基于精準定位系統的煤礦井下設備管理系統設計

摘" 要：設備管理通常需要人工通過設備管理信息系統進行管理，存在設備實際安裝位置與系統數據不準確，以及還因礦井設備多，人工管理難度高的問題。如何綜合應用井下現有的各類系統，實現不同系統數據融合，實現設備管理精準、精細化管理的目標，成為該設計的研究內容。作者結合煤礦的幾大系統，分析出精準定位系統更加適合與設備管理系統打通，實現設備位置、歷史軌跡的精準跟蹤及設備電子圍欄管理等功能，有效促進設備管理的準確性、安全性、實時性。

關鍵詞：精準定位；煤礦；井下設備；管理設備；圍欄

中圖分類號：TD76" " " 文獻標志碼：A" " " " " "文章編號：2095-2945（2024）35-0134-04

Abstract： Equipment management usually requires manual management through equipment management information systems， which may result in inaccurate installation locations and system data. Additionally， due to the large number of mine equipment， manual management is difficult. The research focus of this design is to comprehensively apply various existing systems underground， achieve data fusion between different systems， and achieve the goal of precise and refined equipment management. The author combines several major systems in coal mines to analyze that precision positioning systems are more suitable for integration with equipment management systems， achieving accurate tracking of equipment location and historical trajectory， electronic fence management， and other functions， effectively promoting the accuracy， safety， and real-time management of equipment.

Keywords： precise positioning; coal mine; underground equipment; management equipment; fence

國內煤礦井下使用的設備種類數量非常多，尤其是筆者所在的煤炭集團，是一個大型的礦井集群。煤礦設備多，礦井互相調配使用，煤礦井田大、布置復雜，設備多，設備管理難度較高，但是在設備管理上存在一個問題，即設備使用歷史、設備具體使用位置、設備組合情況不夠準確，需要依靠人工維護設備位置、調配信息，設備的管理難度較高。結合井下現有的系統情況，結合精準人員定位系統，增加設備定位功能模塊，有助于推動設備管理更加科學和精準，提高設備的管理智能化。

結合筆者多年的煤礦經驗，好多煤礦都在使用信息化系統對井下設備全生命周期進行管理，受設備的移動變化和設備檢修更換等影響，人工管理的成本極高，導致通過平臺管理的積極性大大降低，不利于設備管理的持續和廣泛的應用。設備在井下安裝位置不透明，無法直觀分析到設備安裝量，經常需要人工統計，不利于設備跟蹤。設備維護與巡檢管理難。井下環境復雜、設備分布雜散，管理人員很難直觀分析設備是否按時檢修與保養。

早期的人員定位系統主要是為實現井下的應急救援，當發生事故時能較好地搜索井下人員，便于監控跟蹤井下人員信息。隨著現代煤礦智能化建設、定位精度的提高，人員定位系統不僅是定位與監控的工具，還具備了數據分析、決策支持、異常預警和風險控制等各類功能，這些成為了礦工安全的重要保障技術。

王頊提出通過精準的定位與圍欄實現人員、車輛的闖入識別，以此來預防事故發生和保障作業人員的安全。韓小俊研究了基于精準定位的電子圍欄應用，主要基于井下現有的UWB精確人員定位系統和已經相對成熟的AI視頻技術，實現對重點區域的全程可視化監控、預警，對井下作業人員的精準位置信息進行實時監測，同時關聯控制采掘機械，有效預防安全事故的發生。

由此可見，精準定位系統已隨著煤礦智能化建設水平的提高，越來越多地應用在了環境、設備安全、人員接近和車輛管理領域，本文重點從人員定位系統+設備管理系統的建設方面進行了設計，基于人員定位+設備的思路，筆者認為在井下可以對車輛、機電設備、采煤機、支架、掘錨機和梭車等設備通過安裝定位卡，擴展精準定位應用空間，拓寬設備管理的路徑，提升井下設備管理質量、效率，實現對設備的全生命周期管理，從而提升煤礦安全管理水平。

1" 主要實現設備管理目標

煤礦設備是礦井的重要安全生產要素，也是企業生存和發展的基礎保障，是企業的核心資產，因管理不到位極易造成設備損壞、人員傷害和威脅煤礦安全生產，因此參考國家、行業、企業對于設備管理的要求與規范，本系統設計重要實現以下目標：①在設備搬家后能夠自動、實時更新設備位置信息和區隊信息。②在檢查時可以通過檢查人位置自動識別附近的設備信息便于查詢歷史隱患信息。③為了滿足管理人員對設備安裝情況的直觀了解，系統提供了GIS一張地圖的功能。實時查看設備的分布、安裝狀態及相關信息。這不僅提高了決策的效率和準確性，還為設施的整體規劃和優化提供了有力支持。④對于井下的管理人員，可以通過手機APP快速查看設備故障數據、設備圖紙、檢修記錄和故障記錄等關鍵信息。只需在設備附近區域，即可獲取附近設備所有數據，為現場決策提供了有力支持。同時，現場還可以實現隱患整改情況的核實，確保隱患得到及時、有效的處理。⑤通過基于定位系統實現設備定位，自動地圖提示，節省巡檢投入，規范巡檢流程，實現井下設備巡檢與人員軌跡相結合，防止巡檢數據造假和檢修記錄造假，與實際不符，有效提升設備管理質量。

2" 系統架構

基于SOA的面向服務框架設計，系統應在易用性、可靠性、安全性方面進行設計。業務功能涵蓋了資產臺賬管理、點檢與維護管理、故障與維修管理、物資備件管理、運行與能源管理、分析報表和數據采集等。

軟件展示與使用終端包含APP、PC、GIS大屏。系統使用B/S架構，提高易用性，系統可在移動APP實現現場查詢與錄入操作，后臺實現相關數據管理與計算。采用時序數據庫存儲設備軌跡數據，關系數據庫存儲業務數據。

系統應采用統一身份認證平臺，使用煤礦統一的管控平臺進行集成，做好與ERP、人員主數據等平臺的集成，做到系統數據融合與共享，降低系統運維成本。

系統需要實時對接人員定位系統接口數據，將定位數據實時緩存到內存數據庫中，便于實時計算臨時存儲動態變化數據，減少對人員定位系統的訪問頻率，降低系統負荷。系統的整體架構如圖1所示。

3" 系統核心功能

3.1" 設備運行管理

設備管理時需要匹配或維護設備技術參數、設備安裝位置、設備采購記錄、設備調配、設備檢修、設備潤滑、設備隱患管理、設備巡檢和設備報廢等信息。

設備在入井時必須綁定設備定位識別卡，并關聯設備的基本信息。標識卡作為識別“上崗證”，只有持有標識卡的設備才允許入井，否則無法實現定位與跟蹤。

3.2 設備資產管理

設備管理系統軟件建設了統一的設備信息庫，對設備的種類、品牌、規格、型號、技術參數、用途、功能、編號、生產廠家、生產時間和設備價格等信息進行統計管理。對于大型煤礦企業應全公司統一建立編碼管理，各礦井互相調劑設備時唯一跟蹤碼始終不變更，便于全生命周期追蹤設備。通過平臺實現設備和生命周期狀態管理，準確統計選型、采購、安裝、調配、檢修、回收和報廢的全過程，保證現場生產可靠運行。

3.3" 設備自動注冊

設備自動注冊，按照設備定位區域所在的工作面、巷道信息自動注冊到設備管理平臺中，減少人工注冊管理的成本。

按照定位位置自動匹配設備的具體位置，同一區域的設備按照定位數據自動化分為同一區域。設備管理不再像傳統管理一樣手動在系統中登記設備的安裝位置，位置變動時不能實時更新信息，影響設備管理的準確性。

系統與人員定位系統實現無縫對接，共享位置數據。設備的位置不僅可以根據其物理位置自動確定，還可以與在該區域工作的人員信息相關聯，為設備管理和人員調度提供更加全面的視角。這種集成化的管理方式不僅提高了設備管理的智能化水平，還有助于優化資源配置，提升整體運營效率。

3.4" 檢修管理

設備檢修時，檢修作業人員定位系統自動關聯周邊設備，檢修作業人員可直接在系統中選擇離自己最近的設備進行檢修登記，檢修時可拍照或錄像。

不同的設置可以設置不同的檢修保養周期，通過平臺進行配置，如設備巡檢周期、設備潤滑周期等標準和要求進行初始配置，系統根據歷史的巡檢記錄、潤滑記錄、檢修記錄進行自動匹配；通過GIS大屏畫面展示設備的檢修狀態；通過大屏實現檢修異常的告警提醒，及時發現問題，提醒作業人員及時處置。

針對不同設備類型，配置相關的檢修標準，如潤滑管理時可配置設備潤滑量、潤滑油標準、潤滑周期。系統分析潤滑記錄，自動計算潤滑時間。當潤滑時間到達時，系統會通過消息通知提醒運維人員，降低因潤滑不到位造成的設備故障與損壞。

3.5" 設備隱患管理

人員定位、設備定位均可能通過精準定位系統實時取得數據，相關人員在隱患查處、整改時均可通過定位系統與現場實現相匹配。本平臺可實現隱患的記錄、整改、驗收均與定位數據匹配。

隱患記錄。管理人員可通過手機APP查詢周邊的設備隱患情況，也可以通過手機錄入設備隱患信息，自動關聯設備的位置信息。

隱患整改。檢修人員在收到隱患整改通知后，必須到達現場，處置完成時實時錄入處置情況，并通過移動終端拍照記錄反饋整改情況。系統自動記錄人員位置、后臺匹配人員位置與隱患設備的位置，防止假整改，假處置情況的發生，提升隱患整改質量。

隱患整改情況的驗收。管理人員通過APP自動彈出設備的故障記錄和整改記錄，并與現場設備的情況進行匹配，實現對設備故障的閉環管理，大大降低整改不徹底的風險，全面提升設備隱患的記錄—整改—驗收全過程的信息化管控。

3.6" 設備電子圍欄

電子圍欄是基于井下人員定位系統地圖及系統定位數據為基礎，通過在地圖區域的任意位置畫出不規則多邊形作為電子圍欄區域，當設備定位坐標出現在圍欄內部或遠離時可實時識別。維護界面如圖2所示。

電子圍欄程序開發時，計算不規則多邊形判斷某坐標點在區域內還是外時可通過射線法（也稱奇偶規則或交叉數算法）。射線法要求多邊形的邊不相交。從待判斷的點出發，沿任意方向引一條射線，然后計算這條射線與多邊形各邊的交點個數。如果交點個數為奇數，則點在多邊形內部；如果交點個數為偶數，則點在多邊形外部；如果射線恰好經過多邊形的頂點，則需要根據具體情況進行特殊處理。

設備電子圍欄主要實現以下功能。

禁止安裝區域告警。可設置指定電子圍欄區域禁止某個設備或者全部設備安裝。通過在GIS平臺上繪畫出電子圍欄，實現禁止設備進入該區域，有效監管煤礦井下特定巷道禁止安裝某些設備的要求，當有移動設備或禁止某些設備出現在某些區域時，使用電子圍欄識別，并能自動告警。

安裝超過規定上限告警。即通過設置電子圍欄區域設備安裝上限，當超過規定設備數量時產生告警。

非法移除設備告警。當設置的某電子圍欄區域指定設備不得移出時，當檢測到設備不在指定的電子圍欄區域時，產生告警。

3.7" GIS融合大屏

在調度指揮中心GIS大屏中融合實時顯示設備運行狀態，當設備出現異常停機、隱患風險時大屏可視化告警展示，便于調度員研判后通過平臺通知運維人員處置風險。GIS對于設備圍欄監護、運行監控產生的異常均可實時處置，提升整體設備管理的及時性。大屏可分圖層進行配置，可根據業務需要配置是否顯示設備圖層。

4" 測試應用效果

設備管理應用精準定位系統后，可以有效地識別分布在井下各位置設備的情況，通過自動計算和規劃，結合設備管理系統數據，有助于提升井下設備的管理水平，更加精準地分析井下設備隱患、故障、檢修不到位的集中區域，有針對性地對設備進行管控。

通過設備的精準定位，可有效地識別設備所在的位置，做到設備實時位置的管理、設備出現或者離開指定的區域時告警提醒，尤其是涉及安全生產時能起到技術保安的作用。

測試人員定位系統提供的數據實時性極高，完全能滿足設備管理對定位準確性的要求，同時通過電子圍欄模擬測試，系統均能正常產生告警數據。相關告警數據如圖3所示。

通過對系統的應用有效提升了礦井設備管理的規范性，對隱患的排查更加便捷，對設備隱患的治理更加及時，有效提升了設備管理的精細化水平。

5" 結論

該系統充分利用精準定位系統，并融合應用于煤礦井下設備的管理，充分利用人員定位、設備實時聯網定位技術，有針對性地設計了系統架構，并設計了設備檢修、設備隱患、設備圍欄等核心功能模塊，驗證了設計的可行性，整體方案是基于現有的精準定位系統，不用重新建設定位系統，能充分利用現有軟硬件資源，減少系統建設的成本，有利于資源節約和數據共享?？傊?，通過融合定位系統能在一定程度上提升設備管理技術手段，也能為礦井設備實現精益化管理提供更多解決方案。

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