矿山井下人员定位及管理软件系统的研究与开发,矿山井下六大系统,煤矿井下运输系统..
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矿山井下人员定位及管理软件系统的研究与开发
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RFID井下人员位置监测定位系统方案
一、系统建立背景　　由于我国很多煤矿还停留在人工开采水平上，生产效率低，安全隐患多，如瓦斯爆炸、地下渗水等事故时有发生。管理上仍以经验管理、人工管理为主。因此，如何加快采矿工业技术和管理的现代化水平，已经引起了各级主管单位和企业管理层的高度重视，导入先进的RFID技术方案是大势所趋。
　　我国煤炭工业科技发展总体思路是继续坚持“科技是第一生产力”的指导思想，适应当前的新形势，依靠科技进步，加大企业技术改造力度，促进产业结构调整，增强企业的技术创新能力、抗灾能力，提高企业竞争力，坚定不移地实施“科教兴煤”和可持续发展战略，促进煤炭工业向安全、高效、洁净、优质的方向发展。其中重点任务之一是运用计算机技术、网络技术和系统控制论，建立高效、安全的集约化煤矿安全生产系统，加快煤矿安全技术的重点建设。因此，为了改变目前煤矿安全管理工作的落后状况，切实保障职工生命安全和身体健康，深圳一信通公司认为运用安全管理系统分析的方法，是顺利实现将传统煤矿井下管理模式和现代技术相结合的最佳途径。
　　国内矿区管理与计算机结合的程度目前主要限于井上部分，其中包括日常的企业流程管理、财会管理、运输管理。随着煤炭行业信息化和网络化的发展，我国大多数煤矿在生产过程中基本都采用了各种各样的煤矿管理系统，并在实际应用中发挥了重要的作用。随着RFID技术的引进，国内煤矿也开始使用RFID技术进行管理。
二、煤矿井下人员定位系统概述
　　煤矿安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯高度重视煤矿安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。通过不断的努力，近一时期煤矿安全生产状况总体上趋于稳定好转，但由于基础薄弱等种种原因，煤矿安全生产状况仍然不容乐观。如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化也成为所有煤矿企业关心的问题，因此建立以灾害预防、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。
　　一信通煤矿井下人员定位管理系统的核心识别设备采用了一信通公司自主研发的具有国际先进水平的ML-RFID技术，ML-RFID技术采用了当今最先进的0.18uM的微波芯片技术，使 RFID的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，而且成本较以往大大降低，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短防冲突能力差的致命弱点。
　　OneRFID一信通煤矿井下人员定位管理系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。　　井下人员及设备定位系统是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等一体的综合性运用系统,集合了国内识别技术、传输技术、软件技术等最顶尖的产品和技术，是目前国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的井下人员定位系统。这一科技成果的实现，将为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。
三、系统总体设计思路 　　OneRFID一信通井下人员定位系统涉及计算机软件、数据库、电子电路、防爆电源、数字通讯、无线识别技术等方面。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。项目方案确定利用现有成熟的煤矿高速工业以太网加现场总线系统作为主传输平台，开发相应的井下人员跟踪定位传感器、人员无线标识卡等设备与系统挂接，通过井下人员跟踪定位传感器及考勤管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现井下作业人员的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在：
１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，通过该系统可在事故现场2～100米范围内可立刻探测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。
３系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。
轻松联网，BS/CS结构，轻松实现县、市、省及更广阔地域联网监控。
四、统设计原理及依据
1系统设计原理　　OneRFID一信通井下人员位置监测系统是由地面监控中心主计算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，定时对井下安装的无线数据传感器进行数据巡检和信息采集，无线数据传感器将自动采集有效识别距离内的标识卡的信息，并根据系统指令，通过传输网络将相关数据传送至地面中心站。数据信息经分析处理后，将井下人员（或机车等移动目标）动态分布在主计算机界面中得以实时反映，从而实现井下安全状态在井上数字化管理的目的。　　遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，将标识卡视为“上岗证”或“坑道准入证” ，按准许上岗人员实行“一人一卡”制。(1)根据矿井监测需求，在井下坑道、峒室、作业面等地点安装具有进出方向、时间识别能力的无线数据传感器，并通过光纤数据传输接口相互连接为井下高速工业以太网，从而构成完整通讯线路。(2)煤矿生产单位输入工作人员相关信息后，向下井工作人员颁发并装备标识卡。(3)系统数据库记录该标识卡相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、有效期等基本信息。(4)进入坑道的工作人员必须随身携带标识卡，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，将持卡人通过的路段、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名。如果感应的无线标识卡号无效或进入限制通道，系统将自动报警，安全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。(5)生产单位可根据生产计划，对该标识卡进行授权管理。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。(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，救险队使用移动式远距离识别装置，在2-200米的范围内方便探测遇险人员的位置，便于救护工作的安全和高效运作，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。
4.2系统设计依据
(1)GA/T75《安全防范工程程序与要求》
(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)国家安全生产监督管理总局煤矿井下人员位置监测系统通用技术条件和使用管理规范&&
五、系统功能及特点
1、系统功能介绍　　该系统适用于煤矿井下人员位置识别与跟踪回放、人员考勤、超时报警、超员报警、限制区报警、人员情况统计和人员救援指挥等。
(1)、人员考勤　　可以对授权人员进出及到岗时间，出入频率等考察并反映相应的人员信息;对非授权人员禁止进入并报警。
(２)实时井下情况查询
　2.1&任一时间井下某个地点人员数量及人员信息查询。以RFID天线将矿井分区放置，实时采取RFID人员标签，从而确定任意时刻，各人员的区域位置。
带RFID标签安全帽
2.2 各井下人员在井下任一时间的活动轨迹；根据RFID人员标签进过天线的顺序，来判断人员的活动轨迹；
2.3 查询一个或多个人员的实际位置，方便调度中心可快速正确的电话联系到该人员；
2.4 查询有关人员在任一地点的到/离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：瓦斯检测人员、温度检测人员、排风人员等）是否按时、按点的进行各项数据的测试和处理，从而尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。
(3)、反映井下人员动态轨迹　　井下人员每时每刻在坑道的实时动态分布，根据井下的实际地理情况制作相应的动态图，使井下情况生动形象一目了然；
(4)、统计各类人员工作报表
4.1 生产人员的下井时间报表、出勤月报表、加班报表、请假或缺勤报表等管理所需依据并可生成工资报表等。
4.2 制定和统计管理人员的巡查情况报表等等。
4.3 其他人员如参观、考察人员是否按要求到指定区域等。
(5)、事故人员定位搜寻　　一旦发生事故，立即能查出井下人员所在的具体位置、人员数量及各人员信息等，以便抢险时采取移动式识别装置，更准确快速识别遇险人员的具体位置和人员数量，提高抢险效率和救护效果，最大限度减少损失。
2、系统特点介绍
（1）、系统功能特点：
高度自动化
先进的网络通讯系统
基于RFID技术标签识别，定位系统
完善的数据分析系统
安全、可靠，在恶劣环境下24小时正常工作
（2）、一信通煤矿井下人员定位产品的主要系统参数
远距离，有效识别距离从2米到100米可调。
极高的防冲突性，采用多种防冲突方案，可同时识别1000个以上标识。
高速度，ML- RFID的移动时速可达200公里以上。
高度的识别可靠性, 使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；
智能化，RFID与收发器之间可实现双向高速数据交换，应用灵活，数据安全得到保证。
可实现有方向性和无方向性的识别。
高可靠，适应工矿工作环境（-40℃-85℃），防水，防冲击。
低成本，全部采用0.18uM的芯片，成本更低。
超低功耗，更健康、更安全。
全球开放的ISM微波频段，无须申请和付费。
可配置微波模块工作方式，发射功率可调；
高抗干扰性，对现场各种干扰源无特殊要求。
（3）、系统在井下的特殊性能
设备本身在井下安全运行问题:针对井下的特殊环境和工作特点，我们的设备（信号收发器）做到了：采用全封闭外壳，结构牢固，防撞、防震。全密封设计，防水、防潮、防腐、防爆。
防爆放水型读写器
设备的运行绝不能影响井下的安全问题：设备具备超低功耗，峰值功率最大不超过1毫瓦。
系统在井下的工作电压小于直流18V的问题，系统产品的坑道壁挂式设计，保证系统在恶劣环境下能连续运转，并提供断电后2小时的供电电源。
设备适应矿井上和井下各种不同的安装环境问题:设备具有非常高度抗干扰性，对安装现场基本无要求，即保证设备运行的高可靠性，又大大简化了安装个维护工作量。
整个系统设计成为"傻瓜型"，对用户的技术要求极低，具有简易可调的功能、故障的自动巡检功能等等。
坑道内简易施工和安装问题:产品采用在井下直接壁挂式，接入直流电源及网线连接头即可，同样对今后井下检测点的变更和添加一样非常方便轻松。
故障处理的简单化:当有机器产生故障，用备用机器直接替换即可。
六、系统硬件配备　　系统由信号收发器（读卡器）、信号感应器（远距离电子标签）、总线(通讯电缆)、控制机房等及系统软件组合使用。
1、传输快、速率高　　高速光纤工业以太网的应用使整个系统的传输速率由几百字节提高到百兆，实现了传输速率质的飞跃，从而可实现多点并发式查询，即多个采集点同时上传数据，极大的缩短了采集时间，从而极大的提高了实时性。
２、移动动态采集　　先进的无线传感器网络技术与所需的传感器相连，从而实现移动动态的采集，如瓦斯、矿压、矿温等环境参数均可实现移动动态的采集。
３、靠性高
　　先进的自有技术的应用，极大的提高了产品的可靠性和产品的识别能力。如专有的时间戳技术，即在每一个接收到的信息基础上加入采集时间信息，使整个系统更为可靠。
４、多功能
　　实现了井下人员实时跟踪定位、机车实时跟踪定位、辅助考勤、历史查询等四大重要安全管理功能。还能为灾后搜救提供探测定位功能。
５、开放性　　整个系统留有丰富的软硬件接口，具有极大的开放性，可根据用户的需求作相应的调整。
七、系统上位机软件部分　　本系统按照AQ
煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件、AQ 煤矿安全监控系统通用技术要求和MT/T煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求设计。系统及其软件、标识卡、信号收发器（各分站）、传输接口应符合本标准的规定，符合MT209、MT/T1004、MT/T1005、MT/T1007、MT/T1008、AQ6201等标准的有关规定，系统中的其他设备应符合国家及行业有关标准的规定，并按照经规定程序批准的图样及文件制造和成套。
　　系统通过通讯电缆将井下各分站连接到地面传输接口，系统可容纳最大编号为8000的识别卡和32个分站组成。每个分站管辖一定的区域，从而识别井下持卡人在某一区域的位置。
　　系统采用先进的无线射频识别技术、数字通信技术与计算机控制、计算机网络技术相结合，较好的解决了煤矿井下人员管理和车辆等移动目标的识别问题。
　　系统软件采用Microsoft的Visual C++开发的集数据采集与信息处理的综合管理系统。本系统采用SQL Server 2000数据库数据，采集服务端与客户展示端分开运行，保证工作的连续性和可靠性。运行平台为Microsoft Windows 2000 Server/XP/2003等操作系统。
八、系统工作原理
1、工作原理介绍　　首先在企业门口及人员车辆出口必经路线附近各装置一读卡器（出口和入口读卡器保持一定距离，以便识别读卡顺序），授权人员身上佩带一个信号感应器（电子标签）这样人员进出企业经过信号收发器（读卡器）附近，信号收发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以便对人员出入进行控制和考勤。　　同时在井下的各个坑道和井下所有人员可能经过的通道中安放若干个信号收发器（远距离读卡器），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（控制机房）的计算机联网。同时在每个下井人员身上佩带一个信号感应器（电子标签），当下井人员进入井下以后，只要通过或接近放置在门口或坑道内的任何一个信号收发器，信号收发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。
2、系统工作原理图企业进出口控制及人员考勤
井下人员定位示意图&
井下系统示意简图
九、系统设计说明　　本系统遵循"统一发感应器、统一装备、统一管理"的原则，按准许上岗人员和班组实行"一人一感应器"制，该感应器可视为"上岗凭证"和"坑道准入证"。具体方案如下：
（1）、煤矿生产单位在所有坑道中均安装一定数量的信号收发器，具体位置根据现场情况而定，以满足辐射区域为准。
（2）、煤矿生产单位向有关人员颁发并装备感应器，感应器应随身携带。
（3）、发感应器时将感应器所对应员工的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片等登录在系统数据库中。
（4）、安全生产部门对该感应器进行授权后即生效。授权范围包括：该员工可以有资格进入企业和作业面的坑道，感应器的时效、失效、挂失等，以防止无关人员和非法人员进入企业或坑道；
（5）、进入企业或坑道的人员必须佩戴感应器。当此人进入企业或经过坑道的识别监测点时，立即被系统识别，并通过系统网络的信息交换，将此人通过的路段、时间等信息传输至安全监控中心记录，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名。如果感应的感应器号无效或进入限制通道，系统将自动报警，安全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，安全监控中心在第一时间可以知道被困人员的基本情况，救险队使用移动式远距离识别装置，在2~100米的范围内方便探测遇险人员的位置，便于救护工作的安全和高效运作。
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