淺談井下人員定位系統

付靖波

淺談井下人員定位系統

付靖波

從煤礦企業生產現狀、井下人員定位系統的優越性、先進性三方面闡述了安裝“井下人員定位系統”對煤礦安全生產的重要性，指出并分析了系統應用中存在的問題，提出了個人看法及建議。

人員定位系統；安全；射頻識別

1 安裝井下人員定位系統的重要性

煤礦事故的發生，不僅給人民群眾造成巨大的痛苦，也使國家財產遭受重大損失。但從目前的技術手段來看，要在短期內完全避免煤礦井下事故的發生還不太可能，因此災后救助的高效運作顯得尤為重要和緊迫。如何改變目前煤礦企業對井下人員落后的管理模式，如何實現管理的現代化、信息化，如何在發生事故后，將損失降到最低，已成為所有煤礦企業關心的問題。面對現實情況，除了不斷加強災害預防，減少事故的發生，更要加強事故的搜救工作，一旦發生事故，能及時、準確地掌握井下被困人員的分布情況，快速實施搶救措施，將事故損失降至最低，因此建立以災害預防、事故求助、電子信息化管理為主要目標的信息化和智能化建設勢在必行。在王家嶺“3.28”透水事故搶險救援過程中，因為人員定位系統的缺失給搶險救援工作造成巨大困難，特別是使被困人員的核實工作陷入被動。對此，趙鐵錘在全國煤礦堅決遏制重特大事故、推廣井下救生艙等避險設施現場會上要求，2010年年底前所有國有重點煤礦必須建立井下人員定位系統，其余煤礦必須在2011年年底之前全面建立，所以加強人員監控顯得更為重要。定位系統是實現煤礦安全生產的重要保證之一，也決定了煤礦企業安裝井下人員定位系統的重要性。

2 井下人員定位系統的優越性

煤礦井下人員跟蹤定位管理系統被礦工戲稱為井下礦工的“GPS”，其基本原理是利用射頻信號和空耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，實現對被識別物體的自動實別。常用的一種定位方案是信號強度檢測法，類似于手機信號的檢測。當一個無源電子標簽（Tag）處于某個基站附近時，這個基站獲得的信號最強，我們很容易判斷它的位置。如果Tag移動到兩個基站的重疊區時，兩個基站獲得的信號強度不一致，對比信號的強度我們也能精確地判斷Tag的具體位置。該系統是集計算機軟硬件、信息采集處理、無線數據傳輸、網絡數據通訊、自動控制等技術多學科綜合應用為一體的自動識別信息技術產品，主要解決的是井下人員定位的問題，實現對井下人員的跟蹤定位信息的采集、分析處理、實時顯示、數據庫存儲、報表打印等功能，不僅能夠全程監控和記錄每個入井人員在井下的行蹤，隨時掌握井下人員的詳細分布情況，極大地提高該礦的安全管理水平；而且能進一步提高礦井信息化管理水平，增強礦井的整體抗災、防災能力。既可以供中小型礦井作為一個功能齊全的自動監控考勤系統使用；也可以與已有的礦井綜合系統結合，作為一個重要的功能供大型礦井使用，為煤礦企業的安全生產和日常管理上臺階帶來了新的契機。

該系統有四大優點。①有報警功能，通過設定員工出入井時間，對下井超時的人員指示報警；并且還能通過在井下一些重要硐室、危險場合（盲巷等）配備語音站，阻止違章人員進入。②安全、可靠，在惡劣環境下24 h正常工作，有利于搶險救災工作，在發生事故時，能立即從計算機上查詢事故現場的人員位置分布情況、被困人員數量、遇險人員撤退線路等信息，為事故搶險提供科學依據。③自動檢測查詢下井人員人數，隨時了解員工在井下的分布情況并對其進行實時跟蹤監控。能夠及時、準確地將井下各個區域人員及設備的情況反映到地面計算機系統，使管理人員能夠隨時掌握井下人員及設備的分布狀況，以便于進行更加合理的調度管理。④可以實現完善的考勤管理功能，如查詢某人在任一時間段的活動軌跡，查詢一人或多人入井次數及在井下的工作時間等一系列信息。可以督促和落實巡查人員是否按時進行各項數據測試和處理，從根本上杜絕人為因素造成的事故。另外，考勤部門通過信息中心站從井下采集的數字信號，獲取員工的準確出勤率，實現了員工考勤的自動化。系統的優越性決定了煤礦企業安裝井下人員定位系統的必要性。

3 井下人員定位系統的先進性

井下人員定位系統普遍采用目前國際上最先進的射頻識別 （RFID，Radio Frequency Identifi-cation）技術，利用無線傳輸方式進行雙向數據通信，進而達到自動識別并交換信息的目的。RFID與其他識別技術相比，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優點。其系統組成如下：①標簽，由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信；②閱讀器，讀取標簽信息的設備；③天線，在標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。

典型的射頻識別系統主要是射頻卡和閱讀器兩部分。射頻卡是將幾個主要模塊集成到一塊芯片中，芯片上有EEPROM用來儲存識別碼或其他數據。

EEPROM容量從幾比特到幾萬比特，芯片外圍無需連接天線完成與讀寫器的通信。在多數RFID系統中，讀寫器在一定區域內發射電磁波。射頻卡內有一個LC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器頻率相同。當射頻卡經過這個區域時，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生諧振，在電容上感應出電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內儲存。當所積累的電荷達到2 V時，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去或接收讀寫器的數據。閱讀器接收到卡的數據后，解碼并進行錯誤校驗來決定數據的有效性，然后通過RS232，RS422，RS485或無線方式將數據傳送到計算機網絡。

另外，引入的光纖線路高速大容量，無線語音數據，IP軟交換，高速圖像監控，移動定位等多種先進技術，對于煤礦企業、井下設備，均為低耗本安型功能模塊設計，設備技術成熟，可靠性極高。從先進的技術方面進一步決定了安裝井下人員定位系統的重要性。

4 井下人員定位系統應用中存在的問題及建議

（1）因為井下特殊工作環境，如果使用遠距離射頻卡系統，讀寫器價格昂貴，隨著距離的增加，系統的價格將迅速增加。如果要實現人員位置的密集跟蹤，系統造價將難以承受；若只實現小范圍的人員檢測，難以體現其價值，更難以發揮其應有的作用，致使許多礦井因為經濟原因而不愿安裝。“十五”期間，煤炭工業電子信息化建設在“九五”發展的基礎上，圍繞煤炭工業改革發展的戰略任務，以信息和知識資源的開發利用為核心，結合煤炭工業實際需要，重點進行煤礦生產安全監測監控等信息化建設工作，已納入安全生產企業的經營管理日程，所以筆者認為，安裝井下人員定位系統勢在必行。可以從軟件技術上進行研究開發，提高射頻卡的靈敏度，降低成本。另外，希望政府政策方面給予扶持。

（2）礦井內，大量的生產設備，配套的輔助設備數量、種類繁多，情況復雜，且處于不定期的變動中，致使系統的精確性達不到現實應用要求。建議對設備進行捆綁分組跟蹤，并在軟件技術及數據結構上進行改進，使系統向網絡化發展，能夠方便快捷地對生產設備進行監控。

（3）由于RFID系統使用的頻率和通信方式，抗干擾的性能非常有限，在井下復雜環境下使用也存在問題，工作性能大大降低。為了避免井下環境對無線信號的干擾，建議所有無線標簽模塊應使用抗干擾的直序擴頻通信方式。

（4）我國目前所使用的井下人員定位系統，實際上僅僅使用了其考勤功能，相當于一種考勤記錄系統，并非真正的人員定位跟蹤系統。建議企業領導對現有系統引起足夠的重視和利用，引進專業人才，使其能夠充分發揮井下人員定位的作用。

[1]程真.5年內實現井下避險系統全覆蓋.中國能源報，2010－05－24（第17版） .

[2]文漢云，金升藻.基于RFID技術的動物識別與跟蹤管理系統研究 [J].計算機系統應用，2006（3）：73－75.

[3]段錦，齊紅，宋璐.實時數據遠程通信系統的設計 [J].計算機工程，2002（4）：263－265.

[4]侯方勇，戴葵.計算機射頻通信系統的設計與實現 [J].計算機應用研究，2002（12）：105－107.

General Analysis of the Underground Staffs Positioning System

Fu Jingbo

The paper illustrates the importance of installing the underground staffs positioning system to the coal mining safety production in the following three aspects， the production situation of coal mining industries， the superiority and the advantages of the underground staffs positioning system.The author also points out the problems existed in the application of the underground staffs positioning system and gives the personnel opinions and some suggestions about it.

personnel location system；safety；radio frequency identification

X924.3

A

1000-4866(2010)04-0001-02

付靖波，男，1982年出生，畢業于山西大學（電子信息工程專業），現在大同煤礦集團公司燕子山礦企劃部工作，助理工程師。

2010-09-07

2010-09-28