徐強 劉小春

摘要：本文對基于RFID技術的井下人員定位系統(tǒng)進行了研究，介紹了人員定位系統(tǒng)所使用的技術、系統(tǒng)主要組成結構、工作原理。井下人員定位系統(tǒng)是依靠井下網(wǎng)絡，實現(xiàn)了無線與有線通訊相結合簡單高效的人員跟蹤與定位系統(tǒng)；可實現(xiàn)井下人員和礦井機車定位、運動軌跡查詢，全礦部門、班組、特殊崗位和特殊工種的考勤、硬件設備維護管理、生產(chǎn)調度指揮以及突發(fā)情況的報警。建立可靠實用的煤礦井下人員定位系統(tǒng)， 對于提高礦山管理水平、保證安全生產(chǎn)有著極其重大的意義。

關鍵詞：RFID；識別卡；人員定位系統(tǒng)；系統(tǒng)結構；生產(chǎn)調度

中圖分類號： TP202 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）08（c）-0000-00

目前以及今后一段時間煤炭仍然是能源的主體，我國是世界上產(chǎn)煤最多的國家，百萬噸煤產(chǎn)量的死亡率高于世界平均水平。由于煤礦井下環(huán)境的特殊性和復雜性，礦山井下的生產(chǎn)及安全管理較其他行業(yè)相比具有一定的難度。采用射頻識別技術（ RFID） 構建的井下人員定位管理系統(tǒng)在提高礦山安全生產(chǎn)，加強災害預防， 減少事故發(fā)生，提高搜救效率體現(xiàn)出其較為優(yōu)越的實用性。

1射頻識別技術

無線射頻識別（ Radio Frequency Identify，RFID），是一種非接觸式的自動識別技術。它通過射頻信號在閱讀器和電子標簽（識別卡）之間進行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸， 從而獲得其相關特征信息以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換目的[1]。射頻識別技術可同時識別多個標簽，識別高速運動物體，適用于各種惡劣環(huán)境下工作。

RFID系統(tǒng)是由閱讀器（Reader）、識別卡（TAG）、天線及應用軟件系統(tǒng)四個部份所組成[2]。其工作原理是閱讀器發(fā)出一定頻率的射頻信號，識別卡進入磁場后接收該信號，產(chǎn)生感應電流獲得能量，然后將存儲在芯片中的產(chǎn)品信息以一定的射頻信號發(fā)送出去，閱讀器讀取信息解碼后，送至應用系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

射頻識別技術按應用頻率的不同分為低頻（135KHz以下）、高頻（13.56MHz）、超高頻（860M～960MHz）、微波（2.4G～5.8G）。根據(jù)相關文獻資料，國內煤礦井下人員定位系統(tǒng)閱讀器和識別卡之間的通信頻率主流是：433MHz 、915 MHz和2.4G Hz[3]。無源識別卡讀寫距離近，價格低；有源識別卡需要電池供電，適用于遠距離讀寫的應用場合。

2井下人員定位系統(tǒng)結構與功能

2.1 井下人員定位系統(tǒng)結構

井下人員定位管理系統(tǒng)是為適應煤礦管理需求，開發(fā)生產(chǎn)的集井下人員定位、考勤、硬件設備維護、日常管理等于一體的綜合性應用系統(tǒng)。井下人員定位系統(tǒng)由井上與井下兩部分設備組成。系統(tǒng)的地面設備由監(jiān)控中心監(jiān)測主機及軟件、交換機、共享打印機、UPS等組成。井下設備以RS 485信號作為主要傳輸途徑，配備相應的煤礦井下人員監(jiān)測分站、安全型識別卡、中繼器等。井上-井下信息傳輸部分根據(jù)煤礦現(xiàn)有網(wǎng)絡狀況，選擇基于光纖、以太網(wǎng)、通信電纜等多種傳輸方式和設備。

井下人員定位管理系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖1所示。

圖1 井下人員定位管理系統(tǒng)結構

2.2 井下人員定位系統(tǒng)工作原理

井下人員定位管理系統(tǒng)能跟蹤井下人員和機車的動態(tài)分布情況、數(shù)量以及其所在的位置，在現(xiàn)場的使用中，要在井下的在巷道、作業(yè)面的交叉道口和人員可能經(jīng)過的通道中安裝監(jiān)測分站，將它們與地面管理中心的計算機聯(lián)網(wǎng)。

每個入井工作人員佩戴識別卡（每輛礦車安裝識別卡）， 識別卡平時處于睡眠狀態(tài)，當下井人員（或礦車）進入井下以后， 通過或接近放置在巷道內的任何一個監(jiān)測分站，被監(jiān)測分站發(fā)出的無線加密電信號激活，發(fā)射出唯一的加密識別碼無線電信息。監(jiān)測分站自動檢測識別卡信息，并把數(shù)據(jù)信息傳給地面計算機，計算機軟件能夠準確確定該下井人員（或礦車）的具體信息（個人信息、所在位置、通過的時間等），同時把它顯示在控制中心的大屏幕或電腦顯示屏上[4]。系統(tǒng)工作流程如圖2。

控制中心的計算機會根據(jù)一段時間的人員出入信息整理出這一時期的每個下井人員（或礦車）的各種信息報表。另外一旦井下發(fā)生事故，可根據(jù)電腦中的人員定位分布信息馬上查出事故地點的人員情況，然后可再用移動式遠距離識別裝置在事故處進一步確定人員位置，以便幫助營救人員以準確快速的方式營救出被困人員。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2.3 系統(tǒng)軟件功能

（1）選擇跟蹤、實時跟蹤、位置查詢和個人定位等功能：可以選擇各井下特定人員或機車跟蹤其在礦井的運行情況；實時顯示各井下人員或機車現(xiàn)在的位置狀態(tài)及其來源地。能夠清楚地反映井下人員及機車活動情況；選定礦井工作面，可以顯示此段區(qū)域內的井下人員或機車分布情況；顯示特定人員的運動軌跡，并可顯示其歷史運動方向。

（2）考勤功能：通過對下井工作人員的入井、升井時間以及在井下各區(qū)域的停留工作時間的記錄與統(tǒng)計，完成對全礦部門、班組、特殊崗位和特殊工種的考勤信息實時查詢、歷史查詢、統(tǒng)計；按照要求輸出各種信息報表（如下井時間報表、出勤月報表等）和打??；用戶管理和注冊等。

（3）硬件信息管理功能：對數(shù)據(jù)監(jiān)測分站的名稱進行管理，對識別卡信息進行錄入；具有告警信息實時顯示及歷史告警查詢功能，告警內容包括采集器故障、識別卡電池電量不足、下井超時、禁區(qū)闖入、系統(tǒng)參數(shù)測試和設定等重要內容。

（4）生產(chǎn)調度管理功能。通過對數(shù)據(jù)信息查詢，礦井可以根據(jù)井下人員和礦車實際分布情況實時進行生產(chǎn)調度，已達到優(yōu)化資源配置，提高生產(chǎn)效率的目的[5]。

3 總結

基于RFID技術的井下人員定位管理系統(tǒng)，可使管理人員方便地了解全礦井各區(qū)域的巷道人員分布、車輛數(shù)目，準確掌握礦車的分布、作業(yè)工人情況、安全物資所在位置，從而科學合理、有效地進行調度，減少經(jīng)濟投入，提高經(jīng)濟效益，提高礦井開采作業(yè)安全的水平。該系統(tǒng)技術發(fā)展日益成熟， 應用日益普遍，能夠充分滿足煤礦現(xiàn)場實際要求。井下人員定位管理系統(tǒng)的推廣使用對提高整個煤礦的生產(chǎn)效率和安全管理水平具有重要的意義，是礦井安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。

參考文獻

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