礦山井下人員無線定位系統(tǒng)

Word文檔礦山井下人員無線定位系統(tǒng)一、總體考慮：

以盡可能低的成本，有效牢靠地實(shí)現(xiàn)井下人員無線定位和工作環(huán)境監(jiān)控的基本功能，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)一步改進(jìn)和增加系統(tǒng)的功能。因而，本方案將盡可能利用井下現(xiàn)有的通信設(shè)施和條件。另外，為了削減讀寫定位基站的使用數(shù)量以降低成本，人員定位采納了分區(qū)段考勤定位的方式（這也是目前煤礦井下人員定位普遍采納的方式）當(dāng)然也可采納全信號(hào)掩蓋的精確定位方式（需要更多的讀寫器基站）。從而，給您帶來更高效率！更多回報(bào)！

二、現(xiàn)有的定位方法：

1、射頻卡（RFID）考勤系統(tǒng)：

目前井下人員的跟蹤，基本上采納的是這種方法。這種方法實(shí)在在礦井進(jìn)口處，使用射頻卡（RFID）讀?。ㄋ⒖ǎ┑姆椒▽?duì)下井人員進(jìn)行登記記錄來跟蹤的方法。實(shí)際上這不是真正意義上的人員跟蹤，無法實(shí)時(shí)地報(bào)告井下人員的詳細(xì)位置了。這種方法存在如下幾個(gè)問題：

●遠(yuǎn)距離的射頻卡讀寫系統(tǒng)特別昂貴，體積較大，安裝使用都都受到肯定限制，從成本計(jì)，要在井下安置很多這樣的讀卡系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的；

●這種系統(tǒng)讀寫系統(tǒng)地放射功率一般都較大，往往超過井下使用平安規(guī)定的限制，因而往往不能安裝在井下；

●這種系統(tǒng)讀卡速度非常有限，不能處理多人同時(shí)快速通過讀卡系統(tǒng)的狀況（例如乘車下井），此時(shí)，系統(tǒng)往往會(huì)消失漏讀；

假如使用遠(yuǎn)距離讀卡系統(tǒng)；

●由于這種系統(tǒng)使用的頻率和通信方式，抗干擾的性能特別有限，在井下簡單環(huán)境下使用也存在問題；

●結(jié)論是，一般RFID射頻讀寫系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的井下人員跟蹤，無法實(shí)時(shí)地報(bào)告井下人員的詳細(xì)位置，只能作為下井人員上下井的考勤登記。

2、以superRFID為代表的，基于一般窄帶有源電子標(biāo)簽基礎(chǔ)上的井下人員跟蹤系統(tǒng)：

這種系統(tǒng)實(shí)際并非目前真正意義上的RFID讀寫系統(tǒng)，而是一種低功耗的微功率無線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)。它的問題是：

●由于系統(tǒng)使用的是窄帶點(diǎn)頻的工作方式，工作頻點(diǎn)很窄，而由于晶振自振頻率本身會(huì)因溫度變化而發(fā)生漂移（溫漂），并隨時(shí)間而發(fā)生變化（老化），因而使整個(gè)系統(tǒng)的頻率發(fā)生變化，并漂移到系統(tǒng)工作頻點(diǎn)之外。從而造成的系統(tǒng)工作的牢靠性和穩(wěn)定性的問題。

●盡管比起一般射頻卡讀寫系統(tǒng)RFID來，在讀寫距離上有很大改進(jìn)；然而，由于系統(tǒng)接收靈敏度低，-80dBm到-90dBm之間，讀寫器的放射功率只有1/1000瓦，典型的例子就是Nordic公司的NRF2401E芯片。因而存在通信距離不夠的問題，特殊是在煤礦井下干擾較大的工業(yè)現(xiàn)場。

●由于沒有使用直序擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)，比起采納直序擴(kuò)頻技術(shù)的無線通信系統(tǒng)來，明顯在抗干擾的力量上有很大的欠缺，因而，在井下很多干擾強(qiáng)的地方，工作的牢靠性將大大降低。甚至根本無法通信。

●由于這種系統(tǒng)讀寫距離和工作牢靠性存在問題，因而，根據(jù)國家安監(jiān)局有關(guān)規(guī)定，要求定位讀寫器，在80個(gè)礦工根據(jù)5米/秒的速度同時(shí)經(jīng)過讀寫器時(shí)，讀寫器必需一個(gè)不漏的將他們記錄下來。假如讀寫器的讀寫距離不夠，礦工在讀寫器信號(hào)掩蓋范圍內(nèi)的時(shí)間就很有限，而且由于干擾造成的誤碼，一個(gè)正確信號(hào)往往需要多次發(fā)送，因而，系統(tǒng)很難滿意這個(gè)規(guī)定要求。

●這種系統(tǒng)的讀寫器也很貴，這樣從系統(tǒng)的建設(shè)成本上，投入就很高。

●結(jié)論是，無論從經(jīng)濟(jì)角度，還是系統(tǒng)工作的牢靠性，以及有用性來講，一般窄帶點(diǎn)頻通信系統(tǒng)都不適合作為井下人員定位系

統(tǒng)。

三、使用我們的新一代Super-Zigbee網(wǎng)絡(luò)的礦山井下人員無線定位系統(tǒng)：

1、系統(tǒng)簡介：

新的定位系統(tǒng)是在當(dāng)今最新的Zigbee技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后，開發(fā)出來的簡潔經(jīng)濟(jì)有效的定位系統(tǒng)，完全滿意國家安監(jiān)局2021年新制定的，煤礦井下作業(yè)人員管理的相關(guān)規(guī)定。參閱文件“中華人民共和國平安生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AG6210-2021煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術(shù)條件。AQ1048-2021煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)使用與管理規(guī)范”。為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本和從煤礦井下的詳細(xì)環(huán)境動(dòng)身，新的煤礦井下人員定位系統(tǒng)采納了“分區(qū)片定位”的方式，即依據(jù)管理要求和井下現(xiàn)場的實(shí)際狀況，將井下分成若干個(gè)片區(qū)，每個(gè)片區(qū)由若干個(gè)進(jìn)出口掌握，例如一段單一巷道的兩端，就是該段巷道片區(qū)的兩個(gè)進(jìn)出掌握口，有的片區(qū)可能有兩個(gè)以上的進(jìn)出掌握口。為了確定每一個(gè)片區(qū)任一時(shí)刻的作業(yè)人員數(shù)目及詳細(xì)名單，我們必需要知道通過該片區(qū)全部掌握進(jìn)出口，進(jìn)出的全部人員的數(shù)目和詳細(xì)名單。假如我們?cè)诿恳粋€(gè)掌握進(jìn)出口，安裝電子標(biāo)簽讀寫器，這就要求讀寫器能夠一個(gè)不漏的將全部經(jīng)過這個(gè)進(jìn)出口的電子標(biāo)簽記錄下來，同時(shí)，還必需要分清每一個(gè)電子標(biāo)簽的進(jìn)出方向。為此，我們將在每一個(gè)進(jìn)出口，背靠背地安裝兩個(gè)讀寫方向相反的定向讀寫器，（見如下照片）。

近距離讀寫器

每一個(gè)讀寫器通過串口（例如RS232/RS485）與鋪設(shè)在井下的通信電纜相連接，并與掌握中心計(jì)算機(jī)連接。每一個(gè)定向讀寫器可以接收不低于100米距離范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽信號(hào)，而且，在這100米的范圍內(nèi)，電子標(biāo)簽放置方向不受限制。電子標(biāo)簽每隔2秒鐘，向外放射自身身份碼信息，讀寫器收到信息后，連同相應(yīng)的接收信號(hào)強(qiáng)度，和接收的先后時(shí)間挨次，先儲(chǔ)存起來，并隔肯定時(shí)間例如10秒鐘，將全部這些信息，加上讀寫器編號(hào)打包，一并通過井下通信網(wǎng)絡(luò)，傳給掌握中心計(jì)算機(jī)。利用這些原始數(shù)據(jù)信息和人工智能規(guī)律標(biāo)準(zhǔn)，使用位置信息預(yù)處理軟件處理后，一個(gè)在任意一時(shí)刻，在井下任意一個(gè)片區(qū)內(nèi)的作業(yè)人員名單的信息資料，將供應(yīng)給上位計(jì)算機(jī)，這個(gè)位置清單，將依據(jù)國家以上文件的規(guī)定，每隔30秒鐘更新一次。

利用這個(gè)位置數(shù)據(jù)資料，上位機(jī)軟件就可以向用戶供應(yīng)，任意時(shí)刻，任何一個(gè)人所在井下的詳細(xì)位置；在任意時(shí)刻，井下任意一個(gè)片區(qū)內(nèi)作業(yè)人員的清單。

在井下沒有鋪設(shè)有線通信網(wǎng)絡(luò)的地方，我們的讀寫器還可通過無線遠(yuǎn)距離傳輸（井上2021米，井下為500米左右）和中繼的方式，將所讀取到的信息，傳給與有線網(wǎng)絡(luò)連接的無線接收機(jī),（見如下附圖）再傳給管理中心計(jì)算機(jī)。

遠(yuǎn)距離讀寫器/中繼傳輸模塊

定向天線

綜上所述，整體系統(tǒng)運(yùn)作原理圖示如下：

2、一些詳細(xì)細(xì)節(jié)：

●每一個(gè)需要定位的移動(dòng)目標(biāo)（例如礦工），都需要隨身攜帶一個(gè)無線身份卡模塊，或固定在平安帽上的一個(gè)全封閉電子標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽的放射功率小于1/1000瓦.建議使用我們的簡化了功能的SL2420A，或低成本的SL2435A模塊：

（井下作業(yè)人員隨身攜帶的智能電子標(biāo)簽）

（卡片式電子標(biāo)簽?zāi)K（SL2426A）尺寸：40x20x3mm）

這里我們需要說明的是：照片中的卡片式電子標(biāo)簽是用于井上的，用于井下時(shí)，需要由用戶自己進(jìn)行防暴封裝設(shè)計(jì)，并使用相應(yīng)的電池（聚合物鋰電池）；

●為了增加電池使用壽命，無線身份模塊每隔2秒放射一個(gè)身份碼信號(hào)。為了避開井下環(huán)境對(duì)無線信號(hào)的干擾，全部無線身份卡模塊使用的都是抗干擾的直序擴(kuò)頻通信方式；同時(shí)，在緊急狀況時(shí)，還可以通過卡上的按鈕，隨時(shí)發(fā)出緊急求救信息；

●我們還可利用這個(gè)無線人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下工作環(huán)境的監(jiān)控，例如，使用我公司的遠(yuǎn)距離無線溫度采集器，就可以將需要監(jiān)控的工作點(diǎn)的溫度，通過無線的方式，傳給五百米外的讀寫定位器，這樣，不僅可以依據(jù)需要，機(jī)動(dòng)敏捷的在不同位置（特殊是采掘面）采集各種平安生產(chǎn)所需的信息（例如,溫度，瓦斯?jié)舛?，風(fēng)壓風(fēng)速等），同時(shí)自動(dòng)地將采集點(diǎn)的位置信息和相關(guān)信息傳給監(jiān)控中心。這種瓦斯采集點(diǎn)可以安放在采掘面的某個(gè)固定位置，并隨采掘面的移動(dòng)而移動(dòng)，也可讓瓦斯安檢人員隨設(shè)攜帶，非常便利。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，該無線模塊可以馬上通過網(wǎng)絡(luò),將濃度在傳給管理中心計(jì)