煤礦井下人員定位系統的技術探討

摘要：

隨著國家對煤礦安全的重視與監管力度不斷加強，如何準確、實時、快速履行煤礦安全監測職能，保證搶險救災、安全救護的高效運作，同時如何改變目前煤礦企業對井下人員落后的管理模式，實現管理的現代化與信息化已成為所有煤礦企業關心的課題。

關鍵詞：井下人員定位、雙機熱備、傳輸平臺、人員標識卡

中圖分類號： TD745 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2011)03(c)-0000-00

1前言

近年來，為進一步整頓煤礦安全生產，國家不斷加大安全監管力度，要求各級安全監管部門要不間斷監測各礦井的安全狀況，消除安全隱患，避免煤礦安全事故的發生。為此，煤礦企業積極響應國家的相關政策，采取各種措施，不斷提高安全管理水平和技術手段，紛紛建設相關的配套項目。其中，井下人員定位系統，由于能夠提供井下準確的人員數量和精確位置，已逐步在煤炭行業中得到了越來越多的應用，為安全管理、災害預防以及事故救助等提供了可靠的保障基礎。

2系統概述

煤礦井下地質條件復雜，作業人員流動性大，一旦發生事故，就無法確切知道他們所處的位置，給救災工作帶來極大的困難。井下人員定位系統功能就在于：讓我們能借助它實時了解井下人員及機車的流動情況、了解當前井下人員的準確數量及分布情況，查詢任一指定下井人員當前或指定時刻所處的區域，查詢任一指定人員本日或指定日期的活動蹤跡。另外，作為下井人員考勤系統，統計與考核下井人員的出勤情況，可以對任一日期或指定日期段、任一指定月份，對下井人員進行下井次數、下井時間、下井班次等進行分類統計，產生人員考勤的日報表、月報表，便于考核，并能打印相關報表。可用來規范人員的活動，防止缺崗、串崗、遲到和早退，提高礦井生產效率，有效防止只考勤不下井或下井不考勤的情況，確保考勤統計數量與井下作業人員的數量完全一致。當事故發生時，救援人員也可根據井下人員定位系統所提供的數據，迅速了解有關人員的位置情況，及時采取相應的救援措施，提高應急救援工作的效率。

井下人員定位系統是以井下移動人員和移動設備為監測對象，主要由地面調度中心、數據傳輸通道、無線數據監測分站、無線編碼發射器、報警裝置和電源等設備組成。其中，無線編碼發射器代表目標特定身份的編碼信號，由數據監測分站接收、處理后，通過傳輸通道傳至地面調度中心。地面調度中心對接收到的包括時間信息、位置信息和目標特征碼的數據進行處理，形成可供用戶隨時查詢的多種應用文件或圖表，實現了對井下人員和運輸車輛位置進行監測等功能，具備了多種報警方式，并利用網絡技術手段將國家監管機構、集團、礦區三級網絡進行互聯，實現了信息共享。

3系統組成與結構：

1、地面調度中心：

地面調度中心是對監測分站的信息和數據進行處理，并通過文字、圖形、圖像等形式，真實表現井下作業人員的當前狀態和告警信息，并且根據要求，保存歷史資料和進行統計分析。

一個完善的地面調度中心主要是由數據應用服務器、數據庫服務器、WEB應用服務器、短信服務器、實時操作終端、打印機以及聲光告警模塊等組成。

當地面調度中心得到監控信息和數據時，將向數據應用服務器發出請求，數據應用服務器根據不同事務按照編制的軟件進行處理，當應用服務器需要某些數據或要進行數據庫操作時，就會向數據庫服務器發出請求，這時數據庫服務器響應，提供所需數據或完成請求操作，應用服務器得到響應完成處理向請求方發出響應，完成整個過程的處理。在這些處理過程中，數據應用服務器可以將被監控對象信息、狀態實時展示在顯示終端上，根據告警級別進行聲光告警，并且還可以根據不同事務向短信服務器發出請求，通過手機短信向相關負責人發出有關信息，即使人在外地也可以通過互聯網訪問WEB服務器，在權限范圍內查詢被監控對象的實時狀態和信息，另外，地面調度中心可進行豐富的業務管理，分析和統計各項數據，為高層管理人員提供決策依據，對不同管理員可設置不同的操作權限并在其使用過程中進行實時監控，

2、井下部分：

以人員定位分站、動態目標識別器、人員標識卡、礦用電源箱、礦用數據傳輸光端機等作為井下人員信息無線檢測處理的基本單元。在井下主巷道、分支巷道和監測點等區域采用人員定位分站+礦用本安電源+動態目標識別器+礦用數據傳輸光端機的連接方式，與礦井工業以太網的交換機相連接，組網靈活、方便，同時可與礦井綜合自動化系統并網運行。

3、傳輸平臺：

煤礦井下人員定位系統是以工業以太環網（GEPON網）作為信息傳輸平臺。各監測分站采用標準485通信方式，在井下建成環網以后，可直接通過GEPON環網傳輸數據與信息。

GEPON（Gigabit Ethernet Passive Optical Network）是千兆無源光纖網絡，采用點到多點網絡結構、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網平臺和 TDM時分 MAC媒體訪問控制方式，并能提供多種綜合業務的寬帶接入技術。其主要特點是成本低，帶寬可動態分配，系統穩定，易于安裝維護，故障率低，組網靈活，易于擴展， 適合于綜合傳輸視頻、數據、語音等信息。

主要技術參數

主干網絡通信速率：1000Mbps；

主干網絡傳輸距離：15km；

網絡節點數：單臺OLT支持4個環網，40個節點；

網絡節點通信速率：10-100Mbps可調；

線路冗余切換時間：小于100mS。

4、數據庫備份：

對于井下人員定位系統的軟件部分來說數據庫是十分重要的，一旦數據庫出現問題造成數據丟失，將使整個系統癱瘓，無法運行。目前，在數據庫服務器中安裝的數據庫，一般采用Sql Server 或Oracle等大型關系數據庫管理系統。完備的數據庫備份策略，對于發生自然災害（如：火災、水災等）、病毒攻擊、人為操作失誤等造成的系統癱瘓，可以通過備份的數據迅速還原數據庫，使系統在很短的時間內恢復正常運行。

數據庫備份一般采取本機備份和異地備份，即在數據庫服務器本機上進行數據自動備份，然后再將備份好的文件定期自動拷貝到其它地方的某一臺計算機上，這樣，系統數據庫的備份策略將是十分完善和可靠的。

4井下人員定位系統遵循的基本設計原則：

4.1先進性、成熟性

使用先進、成熟、實用和具有良好發展前景的技術，使得整個系統既能滿足當前的需求，又能適應未來的發展。

4.2可靠性、安全性

實時監控的不間斷性，決定了在設計中必須考慮提高系統運行的可靠性，因此，系統在硬件選型、線路、支撐環境及結構上都選用了高質量的材料，并采用了先進的防火墻技術，以確保安裝的監控主機、分站、接收器、發射器與布線系統，能適應煤礦井下高溫、高濕、瓦斯等嚴格的工作環境，實現了系統穩定。

4.3易操作性

以易于使用的圖形人機界面功能，為信息共享與交流、信息資源查詢與檢索等提供了有效的工具。

4.4實時性

分站接收的信息和監控主機顯示都能快速反映，充分滿足實時性的需求。

4.5完整性

提供與各種外界系統通信的功能，確保信息的完整性并充分利用在整體系統的運作上。

4.6互聯性和擴展性

充分考慮將來需求的空間，所提供的系統平臺與技術充分配合，滿足未來功能及擴充項目的需求，以避免將來重復的投資。標準化、結構化、模塊化的設計思想貫徹始終，奠定了系統開放性、可擴展性、可維護性、可靠性和經濟性的基礎。

5煤礦井下人員定位系統應具備的主要功能

5.1 報警功能：

對于指定的禁區，如果有人員進入，實時報警，并將報警信息以語音提示、彈出窗口等方式顯示，并顯示進入禁區的人員信息，對于井下礦工的求救報警，除了以上提示外，在采掘平面圖或巷道布置平面圖上能切換到求救人員的位置，并且閃爍；通過設定相應工種的下井時間，對超過時間的人員發出報警，并調出相關人員的信息。

5.2 人員軌跡和信息查詢功能：

可查詢當前井下人員的數量及分布情況。查找任一指定井下人員在某個時間段內的活動軌跡，并在圖中畫出實際的行走軌跡；選定某一區域，可獲得當前該區域的人員信息，選定某一無線讀卡器，可獲得經過無線讀卡器的人員信息和時間，以及所在區隊班組、主要工作地點、每月下井次數、下井時間、每天下井情況等信息。

5.3 豐富的地圖功能：

具有放大、縮小、移動、標尺測距、視野控制、中心移動、圖層控制、地圖打印等功能。具有矢量圖管理功能，能夠對工程圖進行矢量化和矢量圖屬性編輯功能，具有放大、縮小和移動功能，并能在矢量圖上定位并顯示人員的準確位置和基本信息(姓名、性別、年齡、單位、職務、通訊電話…)。能對入井人員信息按照工作單位、職務、工種等情況進行分類檢索和報表打印輸出。

5.4 緊急求救功能：

發生緊急事件時，通過礦工配帶的無線編碼器可主動發出求救信號，及時、準確地發現緊急情況，同時系統提供最佳逃生路線，最大程度上保證救援工作的及時性。

5.5 人員搜救功能：

遇到災變等嚴重情況時，首先利用監測中心站最新的位置信息發現遇險人員的大致地點，然后利用手持的無線搜救儀去尋找定位卡，精確的尋找遇險人員位置。這樣極大的方便了人員搜救，使遇險人員能夠得到及時救助。

5.6 完善的考勤功能：

可與地面考勤系統互聯，用來規范人員的活動，防止缺崗、串崗、遲到和早退，在實際運用中，提高了礦井生產效率，有效防止了只考勤不下井的情況，能分類統計，產生考勤日報表、月報表，便于考核，并能導出多種格式的報表數據，方便存儲歸檔，確保了井下作業人員的出勤率。

6煤礦井下人員定位系統的技術特點

1、設備適應性強、無阻礙通過：

能對煤礦巷道遠距離移動目標進行非接觸式信息采集，識別無盲區、信號穿透力強、安全保密性能高、對人體無電磁污染、環境適應性強、可同時識別多人，通行方式無限制，允許多人“成群接隊\"、“成組成群”通過，通過時不用作任何操作，無阻礙通過，不影響井下人員的正常通行和正常作業；

2、結構簡單、可擴展性強、維護方便：

系統采用四級模式，專用動態目標識別器可根據用戶需求靈活配置，并可隨開拓進度隨時擴容，配置分站及動態目標識別器越多定位區域越多，人員定位的位置越準確；設備采用模塊化設計管理、維護方便；

3、設備可復用，減少投資：

人員定位系統網絡可以和原有的安全監測系統共網復用，減少用戶投資；也可以在人員定位系統網絡中加各種類型的傳感器，構成多功能的綜合監測系統。

7結束語

近幾年，通過對井下人員定位系統在煤炭行業的不斷推廣與應用，使我們充分認識到人員定位系統在煤礦應用中的重要性，該系統通過多硬件集成，特定軟件輔助，組成了一個功能強大又結合生產實際需求的管理平臺，提高了礦井安全管理水平和工作效率，實現了資源共享，保證了數據的準確性與完整性，為礦井的搶險救災與安全救護，提供了可靠的數據信息。事實證明，煤礦井下人員定位系統是當今煤炭行業安全生產的充要條件，屬于安全生產管理重要的組成部分。

參考文獻：

煤炭科學研究總院常州自動化研究院 《工礦自動化 》2010年第4期 祁南煤礦人員安全監測系統的改造 汪彥峰