等组成。定位模块信号覆盖范围为半径400米，由于矿山井下环境复杂，一般情况下每隔400-600米布置一台分站（含定位模块），实现井下必要区域定位信号覆盖。当携带定位卡的人员进入井下定位网络覆盖范围内，无论任何时刻任意一点，定位分站都可以接收到定位卡周期性自发的信号，并经过井下环网把定位数据上传到数据计算中心，经过软件分析处理后，得出各定位卡具体信息，同时可把定位数据实时传输至监控中心的大屏幕或电脑上，并储存备份，井上管理人员可随时了解井下的状况。

2 人员定位系统建设的作用和意义

入井人员携带一一对应的识别卡，人员行走在巷道中，通过安装在所有巷道中的识别器，就可以实时掌握每个人在井下的位置和活动轨迹。井下一旦发生事故，救援中心就可以在调度台查到人员位置分布，通知相关人员撤离，亦可以只知道事故位置被困矿工数量及所处位置，给灾变情况下准确施救提供技术支持，从而提供企业的自动化、信息化管理水平。

3 系统特点

（1）携卡人员入井和升井时间的监测，进入和走出重点区域时间的监测。

（2）可在地面监控系统实时查阅井下某段时间的下井人数、分布情况以及某人的活动轨迹。

（3）每人携带一张一一对应的识别卡，在入井大屏上显示，识别卡的状态，对缺电、损坏或是无法识别情况进行报警提示。

（4）标识卡由嵌入式微处理器、发射和接收天线、收发电路、电池和软件组成，平时处于休眠状态。当进入系统工作区域后，激活识别卡，发射无线电信号。

（5）标识卡采用超低能耗设计，大容量锂电池供电，正常情况下可以使用两年以上。

（6）系统能依据客户需求实现按需调整，识别距离从零到200米可调。

（7）井下分站由采集信息模块、人员信息处理模块，隔爆电源，通讯模块组成，实现人员识别、信息采集、处理和传输的功能，实现终端与地面监控中心的双向通讯功能。

（8）该系统能识别多张不同号码的识别卡，具备高速识别的功能，能识别移动速度小于100Km/h的高速移动目标或是静态目标。

（9）系统可容纳不低于 64个位置监测分站，单台位置监测分站可瞬间同时识别 200 个以上的人员标识卡。乘架空乘人装置或是送人车的职工无需下车，在识别卡进入监控分站的探测区域后，就可瞬间完成人员的自动识别和定位。

（10）识别区域无方向性、无盲区，分站射频场功率远远小于手机的射频功率，对周围环境无电磁污染，对人体健康没有影响。

（11）井下监控分站安装独立的备用电池组，当井下监控分站由于通讯故障或是供电故障不能与地面实现实时通讯后，分站仍可以独立工作，自动存贮人员定位信息两个小时，当通讯恢复后，地面监控主机自动读取监控分站人员信息，从而实现不间断监控。

（12）系统可进行职工信息记录、显示、查询、编辑、增减、网络通信等功能。

（13）可以通过网络远程访问和查询各类数据。

（14）门禁功能。由于当前实现区域限员的规定，该系统可以根据要求自动识别进去重点区域人员及权限，如超过限制人数或是不具备权限人员进入该区域，系统自动发出声光报警信号，并将该报警信息及人员信息传输至地面监控中心。

（15）假如下井人员超时进入某区域或是长期不运行，系统自动发出声光报警信号，并将该报警信息及人员信息传输至地面监控中心。

（16）当携卡人员遭遇紧急情况时，可向上位机发出紧急呼救或告急报警信息。

（17）矿井某一区域发生安全事故，监控中心可依据本系统提供的准确位置信息，在第一时间掌握被困人员的具体位置，便于开展事故救援工作，同时向相关人员发出撤离信息。

4 于UWB TDOA高精度定位技术

基于UWB TDOA的定位方法又称为双曲线定位，其原理是通过测量不同监测地点的天线单元时间差，来对发射无线电信号的发射源进行精确定位，是一种先进的定位技术，根据两站之间的时间差转换成距离差，可以得到一条双曲线，通过三个或多个监测分站得到的时间差，可以得到多个双曲线从而提高来定位精度。再利用相关函数法、广义相关法、相位谱法、高阶累计算法计算出精确的位置信息。

TOA即“到达时间”，这种方式定位是通过Anchor和Tag之间的多次通信实现的，如下图：