一種礦用井下人員定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

楊宏旻,朱 利

摘要 本文介紹了一種井下人員跟蹤定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案,即每個(gè)井下人員配帶一個(gè)微型無(wú)線發(fā)射器(稱為無(wú)線定位卡,事先已分配了一個(gè)32位的識(shí)別碼),通過射頻方式把識(shí)別碼發(fā)射到周圍一個(gè)較小的空間中。在礦井下沿著巷道的走向布置了若干個(gè)智能的信號(hào)接收器,將接收到的定位卡信號(hào)與接收時(shí)刻相結(jié)合構(gòu)成定位卡的活動(dòng)記錄,保存在自身的存儲(chǔ)器中。接收器以有線方式相互聯(lián)結(jié),組成一個(gè)信息的接收網(wǎng)絡(luò),向布置在地面上的接收主機(jī)傳送記錄。地面主機(jī)使用通用的微型計(jì)算機(jī),裝有專用的信息接收、處理和存儲(chǔ)程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、處理,解析出人員在礦井下的位置和活動(dòng)情況,實(shí)現(xiàn)定位跟蹤與監(jiān)控的目的。同時(shí)還給出了各種電氣設(shè)備具體的技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞 礦井;無(wú)線識(shí)別;井下定位

中圖分類號(hào) TD79+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2009)10-0016-02

采礦業(yè)是一個(gè)高危險(xiǎn)的行業(yè),對(duì)井下作業(yè)人員有動(dòng)態(tài)監(jiān)控的需求:1)由于煤礦井下存在瓦斯氣體,為保障安全國(guó)家對(duì)井下的電器設(shè)備的使用提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求;2)采用有源RF射頻識(shí)別技術(shù);3)與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,組建一個(gè)“礦用井下人員定位系統(tǒng)”,實(shí)現(xiàn)安全、可靠的信息采集和傳輸,完成井下人員考勤、跟蹤定位、災(zāi)后急救和日常管理等多項(xiàng)任務(wù)。

1 系統(tǒng)組成

井下人員設(shè)備跟蹤定位管理系統(tǒng)由井上設(shè)備和井下設(shè)備兩部分組成。井上部分主要包括:中心站主機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、傳輸接口等;井下部分主要由無(wú)線接收分站、聲光報(bào)警器、防爆電源和人員隨身佩帶的無(wú)線識(shí)別卡等組成,如圖1所示。

2 工作原理

根據(jù)井下的具體情況,將井下分為若干個(gè)區(qū)段,每個(gè)區(qū)段兩端各設(shè)置一個(gè)無(wú)線接收分站,各分站都通過通信電纜和礦山通信系統(tǒng)與監(jiān)控中心相連,無(wú)線接收分站對(duì)每一個(gè)經(jīng)過或停留在其信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)的無(wú)線身份卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

1)在井下巷道內(nèi)的每個(gè)關(guān)鍵地點(diǎn)各放置一個(gè)接收分站,即可跟蹤到人員的進(jìn)出及分布情況,若干個(gè)接收分站經(jīng)傳輸總線電纜與地面計(jì)算機(jī)連接,組成系統(tǒng)架構(gòu);

2)每個(gè)下井人員佩帶一個(gè)無(wú)線標(biāo)識(shí)卡,進(jìn)入井下后只要人員接近某一個(gè)接收分站系統(tǒng)就能感應(yīng)到信號(hào)并上傳到中心站主機(jī),由主機(jī)的軟件判斷出具體信息(如是誰(shuí),在哪個(gè)位置,具體時(shí)間)將信息顯示在控制中心大屏幕上的同時(shí),在數(shù)據(jù)庫(kù)中做好記錄和數(shù)據(jù)備份;

3)管理者可以在電腦上打開井下巷道示意圖,選擇查看某一區(qū)域,計(jì)算機(jī)可以把在這一區(qū)域感應(yīng)到的人員信息統(tǒng)計(jì)出來,還可以整理出每個(gè)下井人員在某一段時(shí)間內(nèi)的各種出勤報(bào)表。

3 系統(tǒng)的功能

1)實(shí)時(shí)井下人員動(dòng)態(tài)顯示功能。井下某個(gè)地點(diǎn)有多少個(gè)人,分別是哪些人,查詢一個(gè)(或多個(gè))人員當(dāng)前在井下的實(shí)際位置,記錄有關(guān)人員在任一地點(diǎn)的到達(dá)、離開時(shí)刻和總工作時(shí)間等多項(xiàng)信息,可以督促和落實(shí)重要巡查人員(如瓦斯檢測(cè)人員)是否按時(shí)、到位地進(jìn)行了實(shí)地巡查、檢測(cè)和處理,從而有效地遏制了人為因素造成的相關(guān)事故。可實(shí)現(xiàn)信息的多點(diǎn)共享,實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同項(xiàng)目的管理者同時(shí)在不同地點(diǎn)查看和檢索;

2)豐富的地圖功能。巷道地圖可以靈活地放大、縮小和移動(dòng),也提供了地圖打印功能;

3)禁區(qū)報(bào)警功能,可以指定巷道內(nèi)的某區(qū)域?yàn)榻麉^(qū),在有人員進(jìn)入時(shí)立刻報(bào)警,并顯示進(jìn)入禁區(qū)的人員信息;

4)人員軌跡查詢,能查找出某個(gè)人在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)經(jīng)過的所有路線,并在巷道示意圖中勾畫出路線軌跡;

5)人員下井考勤能力,可對(duì)出入井人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)下井人員考勤記錄,建立人員出入井的各種信息報(bào)表(如下井時(shí)間報(bào)表,出勤月報(bào)表,加班報(bào)表,缺勤報(bào)表等);

6)災(zāi)后急救信息。一旦發(fā)生各類事故,井上主機(jī)立即能檢索到事故地點(diǎn)的人員數(shù)量、身份、位置等信息,有效提高了搶險(xiǎn)效率和救護(hù)效果;

7)車輛及設(shè)備管理。車輛的出入統(tǒng)計(jì)、定位以及其它重要設(shè)備的具體位置。

4 設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)

1)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器和客戶端。服務(wù)器端可以無(wú)人職守、晝夜運(yùn)行地采集數(shù)據(jù),保證數(shù)據(jù)不間斷地采集和記錄。客戶端可以隨時(shí)在工作站上打開進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制,系統(tǒng)支持多個(gè)客戶端同時(shí)工作可以任意指定某一個(gè)人員和具體的時(shí)間范圍,系統(tǒng)能夠檢索出該人在該時(shí)間段內(nèi)的移動(dòng)軌跡,即何時(shí)到達(dá)某個(gè)基站,待了多長(zhǎng)時(shí)間。如果想了解該人員的具體移動(dòng)路線可以使用運(yùn)動(dòng)軌跡回放功能進(jìn)行查看;

2)前端數(shù)據(jù)通訊箱。前端數(shù)據(jù)通訊箱為礦用本安型數(shù)據(jù)通訊箱,工作時(shí)放在地面計(jì)算機(jī)旁,其主要功能為進(jìn)行通訊信號(hào)的放大,起到增強(qiáng)通訊距離的作用,同時(shí)實(shí)現(xiàn)地面主機(jī)與井下接收分站間的數(shù)據(jù)通訊。工作電壓為220V,最大耗電電流100mA。本安端工作電流18mA,短路電流30mA,最大電壓≤15V P-P,傳輸信號(hào)為基帶SDLC方式。

與井下接收分站聯(lián)絡(luò)的通訊電纜參數(shù)為:(1)電纜型號(hào):MHYVRP1×2×7/0.52;(2)電纜分布電容為0.06nF/km;(3)電纜分布電感為0.8mH/km;(4)電纜直流電阻為13.5Ω/km,最大傳輸距離為20km。工作條件要求為:環(huán)境溫度0℃~40℃,相對(duì)濕度75%,環(huán)境壓力80~106 kPa。

3)井下接收分站,最多為32個(gè)接收分站,傳輸距離為15km。井下接收分站完全適用于含煤塵和瓦斯等爆炸型氣體環(huán)境中,防爆形式為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型,防爆標(biāo)志為ExdibI(150℃),其使用條件為環(huán)境溫度0℃~40℃,相對(duì)濕度≤96%,環(huán)境壓力80~106kPa,輸入電壓12V,連接電纜型號(hào)/規(guī)格為MHYVR1×2×7/0.52。井下接受分站最大特點(diǎn)是可在較大的空間范圍內(nèi)快速、可靠地同時(shí)識(shí)別多個(gè)無(wú)線標(biāo)識(shí)卡,識(shí)別率高、抗干擾性強(qiáng),工作穩(wěn)定可靠,便于安裝和維護(hù);

4)礦用無(wú)線標(biāo)識(shí)卡。煤礦用無(wú)線標(biāo)識(shí)卡是由礦工下井時(shí)隨身佩帶的一種有源射頻卡,采用2.4G-RFID技術(shù),對(duì)被跟蹤的無(wú)線標(biāo)識(shí)卡數(shù)量沒有限制,該產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)是多個(gè)標(biāo)識(shí)卡可在較大的空間范圍內(nèi)同時(shí)被識(shí)別,并具有功耗低、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn),體積很小易于攜帶和安置。

5 識(shí)別卡的發(fā)放和管理

本系統(tǒng)遵循“統(tǒng)一發(fā)識(shí)別卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則,按準(zhǔn)許上崗人員和班組實(shí)行“一人一識(shí)別卡”制,該識(shí)別卡可視為“上崗憑證”或“坑道準(zhǔn)入證”,具體方案如下:

1)煤礦生產(chǎn)單位在所有坑道中均安裝一定數(shù)量的信號(hào)收發(fā)器(接收分站),以滿足輻射區(qū)域?yàn)闇?zhǔn),安裝的具體位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定;

2)煤礦生產(chǎn)單位向有關(guān)人員頒發(fā)并裝備識(shí)別卡,識(shí)別卡安裝在安全帽的合適位置;

3)發(fā)識(shí)別卡時(shí)將識(shí)別卡所對(duì)應(yīng)員工的基本信息,包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)、等儲(chǔ)存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中;

4)安全生產(chǎn)部門對(duì)該識(shí)別卡進(jìn)行授權(quán)后即生效。授權(quán)范圍包括該員工可以有資格進(jìn)入作業(yè)面的坑道,識(shí)別卡的時(shí)效、失效、掛失等,以防止無(wú)關(guān)人員和非法人員進(jìn)入坑道;

5)進(jìn)入坑道的人員必須佩戴裝有識(shí)別卡的安全帽。當(dāng)佩戴安全帽的有關(guān)人員經(jīng)過坑道的識(shí)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí),將立即被系統(tǒng)識(shí)別,并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的信息交換將此人通過的路段、時(shí)間等信息傳輸至井上安全監(jiān)控中心記錄,也可同時(shí)在地理信息大屏幕墻上出現(xiàn)提示信息,顯示通過人員的姓名。如果感應(yīng)的識(shí)別卡號(hào)無(wú)效或進(jìn)入限制通道,系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警,安全監(jiān)控中心值班人員接到報(bào)警信號(hào),立即執(zhí)行相關(guān)安全工作管理程序。

6 結(jié)論

礦用井下人員定位系統(tǒng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地將井下的動(dòng)態(tài)情況反映到地面上,使管理人員隨時(shí)掌握井下設(shè)備的分布狀況和每個(gè)礦工的運(yùn)動(dòng)軌跡,以便管理人員進(jìn)行調(diào)度管理。當(dāng)事故發(fā)生時(shí),救援人員可根據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)、圖形,迅速了解井下人員的位置,及時(shí)采取救援措施,有效地提高救援工作的效率。

參考文獻(xiàn)

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