付靖波

淺談井下人員定位系統(tǒng)

付靖波

從煤礦企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀、井下人員定位系統(tǒng)的優(yōu)越性、先進(jìn)性三方面闡述了安裝“井下人員定位系統(tǒng)”對煤礦安全生產(chǎn)的重要性，指出并分析了系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題，提出了個(gè)人看法及建議。

人員定位系統(tǒng)；安全；射頻識別

1 安裝井下人員定位系統(tǒng)的重要性

煤礦事故的發(fā)生，不僅給人民群眾造成巨大的痛苦，也使國家財(cái)產(chǎn)遭受重大損失。但從目前的技術(shù)手段來看，要在短期內(nèi)完全避免煤礦井下事故的發(fā)生還不太可能，因此災(zāi)后救助的高效運(yùn)作顯得尤為重要和緊迫。如何改變目前煤礦企業(yè)對井下人員落后的管理模式，如何實(shí)現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化，如何在發(fā)生事故后，將損失降到最低，已成為所有煤礦企業(yè)關(guān)心的問題。面對現(xiàn)實(shí)情況，除了不斷加強(qiáng)災(zāi)害預(yù)防，減少事故的發(fā)生，更要加強(qiáng)事故的搜救工作，一旦發(fā)生事故，能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握井下被困人員的分布情況，快速實(shí)施搶救措施，將事故損失降至最低，因此建立以災(zāi)害預(yù)防、事故求助、電子信息化管理為主要目標(biāo)的信息化和智能化建設(shè)勢在必行。在王家?guī)X“3.28”透水事故搶險(xiǎn)救援過程中，因?yàn)槿藛T定位系統(tǒng)的缺失給搶險(xiǎn)救援工作造成巨大困難，特別是使被困人員的核實(shí)工作陷入被動。對此，趙鐵錘在全國煤礦堅(jiān)決遏制重特大事故、推廣井下救生艙等避險(xiǎn)設(shè)施現(xiàn)場會上要求，2010年年底前所有國有重點(diǎn)煤礦必須建立井下人員定位系統(tǒng)，其余煤礦必須在2011年年底之前全面建立，所以加強(qiáng)人員監(jiān)控顯得更為重要。定位系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的重要保證之一，也決定了煤礦企業(yè)安裝井下人員定位系統(tǒng)的重要性。

2 井下人員定位系統(tǒng)的優(yōu)越性

煤礦井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)被礦工戲稱為井下礦工的“GPS”，其基本原理是利用射頻信號和空耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對被識別物體的自動實(shí)別。常用的一種定位方案是信號強(qiáng)度檢測法，類似于手機(jī)信號的檢測。當(dāng)一個(gè)無源電子標(biāo)簽（Tag）處于某個(gè)基站附近時(shí)，這個(gè)基站獲得的信號最強(qiáng)，我們很容易判斷它的位置。如果Tag移動到兩個(gè)基站的重疊區(qū)時(shí)，兩個(gè)基站獲得的信號強(qiáng)度不一致，對比信號的強(qiáng)度我們也能精確地判斷Tag的具體位置。該系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)軟硬件、信息采集處理、無線數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、自動控制等技術(shù)多學(xué)科綜合應(yīng)用為一體的自動識別信息技術(shù)產(chǎn)品，主要解決的是井下人員定位的問題，實(shí)現(xiàn)對井下人員的跟蹤定位信息的采集、分析處理、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)庫存儲、報(bào)表打印等功能，不僅能夠全程監(jiān)控和記錄每個(gè)入井人員在井下的行蹤，隨時(shí)掌握井下人員的詳細(xì)分布情況，極大地提高該礦的安全管理水平；而且能進(jìn)一步提高礦井信息化管理水平，增強(qiáng)礦井的整體抗災(zāi)、防災(zāi)能力。既可以供中小型礦井作為一個(gè)功能齊全的自動監(jiān)控考勤系統(tǒng)使用；也可以與已有的礦井綜合系統(tǒng)結(jié)合，作為一個(gè)重要的功能供大型礦井使用，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和日常管理上臺階帶來了新的契機(jī)。

該系統(tǒng)有四大優(yōu)點(diǎn)。①有報(bào)警功能，通過設(shè)定員工出入井時(shí)間，對下井超時(shí)的人員指示報(bào)警；并且還能通過在井下一些重要硐室、危險(xiǎn)場合（盲巷等）配備語音站，阻止違章人員進(jìn)入。②安全、可靠，在惡劣環(huán)境下24 h正常工作，有利于搶險(xiǎn)救災(zāi)工作，在發(fā)生事故時(shí)，能立即從計(jì)算機(jī)上查詢事故現(xiàn)場的人員位置分布情況、被困人員數(shù)量、遇險(xiǎn)人員撤退線路等信息，為事故搶險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。③自動檢測查詢下井人員人數(shù)，隨時(shí)了解員工在井下的分布情況并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控。能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地將井下各個(gè)區(qū)域人員及設(shè)備的情況反映到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時(shí)掌握井下人員及設(shè)備的分布狀況，以便于進(jìn)行更加合理的調(diào)度管理。④可以實(shí)現(xiàn)完善的考勤管理功能，如查詢某人在任一時(shí)間段的活動軌跡，查詢一人或多人入井次數(shù)及在井下的工作時(shí)間等一系列信息?？梢远酱俸吐鋵?shí)巡查人員是否按時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)測試和處理，從根本上杜絕人為因素造成的事故。另外，考勤部門通過信息中心站從井下采集的數(shù)字信號，獲取員工的準(zhǔn)確出勤率，實(shí)現(xiàn)了員工考勤的自動化。系統(tǒng)的優(yōu)越性決定了煤礦企業(yè)安裝井下人員定位系統(tǒng)的必要性。

3 井下人員定位系統(tǒng)的先進(jìn)性

井下人員定位系統(tǒng)普遍采用目前國際上最先進(jìn)的射頻識別 （RFID，Radio Frequency Identifi-cation）技術(shù)，利用無線傳輸方式進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，進(jìn)而達(dá)到自動識別并交換信息的目的。RFID與其他識別技術(shù)相比，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)。其系統(tǒng)組成如下：①標(biāo)簽，由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信；②閱讀器，讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備；③天線，在標(biāo)簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。

典型的射頻識別系統(tǒng)主要是射頻卡和閱讀器兩部分。射頻卡是將幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中，芯片上有EEPROM用來儲存識別碼或其他數(shù)據(jù)。

EEPROM容量從幾比特到幾萬比特，芯片外圍無需連接天線完成與讀寫器的通信。在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，讀寫器在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波。射頻卡內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過這個(gè)區(qū)域時(shí)，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生諧振，在電容上感應(yīng)出電荷。在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2 V時(shí)，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。閱讀器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯誤校驗(yàn)來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后通過RS232，RS422，RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

另外，引入的光纖線路高速大容量，無線語音數(shù)據(jù)，IP軟交換，高速圖像監(jiān)控，移動定位等多種先進(jìn)技術(shù)，對于煤礦企業(yè)、井下設(shè)備，均為低耗本安型功能模塊設(shè)計(jì)，設(shè)備技術(shù)成熟，可靠性極高。從先進(jìn)的技術(shù)方面進(jìn)一步?jīng)Q定了安裝井下人員定位系統(tǒng)的重要性。

4 井下人員定位系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題及建議

（1）因?yàn)榫绿厥夤ぷ鳝h(huán)境，如果使用遠(yuǎn)距離射頻卡系統(tǒng)，讀寫器價(jià)格昂貴，隨著距離的增加，系統(tǒng)的價(jià)格將迅速增加。如果要實(shí)現(xiàn)人員位置的密集跟蹤，系統(tǒng)造價(jià)將難以承受；若只實(shí)現(xiàn)小范圍的人員檢測，難以體現(xiàn)其價(jià)值，更難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用，致使許多礦井因?yàn)榻?jīng)濟(jì)原因而不愿安裝?！笆濉逼陂g，煤炭工業(yè)電子信息化建設(shè)在“九五”發(fā)展的基礎(chǔ)上，圍繞煤炭工業(yè)改革發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)，以信息和知識資源的開發(fā)利用為核心，結(jié)合煤炭工業(yè)實(shí)際需要，重點(diǎn)進(jìn)行煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測監(jiān)控等信息化建設(shè)工作，已納入安全生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營管理日程，所以筆者認(rèn)為，安裝井下人員定位系統(tǒng)勢在必行。可以從軟件技術(shù)上進(jìn)行研究開發(fā)，提高射頻卡的靈敏度，降低成本。另外，希望政府政策方面給予扶持。

（2）礦井內(nèi)，大量的生產(chǎn)設(shè)備，配套的輔助設(shè)備數(shù)量、種類繁多，情況復(fù)雜，且處于不定期的變動中，致使系統(tǒng)的精確性達(dá)不到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用要求。建議對設(shè)備進(jìn)行捆綁分組跟蹤，并在軟件技術(shù)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，使系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，能夠方便快捷地對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

（3）由于RFID系統(tǒng)使用的頻率和通信方式，抗干擾的性能非常有限，在井下復(fù)雜環(huán)境下使用也存在問題，工作性能大大降低。為了避免井下環(huán)境對無線信號的干擾，建議所有無線標(biāo)簽?zāi)K應(yīng)使用抗干擾的直序擴(kuò)頻通信方式。

（4）我國目前所使用的井下人員定位系統(tǒng)，實(shí)際上僅僅使用了其考勤功能，相當(dāng)于一種考勤記錄系統(tǒng)，并非真正的人員定位跟蹤系統(tǒng)。建議企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對現(xiàn)有系統(tǒng)引起足夠的重視和利用，引進(jìn)專業(yè)人才，使其能夠充分發(fā)揮井下人員定位的作用。

[1]程真.5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)井下避險(xiǎn)系統(tǒng)全覆蓋.中國能源報(bào)，2010－05－24（第17版） .

[2]文漢云，金升藻.基于RFID技術(shù)的動物識別與跟蹤管理系統(tǒng)研究 [J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2006（3）：73－75.

[3]段錦，齊紅，宋璐.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].計(jì)算機(jī)工程，2002（4）：263－265.

[4]侯方勇，戴葵.計(jì)算機(jī)射頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2002（12）：105－107.

General Analysis of the Underground Staffs Positioning System

Fu Jingbo

The paper illustrates the importance of installing the underground staffs positioning system to the coal mining safety production in the following three aspects， the production situation of coal mining industries， the superiority and the advantages of the underground staffs positioning system.The author also points out the problems existed in the application of the underground staffs positioning system and gives the personnel opinions and some suggestions about it.

personnel location system；safety；radio frequency identification

X924.3

A

1000-4866(2010)04-0001-02

付靖波，男，1982年出生，畢業(yè)于山西大學(xué)（電子信息工程專業(yè)），現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)公司燕子山礦企劃部工作，助理工程師。

2010-09-07

2010-09-28