煤礦井下人員定位系統現狀與發展趨勢

王一紓

摘要：井下人員定位系統是煤礦井下安全避險“六大系統”之一。文章闡述了國內煤礦人員定位系統發展現狀;分析了RFID技術、Zigbee技術、CAN（ControllerAreaNetwork）總線、GIS技術、WiFi技術和RSSI方法在煤礦人員定位系統中常用技術的工作特性及應用情況本文介紹兩種：KJ90礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統和KJ260型煤礦人員定位系統。

關鍵詞：煤礦;人員定位系統;現狀;發展

近年來我國煤礦事故攀升趨勢嚴重，煤礦安全狀況令人擔憂。目前，煤礦安全普遍存在著以下隱患：井上管理人員不能及時與井下工作人員進行即時通信，不能實時掌握井下人員的分布及作業情況，難以進行人員的精確定位。因此，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，實現管理的現代化、信息化，如何解決煤礦井下人員精確、簡單、實用的定位系統已成為礦的救護亟待解決的課題之一。

1 煤礦人員定位主流技術

1.1RFID技術

射頻識別（RadioFrequencyIdentification，簡稱RFID）技術自20世紀80年代提出以來，得到了迅速的發展，是目前應用領域最為廣泛的技術之一，在身份識別、物流管理、生產統計、產品核心部件跟蹤等領域有著廣泛的應用。RFID技術是自動識別技術而且它的自動識別技術是不接觸性的，它的技術核心是計算機網絡、無線電和大規模集成電路。RFID技術組成的系統十分龐大，主要的組成部分有電子標簽、閱讀器、應用接口和通訊網絡。能量與數據之間的傳遞主要是通過空間的傳遞，而在空間傳遞中起主要作用的就是電子基于RFID的人員定位系統一共經歷了三個發展階段，分別為無源射頻近距離識別階段、有源微波遠距離識別階段、雙向識別通信階段。目前，在市場中占有一席之地的有30多種。雖然它們在設計上、性能中都存在某些不足，但在促進煤礦安全生產，保障井下作業人員生命安全等方面發揮的重要作用。

1.2ZigBee技術

Zigbee技術是一種傳輸速率低、功耗低、成本低、網絡容量大、時延短、安全、有效范圍小、工作頻段靈活的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控標簽與閱讀器之間建立的耦合通道。制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。完整的ZigBee體系結構基于ZigBee的人員定位系統，是一個無線的定位系統。組成這個系統的是大量的不可計算的ZigBee無線傳感器，ZigBee無線傳感器形成網狀拓撲結構最終來形成復雜的基于ZigBee的煤礦井下人員定位系統。基于ZigBee的無線定位模塊分為兩類：一類為ZigBee模塊，還有一類為移動定位模塊。它們兩者之間的區別就是：ZigBee模塊中的錨節點的位置是已知的，并且是不可變的;而移動定位模塊，是由一些器件組成，由井下人員佩戴在身上，是可移動的。

1.3CAN技術

CAN（ControllerAreaNetwork）總線，又稱控制器局域網。最初應用在80年代末的汽車工業里，后來是Boseh公司進行改進，推出在現代汽車技術中使用。它具有速率高、抗電磁干擾性強、可靠性高、設計靈活、價格低廉等特點，而且能夠檢測到產生的任何錯誤。現已廣泛應用于生產和生活的眾多領域。

1.4GIS技術

GIS（GeographicInformationSystem，即地理信息系統）是用于獲取、存儲、查詢、綜合、處理、分析和顯示與地球表面位置有關數據的計算機系統。在礦井的救護系統中將運用到GIS技術，能夠實時監控到井下人員的信息、及時定位井下人員，對礦井救護有著十分重要的現實意義。

1.5RSSI方法

因為RSSI的定位方法不需要額外的硬件設備，實現簡單，經濟適用，所有測距方法中，RSSI定位方法是最基本的測距方法。由于采煤工藝不同，在國外一些礦井應用較好，但是在國內應用并不好。

1.6WiFi技術

WiFi，全拼為WirelessFidelity。是無線局域網數據傳輸的一種。WiFi也是IEEE所定義的無線通信標準IEEE802.11。無線局域網抓住有線局域網的某些不足，進行改進。加一些無線通訊設備，無線局域網在有線局域網的基礎上使通信得以實現。

2應用較多的人員定位系統

人員定位系統主要有：KJ90、KJ133、KJ222、KJ260等。各個煤礦根據自身的經濟條件、煤礦地質條件進行選擇。

2.1KJ90礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統

系統是基于RFID技術、通訊技術和計算機軟件技術為一體的應用系統，并采用雙頻點長短波頻率來完成通信。該系統由軟件和硬件兩部分組成，硬件系統主要由地面監控主機、KFD-3型人員跟蹤定位分站及配套的發射天線和接收天線、人員標志卡、數據傳輸接口、礦用阻燃電纜及接線盒組成。軟件系統包括應用軟件和嵌入式軟件兩部分，這兩部分軟件共同完成和支撐著信息采集、識別、加工、顯示、存儲及傳輸的工作。KJ90礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統相對于其他系統而言，具有的特點為：作用距離遠、穿透信號能力高、保密性高、適應環境能力強、便于網絡連接等優點。但是該系統在井下無線傳輸距離短，僅能夠對人員是否出現在井下某一范圍內進行確認，而不能做到精確定位。在井下如果采用間隔一段距離就布置一個接收器，可以滿足全覆蓋的要求。但是工作量太大，維護的成本過高，一般不予以采用。

2.2KJ260型煤礦人員定位系統

系統主要由地面計算機、傳輸接口及防雷保安器、考勤管理分站、基站電源、信號中繼器、身份識別卡、傳輸電纜等組成。下井員工隨身攜帶身份識別卡，員工的數據是由考勤管理分站存入考勤管理分站數據庫。分站數據庫再將信息傳至地面計算機。地面計算機利用軟件對數據進行分析處理，得到實時數據，為生產提供有利保證。KJ260型煤礦人員定位系統具有智能跟蹤考勤、實時通話、報警提示、信息共享等優點。

3發展趨勢

因為煤礦企業開采的特殊性，有線無線通信技術受到了限制，相反RSSI技術等一批具有優勢性的無線通信技術在國外的煤礦行業得到了較為廣泛的應用，并且效果相當不錯。相對于國外煤礦條件，中國煤礦行業的地質條件復雜，井下空間狹小等一系列特點，導致信號衰減速度快，不能準確傳輸數據。

4結束語

隨著人們對煤礦井下安全生產重視程度的加深和國家相關政策規范的不斷完善，煤礦井下人員定位技術也在不斷地發展。越來越多的新型技術也在不斷地涌現并運用到實現井下人員的實時定位上來。隨著技術的不斷成熟穩定，人員定位安全系統的現狀必將會得到更大的改變和完善。

參考文獻：

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（作者單位：遼源礦業集團西安煤業公司）