人員定位及無線通訊二合一系統在礦井中的應用

摘要：人員定位及無線通訊二合一系統能夠對出入礦井的人員進行24小時跟蹤和定位，通過該系統地面管理人員能夠實時掌握每個井下人員的具體位置，并且具備語音通話功能。本文通過介紹該系統的系統結構，闡述系統的設計方案，研究分析系統的功能和運行效果，對于維護國家和人民的生命財產安全具有重要的意義。

關鍵詞：人員定位 無線通訊 以太環網 基站 定位卡

對于平煤股份三礦，井下巷道長、作業點分散、人員流動性比較大，并且人員活動軌跡難以確定，安全生產信息在礦井上下之間難以及時傳遞，在一定程度上給礦井安全生產埋下隱患。通過建立和完善人員管理系統，加快礦井現代化管理水平、提高產能，強化安全生產管理，維護國家和人民的生命財產安全具有重要意義。

1 系統結構

本系統由三部分構成：

第一部分：地面管理中心。主要設備包括：管理主機、管理軟件、機房配套設備。在地面通過設置管理主機，對系統進行實時監管，實現數據信息進行管理，語音監聽和錄音，強拆等。

第二部分：數據傳輸部分。該部分由以太環網、防爆電源、無線通信基站等構成。

第三部分：數據終端。主要設備包括本安手機等終端設備，其作用是實現無線信號的全覆蓋和通訊。

在系統中，數據通過無線通信基站進行傳輸，同時無線通信基站又作為無線信號覆蓋的終端設備，實現有線和無線相互轉換的重要設備。

2 系統方案設計

2.1 工業以太網平臺設計

2.1.1 井下交換機布置

地面監控中心布置一臺支持三層動態路由功能的核心交換機，用于連接井下工業以太環網平臺環網交換機。地面監控中心交換機選用PT-7828-F-HV型核心交換機。井下環網交換機選用三臺KJJ137防爆千兆交換機，布置于平煤股份三礦己組中央變電所、己組采區變電所和戊組采區變電所三個地點。設計8芯礦用阻燃光纜作為傳輸介質。

2.1.2 平臺性能

在傳輸速度、帶寬容量、傳輸距離、抗干擾方面該平臺獨具優勢。在帶寬方面，為傳輸數據、視頻、語音提供了足夠的帶寬；整個網管系統具備自動報警功能，能夠對全部綜合自動化的網絡設備進行實時監控。系統通過采用光纖冗余環網工作模式，整個系統不受接節故障的影響，故障自動恢復時間比較短（約為0.05S），通信更可靠，為以后擴容和升級奠定了基礎。

2.2 無線通信、人員定位二合一系統設計

系統中具備人員無線移動通訊功能及人員定位管理功能，無線通訊及人員定位共用一套傳輸線路，性價比比較高。以工業以太網為主干結合總線型的網絡結構方案搭建系統網絡結構，將工業以太網交換機作為星型的中心點，基站之間通過總線型方式進行連接。基站兼具語音通信和定位的雙重功能，定位終端包括兩種：即手機和專用定位卡。

2.2.1 基站在井下主要巷道覆蓋距離技術特征。無線信號通過直射、折射和反射的方式進行傳輸。無線信號在不同的環境中傳輸距離存在差異，在軌道巷、通風巷等主巷道中傳輸距離比較長，通常情況下能夠達到300～500m；在皮帶巷、工作面等小巷道中，無線信號被屏蔽和吸收，傳輸距離約200～400m。另外，無線信號還具有轉向的特性，當無線信號與覆蓋巷道成90度并且無遮擋的巷道中傳輸時可延伸20m，反之，小于90度可延伸10米，對于大于90度的情況，根據安裝基站位置的延伸距離從50m～200m不等。對于佩戴標識卡的人員，識別范圍在0-100米的可調區域內無線信號無方向性，不存在盲區，并且無線信號對人體沒有輻射傷害；識別佩戴標識卡人員能夠靜態或小于80km/h的快速移動。

2.2.2 井下無線基站布置。井下實際布置具備人員定位功能無線通訊基站共計51臺，基站備用電源51臺，信號覆蓋十號井副井井底區域、各主要大巷及采掘工作面。

2.2.3 地面無線基站布置。本次方案設計包含地面基站無線信號覆蓋設計，目前只在十號井上井口布置一臺基站，系統已預留接口，根據平煤股份三礦今后需要，可方便進行擴展。

2.2.4 讀卡器布置原則。每個出入井口各設置一臺讀卡器用于監測出入井人員情況，主要入井口增加一臺，并對主要人員入井口增加一臺顯示牌，用于直觀顯示人員編碼信息。讀卡器主要設置在采煤工作面進風巷道、回風巷道、掘進巷道、炸藥庫入口、重點危險巷道、各行人大巷巷口和巷尾以及各個主要人員必經的巷道口、車場，機頭機尾、變電所等人員集中區域各布置一臺讀卡器，保證人員下井數量和時間的準確。

3 系統功能特點

3.1 無線通訊部分

借助井下工業以太環網平臺無線通訊系統進行數據傳輸，具有運行穩定、高可靠性，通信線路無須獨立鋪設。在井下引入寬帶無線通信技術，在礦井內部實現了無線數據的通訊，傳輸速率最高可達54M；同傳統無線通信類設備頻帶和通信數量相比，該系統憑借寬帶的獨特優勢突破傳統通信的限制，使得大量用戶能夠同時在線進行通訊；通過采用本質安全供電和通訊設備本質安全的方式對系統進行處理，無線通信的覆蓋范圍能夠延伸到回風區域和工作面；通過采用靈活方便的星型結構結合樹型結構進行混合拓撲排序的方式設計系統通信線路；利用網關設備實現與調度系統的無縫連接。

3.2 人員定位部分

①系統具有強大實用的雙向井下人員應急救援功能。當井下人員遇險時，可觸發求救按鈕，地面將及時報警，并查詢顯示是誰、在什么時間、什么地點求救；在井下某區域有危險需要撤離人員時，在地面監控主機可向井下需撤離人員群發緊急撤離通知，井下人員即可通過聲音和指示燈及時得到撤離消息；在地面需要查詢某人，并通知其回電話時，可在地面對其發送呼叫，井下人員知道后即可電話回話。②實時跟蹤監測井下人員，并自動顯示具體位置。③借助該系統，能夠對某一時間段內的井下人員數量、活動軌跡進行查詢，可以再現當時井下人員的軌跡等，實現了對井下人員的動態監管。④對于與地面中心站失去聯系的井下人員，通過該系統仍能獨立工作，并且能夠自動存儲井下人員的監測數據，監控主機可提取通訊恢復后的數據，并自動完成數據的更新和修復。⑤系統進行采集數據的同時，同樣可以實現記錄、顯示、查詢、編輯等功能。⑥系統根據采集到的信息，自動生成人員信息數據庫，完成考勤任務的統計與管理，進而提高管理效益。⑦在礦井發生安全事故的第一時間，監控中心就可以掌握被困人員的基本情況，為事故救助工作提供基礎。⑧對于井下人員活動軌跡該系統還有再現的功能。

4 系統運行效果

人員定位及無線通訊二合一系統本著節約投資、系統可靠實用的原則，對井下人員進行定位管理，通過信號覆蓋對井下主要巷道、采掘工作面進行監管，從而實現井下人員區域的定位，完成人員考勤的記錄。系統設備通過直插式插件的方式進行連接，操作簡便快捷，使系統的安裝和更換快速而準確，靈活性比較大、控制功能可靠。以及井下無線通訊與調度有線電話聯網，簡單實用，易于掌握，人機界面友好。整個系統對出入礦井人員進行24小時的實時跟蹤監測和定位，為下井人員生命安全和國家財產安全提供了有利的保障。且運行可靠、故障率低、維護方便，基本做到免維護，滿足了平煤股份三礦現代化礦井的要求。

5 結語

此方案為平煤股份三礦設計了1000M工業以太網平臺做無線通訊系統的傳輸平臺，采用國際先進和性能可靠的工業自動化控制系統，其適用性和可擴展性強，該平臺除支持人員定位管理及井下無線通訊系統外，還可作為平煤股份三礦今后綜合自動化系統的傳輸平臺，安全監控系統、井下運輸集中控制系統、主排水自動控制系統、電力監控系統、視頻監控系統等多種子系統可就近接入環網交換機，通過統一的傳輸平臺完成礦井多個子系統的數據傳輸，能把各個子系統有機整合在一起，避免多個系統建設重復布線、減少了投資、減輕了維護人員的工作量。

參考文獻：

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作者簡介：汪東亞（1984-），女，河南平頂山人，助理工程師，本科，研究方向：煤礦機電技術管理工作。