矿井人员定位系统

煤矿井下安全避险“六大系统”国家安全生产监督管理总局培训中心煤矿井下安全避险“六大系统”技术建设与完善管理培训班主讲宁尚根全国煤矿生产能力高级核查员国家注册安全工程师、安全评价师中国矿业大学特聘安全教育培训客座教授国家煤炭工业协会培训中心特聘高级培训师国家安全生产监督管理总局培训中心特聘专家煤矿井下安全避险

“六大系统”之人员定位系统1，概述

煤矿安全普遍存在着以下隐患:1）井上管理人员不能及时与井下工作人员进行即时通信,2）不能实时掌握井下人员的分布及作业情况,难以进行人员的精确定位。1.1六大系统建设要求2010年5月19-20日，国家安全监管总局、国家煤矿安监局在山西省潞安矿业（集团）公司召开全国煤矿坚决遏制重特大事故、推广井下救生舱等避险设施现场会。国家安全监管总局副局长、国家煤矿安监局局长赵铁锤出席会议并讲话，并强调要推进煤矿井下救生舱等避险设施建设，建立完善煤矿监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络系统等安全避险“六大系统”，提高煤矿安全保障能力。1.2系统建设作用和意义实时掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹紧急情况下的双向呼叫实现依据井下作业位置和实践的严格考勤灾变情况下能根据井下人员位置准确施救提升企业管理水平2、系统的AQ标准定义煤矿井下作业人员管理系统managementsystemfortheundergroundpersonnelinacoalmine

监测井下人员位置，具有携卡人员出/入井时刻、重点区域出/入时刻、限制区域出/入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能。2、系统的AQ标准定义主机host主要用来接收监测信号、报警判别、数据统计及处理、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、控制打印输出、与管理网络联接等。传输接口transmissioninterface接收分站发送的信号，并送主机处理；接收主机信号、并送相应分站；控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。2、系统的AQ标准定义位置监测分站locationmonitoringsubstation通过无线方式读取识别卡内用于人员识别的信息，并发送至地面传输接口。识别卡identificationcard由下井人员携带，保存有约定格式的电子数据，当进入位置监测分站的识别范围时，将用于人员识别的数据发送给分站。3、系统的通用技术介绍系统采用的无线通信技术：1、射频识别技术2、2.4G无线通讯技术 3、2.4G直序扩频通讯技术3.1射频识别技术射频识别技术：定义：RFID(射频识别)是20世纪90年代兴起的一种非接触式的新型自动识别技术,它利用无线传输方式进行双向数据通信,进而达到自动识别并交换信息。3.1射频识别别技术组成：射频识别别系统主主要由Tag(标签)、读写写器、天天线等组组成。(1)电电子标标签(Tag):又又称智智能标签签或称射射频卡;(2)读读写器器(Reader):有时时也被称称为阅读读器、通通讯器或或称为读读出装置置,用用以产生生发射无无线电射射频信号号并通过过天线接接收由电电子标签签反射回回的无线线电射频频信号,经处处理后获获取标签签数据信信息,有有时还还可以写写入标签签信息的的设备,可设设计为手手持式或或固定式式;(3)天天线(Antenna):在在标签签和阅读读器间传传递射频频信号。。3.1射频识别别技术RFID有以以下特点点:(1)操操作简单单方便,可以以实现高高速移动动目标的的识别。。(2)无无硬件接接触,避避免了了因机械械接触而而产生的的各种故故障,使使用寿寿命长。。(3)射射频识别别卡完全全密封,具有有良好的的防水、、防尘、、防污损损、防磁磁、防静静电性能能,适适合在井井下恶劣劣环境中中工作。。(4)对对无线传传输的数数据都经经过随机机序列的的加密,并有有完善、、保密的的通信协协议。(5)通通信协议议具有防防碰撞机机制,可可实现现同时对对多个移移动目标标进行识识别。(6)信信号的穿穿透能力力强(可可穿透墙墙壁、路路面、衣衣物、人人等),数据据传输量量小,抗抗干扰扰能力强强,感感应灵敏敏,易易于维护护和操作作。3.22.4G无线通讯讯技术煤矿井下下使用的的人员管管理系统统无线通通讯频率率采用最最多的是是2.4GHz。属于于微波频频段。2.4GHz微微波的主主要特点点是：传播距离离远数据传输输速率高高超功耗低低传播路径径主要为为反射方方式存在多径径效应电波穿透透力较差差3.22.4G直序扩频频技术性能更优优越的无无线通讯讯技术：：2.4G直序扩扩频无线线技术采用直序序扩频无无线的技技术：WiFi通讯：：主要用用于无线线以太网网Zigbee通通讯：主主要用于于无线传传感器网网络专用通讯讯芯片技技术：使使用于各各种特殊殊应用3.22.4G直序扩扩频技技术技术原原理直接序序列扩扩频（（DSSS）是是直接接利用用具有有高码码率的的扩频频码系系列采采用各各种调调制方方式在在发端端与扩扩展信信号的的频谱谱，而而在收收端，，用相相同的的扩频频码序序去进进行解解码，，把扩扩展宽宽的扩扩频信信号还还原成成原始始的信信息。。3.22.4G直序扩扩频技技术在发射射信号号前引引入相相应的的伪随随机扩扩频码码的过过程称称为扩扩频处处理；；在接接收时时从信信号中中移去去扩频频码，，恢复复原始始数据据的过过程称称为解解扩。。3.22.4G直序扩扩频技技术技术特特点：：（1））抗干扰扰性强强因为干干扰信信号不不带有有扩频频因子子，所所以被被过滤滤掉。。只有有包含含括频频因子子的、、有用用的信信号才才能接接收到到。（2））直扩通通信速速率高高直扩通通信速速率可可达2M，8M，，11M。。（3））安全性性好没有授授权的的用户户不知知道扩扩展原原始信信号的的扩频频因子子，所所以他他们无无法解解码。。（4））抗多径径干扰扰多方向向的反反射信信号对对无线线通讯讯的影影响很很大，，尤其其是2.4G微微波频频段。。这些些折射射波到到达接接收端端的时时间不不同而而形成成多径径干扰扰。4、人人员员管理理系统统网络络结构构网络结结构主主要有有三种种：（1））总线式式电缆缆独立立组网网结构构（2））总线式式光纤纤专网网组网网结构构（3））工业以以太环环网组组网结结构4.1总线线式电电缆独独立组组网结结构4.2总总线式式光纤纤专网网组网网结构构4.3工业业以太太环网网组网网结构构4.4整整体结结构介介绍矿井人人员管管理系系统能能融合合井下下人员员定位位管理理和矿矿井机机车管管理系系统为为一体体，做做到对对下井井工作作人员员及车车辆的的有效效监测测与科科学管管理。。系统构构成：：地面监监控中中心：：包括括监控控主机机，系系统软软件等等传输平平台：：包括括数据据接口口，以以太网网交换换机等等无线信信号及及数据据采集集设备备移动目目标标标识卡卡4.4整整体结结构介介绍地面监监控中中心负责整整个系系统设设备及及人员员检测测数据据的管管理、、分站站实时时数据据通讯讯、统统计存存储、、屏幕幕显示示、查查询打打印、、画面面编辑辑、网网络通通讯等等任务务。4.4整整体结构介介绍矿井人员管管理系统完成人员信信息编码采采集、识别别、编辑、、远程数据据联网上传传、WEB发布等功功能。数据传输接接口数据传输接接口是人员员管理系统统井上的组组成部分，，与井下设设备进行通通讯。4.4整整体结构介介绍井下无线信信号及数据据采集设备备包括人员定定位分站、、动态目标标识别器、、人员标识识卡、矿用用电源箱等等作为井下下人员信息息无线检测测处理的基基本单元。。在井下主主巷道、分分支巷道和和监测点等等区域采用用人员定位位分站+矿矿用本安电电源+动态态目标识别别器等连接接方式监测测井下人员员的情况。。4.4整整体结构介介绍读卡分站收集识别器器的采集数数据，上传传至中心站站，与中心心站采用两两芯电缆相相连，与识识别器采用用四芯电缆缆相连。隔爆兼本质质安全型电电源箱隔爆兼本质质安全型电电源箱是为为煤矿井下下本质安全全型设备提提供本质安安全电源，，具有备用用电源功能能的稳压电电源。4.4整整体结构介介绍动态目标识识别器采用2.4G无线通通讯技术，，抗干扰能能力强人员标识卡卡：采用DSSS直序扩扩频通讯方方式，抗干干扰能力、、抗多径效效应能力强强具备双向呼呼叫功能4.5主主流系统技技术指标系统技术指指标最大位移速速度：≥120km/h(>30m/s)最大并发识识别数量：：≥200漏读率：≤≤10-6误码率:≤≤10-8传输距离：：分站至接接口≥20km本安供电距距离：≥≥2km监控系统容容量：识别别卡数量≥≥60000张最大巡检周周期：≤≤25s（总线式式）；≤≤2s（（以太网））存储时间：：中心站记记录存储可可达10年年以上分站存储数数据时间≥≥24h画面相应时时间：调出出整幅画面面85%的的响应时间间≤2s双击切换时时间：即即时切换供电时间：：备用电源源≥8h标识卡电池池寿命：可可更换一般般6个月不可更换1~3年5、系统功功能介绍AQ标准规定功功能要求系统应具有有位置监测测功能系统应具有有管理功能能系统应具有有存储、报报警、显示示、打印、、查询等功功能。5、系统功功能介绍系统实现功功能：监测功能管理功能存储查询功功能显示打印功功能人机对话功功能自诊断功能能网络通讯监测功能系统应具有有携卡人员员出/入井时刻刻、出/入入重点区域域时刻、出出/入限制制区域时刻刻等监测。。系统应具有有识卡人员员出/入巷巷道分支方方向等功能能。系统应具有有对乘坐电电机车等各各种运输工工具的携卡卡人员进行行准确识别别。系统应具有有识别多个个同时进入入识别区域域的识别卡卡。系统应具有有识别卡工工作是否正正常和每位位下井人员员携带1张张卡唯一性性检测功能能。管理功能系统应具有有携卡人员员下井总数数、出/入井时刻刻、下井工工作时间等等显示、打打印、查询询等功能，，并具有超超时人员总总数及人员员、超员人人员总数人人员报警、、显示、打打印、查询询等功能。。存储查询功功能系统应具有有存储功能能。系统应具有有查询功能能。系统应具有有防止修改改实时数据据和历史数数据等存储储内容功能能。系统应具有有数据备份份功能。。分站应具有有数据存储储功能。当当系统通信信中断时，，分站存储储识别卡卡卡号和时刻刻；系统通通信正常时时，上传至至中心站。。显示打印功功能系统应具有有汉字显示示和提示功功能。系统应具有有列表显示示功能。系统应具有有模拟动画画显示功能能。系统应具有有系统设备备布置图显显示功能。。系统应具有有汉字报表表、初始化化参数召唤唤打印功能能。（打印印内容包括括：下井人人员总数及及人员、重重点区域人人员总数及及人员、超超时报警人人员总数及及人员、超超员报警人人员总数及及人员、限限制区域报报警人员总总数及人员员、特种作作业人员工工作异常报报警总数及及人员、领领导干部每每月下井总总数及时间间统计等。。)人机对话功功能系统应具有有人机对话话功能,以以便于系统统生成、参参数修改、、功能调用用、图形编编辑等。系统应具有有操作权限限管理功能能,对参数数设置等必必须使用密密码操作,并具有操操作记录。。在任何显示示模式下,均可直接接进入所选选的列表显显示、模拟拟图显示、、打印、参参数设置、、页面编辑辑、查询等等方式。自诊断功能能系统应具有有自诊断功功能。当系系统中分站站、传输接接口等设备备发生故障障时，报警警并记录故故障时间和和故障设备备，以供查查询及打印印。网络通讯系统具有网网络接口、、将有关信信息上传至至各级主管管部门。6、系统的的建设前面已经提提到系统主主要分三大大部分，因因此系统建建设也包含含三大块：：（1）、中心站建建设（2）、传输平台台建设（3）、井下监测测部分建设设6.1中中心站建设设中心站主要要包括监控控主机和数数据接口。。在安装过过程中需要要注意的是是给主机提提供不间断断电源、电电源防雷和和信号防雷雷。机房中设备备安装必须须符合煤矿矿安全规程程的要求。。6.2传传输平台建建设传输平台建建设有三种种方式：总线式电缆缆独立网络络建设这种网络的的全部线缆缆都是电缆缆，一般情情况主干用用两芯，支支干用四芯芯，在建设设时候，应应注意电缆缆敷设和电电缆续接方方面的要求求，一定要要符合煤矿矿安全规程程的要求，，最重要的的是信号电电缆不应与与动力电缆缆在同一煤煤壁挂，以以防信号干干扰，导致致数据上传传错误。6.2传传输平台建建设总线式光纤纤专网建设设此网络井下下和地面通通信采用光光纤传输方方式，其余余网络采用用电缆传输输，在建设设网络时候候需要注意意光缆敷设设的要求和和井下光端端机的放置置要求，必必须严格按按照煤矿安安全规程施施工。6.3井井下监测部部分建设工业以太环环网建设工业以太环环网是井下下和地面采采用交换机机进行通讯讯，只要在在有交换机机的地方，，系统分站站就能直接接接入网络络中和地面面中心站站通信，此此网络建设设过程中主主要涉及井井下光缆的的敷设、环环网交换机机的选位，，通过合理理的选位使使整个矿井井网络具有有更加清晰晰地井下架架构，在其其他系统也也接入环网网的情况下下，高质量量信息化矿矿井就应运运而生。6.3井井下监测部部分建设井下监测部部分主要包包括定位分分站、分站站电源和识识别器。定位分站定位分站要要选择何理理的位置，，最好在离离主网比较较近的位置置，并且使使其下带的的识别器线线缆敷设方方便。定位分站选选点必须取取电方便。。定位分站选选点应尽量量避免漏水水和易塌方方的地点。。定位分站选选点最重要要的还是必必须符合煤煤矿安全规规程的要求求。6.3井井下监测部部分建设分站电源分站电源主主要重用是是为分站提提供直流电电源，并且且在断电后后提供两小小时的供电电，因此它它肯定是在在分站旁边边，它的选选位和分站站是相差无无几的，另另外必须注注意的是它它需要接地地，以免漏漏电事故发发生。6.3井井下监测部部分建设识别器识别器布置置需遵循各各个人员出出入井口、、重点区域域出/入口口、限制区区域等地点点应设置识识别器，并并能满足监监测携卡人人员出/入入井、出/入重点区区域、出/入限制区区域的要求求。7、系统应应用情况当前,国国内煤炭行行业在井下下工作人员员管理方面面,出现现了大量不不同型号的的人员定位位系统,对对煤矿的的安全生产产和人员管管理发挥了了积极作用用，虽然煤煤矿对其作作用都给予予肯定评价价，但是并并不代表其其十分完善善，它也有有缺点需要要解决。8、系统现现有问题及及解决方案案漏卡问题情况描述：：人员定位位系统时有有发生识别别器漏读下下井人员情情况的，导导致地面面在统计时时候数据不不准确。原因分析：：由于煤矿矿井下巷道道的原因，，导致识别别卡在传输输信号时发发生了干扰扰问题（如如多径干扰扰），在传传输到识别别器时，导导致其不能能识别传来来信号，导导致漏卡。。