工矿企业井下人员定位管理系统.docx

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工矿企业井下人员定位管理系统

晟阳GISMAN工矿企业井下人员定位管理系统

前言

　　　随着国家对工矿企业安全生产的日益重视和监管力度的不断加强，我国大中型煤矿及广大乡镇小煤矿已大量装备了井下定位系统，这些装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况。

但目前煤矿井下还普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低，效果不理想。

我们认为，建立以灾害预防、事故救助、电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。

　　晟阳科技利用其RFID领域的技术优势，在远距离射频识别技术系统产品的基础上开发成功的高新技术产品，开发新型矿井人员井下定位管理系统，就可对煤矿入井人员进行实时监测，随时查看井下人数量。

如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员情况、在软件中可显示被困人员数量，为事故抢险提供科学依据。

同时，也可利用系统的日常井下定位管理功能，对矿井人员进行井下定位管理。

一、产品介绍

1、产品概述

煤矿井下人员跟踪定位管理系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，该产品是通过对坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人车物在不同状态（移动静止）下的自动识别从而实现目标的自动化管理。

该产品集成了技术含量很高的射频识别技术，并采用跳频点或者固定频点频率实现可靠的半双工通信，分站设备和无源本质安全型信号感应器采用全新的嵌入式微处理器和嵌入式软件进行设计，具有隔爆兼本质安全型设计系统作用距离远、可任意调整系统的识别范围、识别无“盲区”、信号穿透力强、安全保密性能高、对人体无电磁污染、环境适应性强可、同时识别众多目标、便于网络连接等性能优点，目前这种崭新的信息采集、存贮、传递和处理技术，已迅速得到国内外同行的广泛关注，它将为煤矿井下人员定位跟踪管理起非常重要的作用。

2、产品组成及其功能

该产品由软件系统和硬件系统组成，其中软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分组成，用于完成信息采集、识别、加工及其传输，由这两部分软件共同支撑着整个系统的运行。

硬件系统由井下分站设备，无线数据采集器和信号感应器组成，用于完成信息采集和识别，从而实现预设的系统功能和信息化管理目标。

其中硬件系统包括：

井下分站设备：

由无线信号采集器、数据传输接口、隔爆兼本安电源、备用电池、嵌入式软件组成。

其主要功能是完成对人员信号感应器输出信号的采集、处理、与地面计算机的双向通讯及供电等。

信号感应器：

由处理器、存储器、卡内天线、调制解调电路组成。

它是一种有源射频信号感应器，其工作在2.45G频点。

该仪器最大特点是：

多个标签可在较大的范围内同时被识别。

并具有无线微功率、稳定可靠等优点。

数据传输接口：

主要由本安电源、单片机、信号转换及信号放大组成，完成通讯信号的转换和本安与非本安运行环境的隔离。

人员定位管理软件：

用户管理、基本设定、资料管理、考勤管理、安检管理、设备点检、数据读取工具、数据查询、日志查询、地图编辑、数据备份（自动备份）、使用帮助等。

实现对井下人员的跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能。

3、系统构成简图

4、系统工作原理

首先在井下的各个坑道和所有人员可能经过的通道中安放若干个无线信号采集器，具体数量和位置根据现场实际工况和要实现的功能要求而定，并且将它们通过网络布线和地面控制中心的计算机联网。

同时在每个下井人员佩带的矿灯上安置一个信号感应器，当下井人员进入井下以后，只要通过或接近放置在坑道内的任何一个无线信号采集器，无线信号采集器即会马上感应到信号同时立即上传到控制中心的计算机上，计算机马上就可判断出具体信息（如：

是谁，在哪个位置，具体时间），同时把它显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上并做好备份，管理者也可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图点击井下某一位置，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。

同时控制中心的计算机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表（如：

出勤率、总出勤时间、迟到/早退记录、未出勤时间等）。

另外一旦井下发生事故，可根据电脑中的人员定位分布信息马上查出事故地点的人员情况，然后可再用特殊的探测器在事故处进一步确定人员定位位置，以便帮助营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。

矿车和其他设备的管理原理大致相同。

5、主要技术指标

●分站电源：

DC12V

●?

功耗：

<0.5mW

●工作频率：

2.45GHz

●数据传输接口：

工业现场总线全双工CAN-BUS信号，传输距离不小于10千米。

●工作温度：

-20℃～+55℃

●识别区域：

≮5m（1m-10m可调）

●隔爆兼本质安全型

6、主要性能指标

●识别距离不小于5米，识别距离10米可调。

●能可靠识别快速移动目标。

●可同时识别多张不同号码的信号。

●无对人体伤害电磁污染。

●识别区域无方向性、无盲区。

●信号穿透力和绕射力强。

●信息的安全性和保密性能高。

●集成度高、兼容性好、通信简单快捷。

●?

性价比高，便于安装和维护。

7、与其它产品相比较的优点

●拥有自主知识产权和自有技术标准体系。

●远距离识别，无需将信号感应器靠近读卡设备读卡。

●信号感应器携带方便。

●系统的正常工作不受环境变化的影响，保证在恶劣环境下24小时能够连续正常运转。

●系统运行安全稳定可靠误码率几乎为0。

●具有信息防冲撞功能，可同时识别多个信号感应器。

●信号穿透力和绕射力强，系统识别信号感应器可做到无方向性。

●识别距离不小于5米，最大可到30米，且识别距离1~20米可以调整。

●无对人体伤害的微波电磁污染，信息的安全性和保密性能高。

●可靠识别快速移动目标。

●信号感应器的寿命周期可超过10年。

●系统安装维护方便。

二、矿井人员定位跟踪管理系统技术方案

1、系统设计原则

●实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字矿山的目标。

●为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，一旦发生安全事故通过该系统立刻可以知道该作业面工作人员及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

●系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。

2、系统设计依据

1）GB3836.1/GB3836.2/GB3836.4

2）MT209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》

3）Q/SY1000.2-2007《晟阳科技有限公司企业标准》

3、系统设计特点

1）高度自动化。

系统能自动检测井下坑道人员经过该监测点的时间、地点信息，并自动实现对人员的考勤作业、统计及监测管理。

2）先进的通信系统。

安装在煤矿井下各通道的无线信息采集设备，实时将

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采集到的信息传送到井下专用处理传输分站，并通过井下现场总线（RS485或光纤）实时向地面的网络服务器传送相关人员通过的数据，整个过程无需人为干预。

3）完备的数据统计与信息查询软件。

系统软件具备专用数据库管理系统包括工人通过坑道的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

4）系统的安全、稳定、可靠性设计。

系统产品采用坑道壁挂式设计，保证系统在恶劣的环境下能连续正常运转，并提供断电后2小时以上供电电源。

5）完善的异常情况（包括无卡非法进入、无效卡、失效卡、黑名单卡进入）报警呼叫系统配置。

4、系统设计方案

本系统遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许上岗人员和班组实行“一人一卡”制，该信号感应器可视为“上岗证”或“坑道准入证”具体方案：

1）煤矿生产单位在井下坑道、作业面的交叉道口安装井下分站设备。

2）煤矿生产单位向下井工作人员颁发信息化头盔（信号感应器与安全帽结合一体）。

3）系统数据库记录该信号感应器所对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、过敏史、有效期等基本信息。

4）生产单位对该信号感应器进行授权后即生效。

授权范围包括：

该员工可以准入的坑道或作业面。

为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该卡准入坑道或作业面的时效管理模块及卡的失效、报失等。

5）进入坑道的工作人员必须随身带好信息化头盔，当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别，系统将读取该卡号信息，通过系统传输网络，将持卡人通过的地点、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理；如果采集的卡号无效、或进入限制通道，系统将自动报警，监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。

6）坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。

7）系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。

5、系统的基本构成及组件的功能

井下分站设备：

井下分站设备由无线信号采集器、CAN-BUS通讯转换器、隔爆电源备用电池、嵌入式软件，以及矿用阻燃电源电缆、矿用阻燃双绞线通信电缆、接线盒等组成。

其中隔爆电源接入DC12V，为分站工作提供电源；无线信号采集器是完成对人员通行信息的采集、处理；CAN-BUS通讯转换器是采集到的数据实时发送给上位机所采集到的人员编码信息；不间断电源是停电后提供2小时以上的供电电源（设计的蓄电池为3安时）；矿用阻燃电源电缆主要是为分站的隔爆腔提供井下电源；矿用阻燃双绞线通信电缆主要是完成井下网络的连接，为工业现场CAN-BUS或光纤方式。

地面设备：

地面人员监测管理部分由数据传输接口、HUB、监控主机（含监控管理软件）、UPS电源、打印机、网络终端、防雷设备等组成。

其中数据传输接口是将井下的CAN-BUS信号（或光纤信号）转换为监控计算机RS232串口信号；监控计算机（含人员监测管理软件）及数据库，实现对信息的自动化管理目标，在计算机屏幕上直观动态显示井下人员的分布情况，使管理层一目了然；UPS电源主要为了在交流电源停电后继续维持系统设备正常运行；打印机主要用来打印机人员监测管理报表；网络终端主要是人员监测信息的网上共享。

6、系统技术参数

地面监控软件：

系统容量：

不小于32台分站

通讯方式：

CAN-BUS工业现场总线（或光纤）

传输波特率：

1200bps

通讯距离：

不小于10Km

巡检周期：

小于100ms

处理内容：

煤矿井下人员定位跟踪管理

网络平台：

以太网

操作系统：

WIN2000/XP

数据库：

SQLSERVER2000

数据传输接口：

电源电压：

220VAC/50Hz

通讯方式：

CAN-BUS工业现场总线

传输波特率：

1200bps

通讯距离：

10Km

与计算机通讯：

RS232

隔离电压:

≥1500V

防爆型式：

矿用本质安全型

井下分站：

输入电压：

DC12V

工作频率：

2.45GHz

工作温度：

-20℃～+55℃

识别区域：

≮10m（1m-20m可调）

1秒同时识别井下人员通过数量：

50个

通讯方式：

工业现场总线（或光纤）

传输波特率：

1200bps

通讯距离：

不小于10Km

备用电源：

断电后可连续工作2小时以上

防爆型式：

隔爆兼本安型

三、系统特点

1.?

体积小，安装方便，并采用了主动式RFID电子标签。

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?

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本系统完全按照“煤安”标准设计制造，结构设计合理，并对天线部分进行适应化改进，采用电子标签设计安装于井下人员头盔，此信息化头盔使人员监测系统更加方便和灵活。

2.完备的数据统计与信息查询软件：

系统软件具备专用数据库管理系统，包括工人通过坑道的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

3.高度自动化：

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?

?

本系统采用RFID（射频识别）技术研发而成，它不仅能实现对人员的安全控制、考勤的监测，同时也可以实现对物体的运动轨迹的监测、区域的进入许可，特别是对危险及重要场所的监控，人员的运行轨迹、危险场所的禁入、警告等。

4.采用了可选择的两种通讯方式：

本系统考虑到不同使用单位的要求有差异，在读写器内部的微处理单元增加了存贮功能。

在PC机与读写器的通讯上可以有两种可选择模式：

一种是光纤传输模式，读写器接收到目标信号，经处理后直接传输到PC机；另一种是CAN-BUS工业现场总线全双工通讯模式，无线信号采集器收到目标信号后，经CAN-BUS信号转发器实时传输给PC机。

组网方式灵活，可以适用于多种环境。

5.完善的异常情况（包括无卡非法进入、无效卡、失效卡、黑名单卡进入）报警呼叫系统配置。

四、系统功能

1.?

显示、查询井下情况：

任一时间井下或某个地点人数，及每个人的身份；

查询一个或多个人现在的实际位置及某个人在任一时间的活动轨迹；

查询有关人员在任一地点的到达、离开时间和总工作时间等等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员（如：

瓦斯监测人员、安全监测人员及管理人员等）是否按照规定的时间、地点的进行各项检查工作，减少事故发生因素；

对某些危险及重要场所的禁入、警告；

可实现网络共享,对多个用户通过权限设置,可查看权限内信息；

具备考勤功能,可查询一个或多个人每天入井次数,在井下工作时间等；

2.?

随时查看井下人员在坑道内的实时动态分布，根据井下的实际情况制作相应的动态图，使井下人员分布情况一目了然；

3.?

遇突发事故,可随时查询事故区域的人员分布及人员身份,能及时调动相关人员处理事故及撤离,可为抢险救灾提供准确资料。

4.?

抢险时更准确快速识别遇险人员具体地点和位置，提高抢险效率和救护效果。

通过基于GIS技术的地理信息实时显示、查询井下情况：

五、系统设备清单

名称

型号

备注

工作站

SY-RF1001

含防爆外壳，电源、备用电源、专用射频读写器、备用电源充电器

数据传输器

SY-CANBUS

工业现场总线，全双工传输距离≥10KM

电子标签

SY-RF04

主动式电子标签

PC机

自选

UPS

自选

软件

井下人员管理系统

有针对性开发