礦井人員定位系統(tǒng)教學課件(51p)

1、煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)” 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局培訓中心煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”技術建設與完善管理培訓班主講 寧尚根全國煤礦生產(chǎn)能力高級核查員國家注冊安全工程師、安全評價師中國礦業(yè)大學特聘安全教育培訓客座教授國家煤炭工業(yè)協(xié)會培訓中心特聘高級培訓師國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局培訓中心特聘專家煤礦井下安全避險 “六大系統(tǒng)”之人員定位系統(tǒng)1，概述 煤礦安全普遍存在著以下隱患: 1）井上管理人員不能及時與井下工作人員進行即時通信, 2）不能實時掌握井下人員的分布及作業(yè)情況, 難以進行人員的精確定位。1.1 六大系統(tǒng)建設要求 2010年5月19-20日，國家安全監(jiān)管總局、國家煤礦安監(jiān)局在山西省潞安

2、礦業(yè)（集團）公司召開全國煤礦堅決遏制重特大事故、推廣井下救生艙等避險設施現(xiàn)場會。國家安全監(jiān)管總局副局長、國家煤礦安監(jiān)局局長趙鐵錘出席會議并講話，并強調要推進煤礦井下救生艙等避險設施建設，建立完善煤礦監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、緊急避險、壓風自救、供水施救和通信聯(lián)絡系統(tǒng)等安全避險“六大系統(tǒng)”，提高煤礦安全保障能力。 1.2系統(tǒng)建設作用和意義實時掌握每個人員在井下的位置及活動軌跡 緊急情況下的雙向呼叫實現(xiàn)依據(jù)井下作業(yè)位置和實踐的嚴格考勤災變情況下能根據(jù)井下人員位置準確施救提升企業(yè)管理水平2、系統(tǒng)的AQ標準定義煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng) management system for the undergroun

3、d personnel in a coal mine 監(jiān)測井下人員位置，具有攜卡人員出/入井時刻、重點區(qū)域出/入時刻、限制區(qū)域出/入時刻、工作時間、井下和重點區(qū)域人員數(shù)量、井下人員活動路線等監(jiān)測、顯示、打印、儲存、查詢、報警、管理等功能。2、系統(tǒng)的AQ標準 定義主機 host 主要用來接收監(jiān)測信號、報警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理、磁盤存儲、顯示、聲光報警、人機對話、控制打印輸出、與管理網(wǎng)絡聯(lián)接等。 傳輸接口 transmission interface 接收分站發(fā)送的信號，并送主機處理；接收主機信號、并送相應分站；控制分站的發(fā)送與接收，多路復用信號的調制與解調，并具有系統(tǒng)自檢等功能。 2、系統(tǒng)的AQ

4、標準 定義位置監(jiān)測分站 location monitoring substation 通過無線方式讀取識別卡內用于人員識別的信息，并發(fā)送至地面?zhèn)鬏斀涌凇?識別卡 identification card 由下井人員攜帶，保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，當進入位置監(jiān)測分站的識別范圍時，將用于人員識別的數(shù)據(jù)發(fā)送給分站。 3、系統(tǒng)的通用技術介紹系統(tǒng)采用的無線通信技術： 1、射頻識別技術 2、2.4G無線通訊技術3、2.4G直序擴頻通訊技術3.1 射頻識別技術射頻識別技術：定義：RFID (射頻識別)是20世紀90年代興起的一種非接觸式的新型自動識別技術, 它利用無線傳輸方式進行雙向數(shù)據(jù)通信, 進而達到自動識

5、別并交換信息。3.1 射頻識別技術組成：射頻識別系統(tǒng)主要由Tag(標簽)、讀寫器、天線等組成。 (1) 電子標簽( T ag ) : 又稱智能標簽或稱射頻卡; (2) 讀寫器( Reader ) : 有時也被稱為閱讀器、通訊器或稱為讀出裝置, 用以產(chǎn)生發(fā)射無線電射頻信號并通過天線接收由電子標簽反射回的無線電射頻信號, 經(jīng)處理后獲取標簽數(shù)據(jù)信息, 有時還可以寫入標簽信息的設備, 可設計為手持式或固定式; (3) 天線( Antenna) : 在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。3.1 射頻識別技術RFID 有以下特點: (1)操作簡單方便, 可以實現(xiàn)高速移動目標的識別。 (2)無硬件接觸, 避免了因機

6、械接觸而產(chǎn)生的各種故障, 使用壽命長。 (3)射頻識別卡完全密封, 具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能, 適合在井下惡劣環(huán)境中工作。 (4)對無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過隨機序列的加密, 并有完善、保密的通信協(xié)議。 (5)通信協(xié)議具有防碰撞機制, 可實現(xiàn)同時對多個移動目標進行識別。 (6)信號的穿透能力強(可穿透墻壁、路面、衣物、人等), 數(shù)據(jù)傳輸量小, 抗干擾能力強, 感應靈敏, 易于維護和操作。 3.2 2.4G無線通訊技術 煤礦井下使用的人員管理系統(tǒng)無線通訊頻率采用最多的是2.4GHz。屬于微波頻段。 2.4GHz微波的主要特點是： 傳播距離遠 數(shù)據(jù)傳輸速率高 超功耗低 傳播路徑主要

7、為反射方式 存在多徑效應 電波穿透力較差3.2 2.4G直序擴頻技術 性能更優(yōu)越的無線通訊技術： 2.4G直序擴頻無線技術 采用直序擴頻無線的技術： WiFi通訊：主要用于無線以太網(wǎng) Zigbee通訊：主要用于無線傳感器網(wǎng)絡 專用通訊芯片技術：使用于各種特殊應用3.2 2.4G直序擴頻技術技術原理 直接序列擴頻（DSSS）是直接利用具有高碼率的擴頻碼系列采用各種調制方式在發(fā)端與擴展信號的頻譜，而在收端，用相同的擴頻碼序去進行解碼，把擴展寬的擴頻信號還原成原始的信息 。 3.2 2.4G直序擴頻技術 在發(fā)射信號前引入相應的偽隨機擴頻碼的過程稱為擴頻處理；在接收時從信號中移去擴頻碼，恢復原始數(shù)據(jù)的

8、過程稱為解擴。 3.2 2.4G直序擴頻技術技術特點： （1）抗干擾性強 因為干擾信號不帶有擴頻因子，所以被過濾掉。只有包含括頻因子的、有用的信號才能接收到。 （2）直擴通信速率高 直擴通信速率可達 2M，8M，11M。 （3）安全性好 沒有授權的用戶不知道擴展原始信號的擴頻因子，所以他們無法解碼。 （4）抗多徑干擾 多方向的反射信號對無線通訊的影響很大，尤其是2.4G微波頻段。這些折射波到達接收端的時間不同而形成多徑干擾。 4、 人員管理系統(tǒng)網(wǎng)絡結構 網(wǎng)絡結構主要有三種： （1）總線式電纜獨立組網(wǎng)結構 （2）總線式光纖專網(wǎng)組網(wǎng)結構 （3）工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)結構4.1總線式電纜獨立組網(wǎng)結構4.2

9、 總線式光纖專網(wǎng)組網(wǎng)結構4.3工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)結構4.4 整體結構介紹 礦井人員管理系統(tǒng)能融合井下人員定位管理和礦井機車管理系統(tǒng)為一體，做到對下井工作人員及車輛的有效監(jiān)測與科學管理。系統(tǒng)構成： 地面監(jiān)控中心：包括監(jiān)控主機，系統(tǒng)軟件等 傳輸平臺：包括數(shù)據(jù)接口，以太網(wǎng)交換機等 無線信號及數(shù)據(jù)采集設備 移動目標標識卡4.4 整體結構介紹地面監(jiān)控中心 負責整個系統(tǒng)設備及人員檢測數(shù)據(jù)的管理、分站實時數(shù)據(jù)通訊、統(tǒng)計存儲、屏幕顯示、查詢打印、畫面編輯、網(wǎng)絡通訊等任務。 4.4 整體結構介紹礦井人員管理系統(tǒng) 完成人員信息編碼采集、識別、編輯、遠程數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)上傳、WEB發(fā)布等功能。 數(shù)據(jù)傳輸接口 數(shù)據(jù)傳輸接口是人

10、員管理系統(tǒng)井上的組成部分，與井下設備進行通訊。 4.4 整體結構介紹井下無線信號及數(shù)據(jù)采集設備 包括人員定位分站、動態(tài)目標識別器、人員標識卡、礦用電源箱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(jiān)測點等區(qū)域采用人員定位分站+礦用本安電源+動態(tài)目標識別器等連接方式監(jiān)測井下人員的情況。4.4 整體結構介紹讀卡分站 收集識別器的采集數(shù)據(jù)，上傳至中心站，與中心站采用兩芯電纜相連，與識別器采用四芯電纜相連。 隔爆兼本質安全型電源箱 隔爆兼本質安全型電源箱是為煤礦井下本質安全型設備提供本質安全電源，具有備用電源功能的穩(wěn)壓電源。4.4 整體結構介紹動態(tài)目標識別器 采用2.4G無線通訊

11、技術，抗干擾能力強人員標識卡 ：采用DSSS直序擴頻通訊方式，抗干擾能力、抗多徑效應能力強 具備雙向呼叫功能4.5 主流系統(tǒng)技術指標系統(tǒng)技術指標最大位移速度：120km/h(30m/s)最大并發(fā)識別數(shù)量：200漏讀率：10-6 誤碼率: 10-8 傳輸距離：分站至接口20km 本安供電距離： 2km監(jiān)控系統(tǒng)容量：識別卡數(shù)量60000張最大巡檢周期： 25s（總線式）； 2s （以太網(wǎng)）存儲時間：中心站記錄存儲可達10年以上 分站存儲數(shù)據(jù)時間 24h 畫面相應時間：調出整幅畫面85%的響應時間2 s 雙擊切換時間： 即時切換供電時間：備用電源 8h 標識卡電池壽命：可更換一般6個月 不可更換13

12、年5、系統(tǒng)功能介紹AQ標準規(guī)定功能要求系統(tǒng)應具有位置監(jiān)測功能系統(tǒng)應具有管理功能系統(tǒng)應具有存儲、報警、顯示、打印、查詢等功能。 5、系統(tǒng)功能介紹系統(tǒng)實現(xiàn)功能：監(jiān)測功能管理功能存儲查詢功能顯示打印功能人機對話功能自診斷功能網(wǎng)絡通訊監(jiān)測功能系統(tǒng)應具有攜卡人員出/入井時刻、出/入重點區(qū)域時刻、出/入限制區(qū)域時刻等監(jiān)測。系統(tǒng)應具有識卡人員出/入巷道分支方向等功能。系統(tǒng)應具有對乘坐電機車等各種運輸工具的攜卡人員進行準確識別。系統(tǒng)應具有識別多個同時進入識別區(qū)域的識別卡。系統(tǒng)應具有識別卡工作是否正常和每位下井人員攜帶1張卡唯一性檢測功能。管理功能 系統(tǒng)應具有攜卡人員下井總數(shù)、出/入井時刻、下井工作時間等顯示、

13、打印、查詢等功能，并具有超時人員總數(shù)及人員、超員人員總數(shù)人員報警、顯示、打印、查詢等功能。存儲查詢功能系統(tǒng)應具有存儲功能。系統(tǒng)應具有查詢功能。系統(tǒng)應具有防止修改實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等存儲內容功能 。系統(tǒng)應具有數(shù)據(jù)備份功能 。分站應具有數(shù)據(jù)存儲功能。當系統(tǒng)通信中斷時，分站存儲識別卡卡號和時刻；系統(tǒng)通信正常時，上傳至中心站。顯示打印功能系統(tǒng)應具有漢字顯示和提示功能。系統(tǒng)應具有列表顯示功能。 系統(tǒng)應具有模擬動畫顯示功能。 系統(tǒng)應具有系統(tǒng)設備布置圖顯示功能。 系統(tǒng)應具有漢字報表、初始化參數(shù)召喚打印功能。（打印內容包括：下井人員總數(shù)及人員、重點區(qū)域人員總數(shù)及人員、超時報警人員總數(shù)及人員、超員報警人員總數(shù)及

14、人員、限制區(qū)域報警人員總數(shù)及人員、特種作業(yè)人員工作異常報警總數(shù)及人員、領導干部每月下井總數(shù)及時間統(tǒng)計等。)人機對話功能系統(tǒng)應具有人機對話功能,以便于系統(tǒng)生成、參數(shù)修改、功能調用、圖形編輯等。系統(tǒng)應具有操作權限管理功能,對參數(shù)設置等必須使用密碼操作,并具有操作記錄。在任何顯示模式下,均可直接進入所選的列表顯示、模擬圖顯示、打印、參數(shù)設置、頁面編輯、查詢等方式。自診斷功能 系統(tǒng)應具有自診斷功能。當系統(tǒng)中分站、傳輸接口等設備發(fā)生故障時，報警并記錄故障時間和故障設備，以供查詢及打印。網(wǎng)絡通訊 系統(tǒng)具有網(wǎng)絡接口、將有關信息上傳至各級主管部門。6、系統(tǒng)的建設 前面已經(jīng)提到系統(tǒng)主要分三大部分，因此系統(tǒng)建設也

15、包含三大塊： （1）、中心站建設 （2）、傳輸平臺建設 （3）、井下監(jiān)測部分建設6.1 中心站建設 中心站主要包括監(jiān)控主機和數(shù)據(jù)接口。在安裝過程中需要注意的是給主機提供不間斷電源、電源防雷和信號防雷。 機房中設備安裝必須符合煤礦安全規(guī)程的要求。6.2 傳輸平臺建設傳輸平臺建設有三種方式： 總線式電纜獨立網(wǎng)絡建設這種網(wǎng)絡的全部線纜都是電纜，一般情況主干用兩芯，支干用四芯，在建設時候，應注意電纜敷設和電纜續(xù)接方面的要求，一定要符合煤礦安全規(guī)程的要求，最重要的是信號電纜不應與動力電纜在同一煤壁掛，以防信號干擾，導致數(shù)據(jù)上傳錯誤。6.2 傳輸平臺建設總線式光纖專網(wǎng)建設此網(wǎng)絡井下和地面通信采用光纖傳輸方

16、式，其余網(wǎng)絡采用電纜傳輸，在建設網(wǎng)絡時候需要注意光纜敷設的要求和井下光端機的放置要求，必須嚴格按照煤礦安全規(guī)程施工。6.3 井下監(jiān)測部分建設工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)建設工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)是井下和地面采用交換機進行通訊，只要在有交換機的地方，系統(tǒng)分站就能直接接入網(wǎng)絡中和地面 中心站通信，此網(wǎng)絡建設過程中主要涉及井下光纜的敷設、環(huán)網(wǎng)交換機的選位，通過合理的選位使整個礦井網(wǎng)絡具有更加清晰地井下架構，在其他系統(tǒng)也接入環(huán)網(wǎng)的情況下，高質量信息化礦井就應運而生。6.3 井下監(jiān)測部分建設 井下監(jiān)測部分主要包括定位分站、分站電源和識別器。 定位分站定位分站要選擇何理的位置，最好在離主網(wǎng)比較近的位置，并且使其下帶的識別器線纜敷設

17、方便。定位分站選點必須取電方便。定位分站選點應盡量避免漏水和易塌方的地點。定位分站選點最重要的還是必須符合煤礦安全規(guī)程的要求。6.3 井下監(jiān)測部分建設分站電源分站電源主要重用是為分站提供直流電源，并且在斷電后提供兩小時的供電，因此它肯定是在分站旁邊，它的選位和分站是相差無幾的，另外必須注意的是它需要接地，以免漏電事故發(fā)生。6.3 井下監(jiān)測部分建設識別器識別器布置需遵循各個人員出入井口、重點區(qū)域出/入口、限制區(qū)域等地點應設置識別器，并能滿足監(jiān)測攜卡人員出/入井、出/入重點區(qū)域、出/入限制區(qū)域的要求。7、系統(tǒng)應用情況 當前, 國內煤炭行業(yè)在井下工作人員管理方面, 出現(xiàn)了大量不同型號的人員定位系統(tǒng),

18、 對煤礦的安全生產(chǎn)和人員管理發(fā)揮了積極作用，雖然煤礦對其作用都給予肯定評價，但是并不代表其十分完善，它也有缺點需要解決。8、系統(tǒng)現(xiàn)有問題及解決方案漏卡問題情況描述：人員定位系統(tǒng)時有發(fā)生識別器漏讀下井人員情況的，導致 地面在統(tǒng)計時候數(shù)據(jù)不準確。原因分析：由于煤礦井下巷道的原因，導致識別卡在傳輸信號時發(fā)生了干擾問題（如多徑干擾），在傳輸?shù)阶R別器時，導致其不能識別傳來信號，導致漏卡。解決方案：1）增加識別器布置數(shù)量實現(xiàn)冗余補漏 2）采用雙頻卡，確保準確識別 3）采用直序擴頻技術減少多徑干擾8、系統(tǒng)現(xiàn)有問題及解決方案定位不準確問題情況描述：煤礦在查詢井下人員時候，會發(fā)生需查找人員不在此區(qū)域的問題。原因

19、分析：產(chǎn)生這種情況的原因是識別器覆蓋范圍太廣，有可能此人已經(jīng)離開此區(qū)域但還未進入下一區(qū)域。解決發(fā)案：增加識別器布點的數(shù)量8、系統(tǒng)現(xiàn)有問題及解決方案入井唯一性問題情況描述：在人員下井的時候，手工統(tǒng)計下井人數(shù)與實際下井人員不符。原因分析：產(chǎn)生此問題的主要原因就是一人持多卡下井，導致井下人員統(tǒng)計不準確。解決方案：建立具有唯一性檢測的井口檢卡系統(tǒng)，如：虹膜、臉型輔助檢卡和采用有源和無源雙頻卡等方式9、總結 礦井人員定位系統(tǒng)的開發(fā)和應用，無疑給礦井的安全生產(chǎn)和各類事故的處理帶來極大的方便。由其在考勤，實時統(tǒng)計區(qū)域人數(shù)，人員行走路線查詢等功能上位煤礦帶來了方便，為安全帶了保證。相信在煤礦的安全生產(chǎn)中，礦井

20、人員定位系統(tǒng)會發(fā)揮出更卓著的成效！1、這世上，沒有誰活得比誰容易，只是有人在呼天搶地，有人在默默努力。2、當熱誠變成習慣，恐懼和憂慮即無處容身。缺乏熱誠的人也沒有明確的目標。熱誠使想象的輪子轉動。一個人缺乏熱誠就象汽車沒有汽油。善于安排玩樂和工作，兩者保持熱誠，就是最快樂的人。熱誠使平凡的話題變得生動。3、起點低怕什么，大不了加倍努力。人生就像一場馬拉松比賽，拼的不是起點，而是堅持的耐力和成長的速度。只要努力不止，進步也會不止。4、如果你不相信努力和時光，那么時光第一個就會辜負你。不要去否定你的過去，也不要用你的過去牽扯你的未來。不是因為有希望才去努力，而是努力了，才能看到希望。5、人生每天都

21、要笑，生活的下一秒發(fā)生什么，我們誰也不知道。所以，放下心里的糾結，放下腦中的煩惱，放下生活的不愉快，活在當下。人生喜怒哀樂，百般形態(tài)，不如在心里全部淡然處之，輕輕一笑，讓心更自在，生命更恒久。積極者相信只有推動自己才能推動世界，只要推動自己就能推動世界。6、人性本善，純如清溪流水凝露瑩爍。欲望與情緒如風沙襲擾，把原本如天空曠蔚藍的心蒙蔽。但我知道，每個人的心靈深處，不管烏云密布還是陰淤蒼茫，但依然有一道彩虹，亮麗于心中某處。7、每個人的心里，都藏著一個了不起的自己，只要你不頹廢，不消極，一直悄悄醞釀著樂觀，培養(yǎng)著豁達，堅持著善良，只要在路上，就沒有到達不了的遠方！8、不要活在別人眼中，更不要活

22、在別人嘴中。世界不會因為你的抱怨不滿而為你改變，你能做到的只有改變你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天賜，不都是一路披荊斬棘才換來的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你會覺得解脫。但舌頭總會不由自主地往那個空空的牙洞里舔，一天數(shù)次。不痛了不代表你能完全無視，留下的那個空缺永遠都在，偶爾甚至會異常掛念。適應是需要時間的，但牙總是要拔，因為太痛，所以終歸還是要放手，隨它去。11、這個世界其實很公平，你想要比別人強，你就必須去做別人不想做的事，你想要過更好的生活，你就必須去承受更多的困難，承受別人不能承受的壓力。12、逆境給人寶貴的磨煉機會。只有經(jīng)得起環(huán)境考驗的人，才能算是真正的強者。

23、自古以來的偉人，大多是抱著不屈不撓的精神，從逆境中掙扎奮斗過來的。13、不同的人生，有不同的幸福。去發(fā)現(xiàn)你所擁有幸運，少抱怨上蒼的不公，把握屬于自己的幸福。你，我，我們大家都可以經(jīng)歷幸福的人生。14、給自己一份堅強，擦干眼淚；給自己一份自信，不卑不亢；給自己一份灑脫，悠然前行。輕輕品，靜靜藏。為了看陽光，我來到這世上；為了與陽光同行，我笑對憂傷。15、總不能流血就喊痛，怕黑就開燈，想念就聯(lián)系，疲憊就放空，被孤立就討好，脆弱就想家，不要被現(xiàn)在而蒙蔽雙眼，終究是要長大，最漆黑的那段路終要自己走完。16、在路上，我們生命得到了肯定，一路上，我們有失敗也有成功，有淚水也有感動，有曲折也有坦途，有機遇也

24、有夢想。一路走來，我們熟悉了陌生的世界，我們熟悉了陌生的面孔，遇人無數(shù)，匆匆又匆匆，有些成了我們忘不掉的背影，有些成了我們一生的風景。我笑，便面如春花，定是能感動人的，任他是誰。17、努力是一種生活態(tài)度，與年齡無關。所以，無論什么時候，千萬不可放縱自己，給自己找懶散和拖延的借口，對自己嚴格一點兒，時間長了，努力便成為一種心理習慣，一種生活方式！18、自己想要的東西，要么奮力直追，要么干脆放棄。別總是逢人就喋喋不休的表決心或者哀怨不斷，做別人茶余飯后的笑點。19、即使不能像依米花那樣畫上完美的感嘆號，但我們可以歌詠最感人的詩篇；即使不能阻擋暴風雨的肆虐，但我們可以左右自己的心情；即使無法預料失敗

25、的打擊，但我們可以把它當作成功的一個個驛站。20、能力配不上野心，是所有煩擾的根源。這個世界是公平的，你要想得到，就得學會付出和堅持。每個人都是通過自己的努力，去決定生活的樣子。1、許多人企求著生活的完美結局，殊不知美根本不在結局，而在于追求的過程。2、慢慢的才知道：堅持未必就是勝利，放棄未必就是認輸，。給自己一個迂回的空間，學會思索，學會等待，學會調整。人生沒有假設，當下即是全部。背不動的，放下了；傷不起的，看淡了；想不通的，不想了；恨不過的，撫平了。3、在比夜更深的地方，一定有比夜更黑的眼睛。4、一切偉大的行動和思想，都有一個微不足道的開始。5、從來不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起來，才是最大的榮耀。6、這個世界到處充滿著不公平，我們能做的不僅僅是接受，還要試著做一些反抗。7、一個最困苦、最卑賤、最為命運所屈辱的人，只要還抱有希望，便無所怨懼。8、有些人，因為陪你走的時間長了，你便淡然了，其實是他們給你撐起了生命的天空；有些