1、2022-12-28矿井人员定位系统矿井人员定位系统矿井人员定位系统矿井人员定位系统煤矿井下安全避险“六大系统”之人员定位系统矿井人员定位系统 煤矿安全普遍存在着以下隐患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）井上管理人员不能及时与井下工作人员进行即时通信进行即时通信,2）不能实时掌握井下人员的分布及作业情）不能实时掌握井下人员的分布及作业情况况,难以进行人员的精确定位。难以进行人员的精确定位。矿井人员定位系统 2010年年5月月19-20日，国家安全监管总局、国家煤日，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）公司召开全国矿安监局在山西省潞安矿业（集
2、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，建立完善煤矿监煤矿井下救生舱等避险设施建设，建立完善煤矿监测监控、测监控、人员定位人员定位、紧急避险、压风自救、供水、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络系统等安全避险施救和通信联络系统等安全避险“六大系统六大系统”，提，提高煤矿安全保障能力。高煤矿安全保障能力。矿井人员定位系统v 实时
3、掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹 v 紧急情况下的双向呼叫v 实现依据井下作业位置和实践的严格考勤v 灾变情况下能根据井下人员位置准确施救v 提升企业管理水平矿井人员定位系统v 煤矿井下作业人员管理系统煤矿井下作业人员管理系统 management system for the underground personnel in a coal mine 监测井下人员位置，具有携卡人员出监测井下人员位置，具有携卡人员出/入井时刻、入井时刻、重点区域出重点区域出/入时刻、限制区域出入时刻、限制区域出/入时刻、工作时入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线间、井下和重点区域人员数量
4、、井下人员活动路线等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能。功能。矿井人员定位系统v 主机主机 host 主要用来接收监测信号、报警判别、数据统计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、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。控制打印输出、与管理网络联接等。v 传输接口传输接口 transmission interface 接收分站发送的信号，并送主机处理；接收主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，机信号、并送相应分
5、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多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。能。矿井人员定位系统v 位置监测分站位置监测分站 location monitoring substation 通过无线方式读取识别卡内用于人员识别的信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。息，并发送至地面传输接口。v 识别卡识别卡 identification card 由下井人员携带，保存有约定格式的电子数据，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
6、发送给分站。别的数据发送给分站。矿井人员定位系统系统采用的无线通信技术：系统采用的无线通信技术：1、射频识别技术、射频识别技术 2、2.4G无线通讯技术无线通讯技术3、2.4G直序扩频通讯技术直序扩频通讯技术矿井人员定位系统射频识别技术：射频识别技术：v 定义：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。矿井人员定位系统v 组成：组成：射频识别系统主要由Tag(标签)、读写器、天线等组成。(1)电子标签(T ag):又称智能标签或称射频卡;(2)读写器(Reader):有时也被称为阅读器、通讯
7、器或称为读出装置,用以产生发射无线电射频信号并通过天线接收由电子标签反射回的无线电射频信号,经处理后获取标签数据信息,有时还可以写入标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;(3)天线(Antenna):在标签和阅读器间传递射频信号。矿井人员定位系统v RFID 有以下特点有以下特点:(1)操作简单方便,可以实现高速移动目标的识别。(2)无硬件接触,避免了因机械接触而产生的各种故障,使用寿命长。(3)射频识别卡完全密封,具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能,适合在井下恶劣环境中工作。(4)对无线传输的数据都经过随机序列的加密,并有完善、保密的通信协议。(5)通信协议具有防碰撞机制,可实
8、现同时对多个移动目标进行识别。(6)信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣物、人等),数据传输量小,抗干扰能力强,感应灵敏,易于维护和操作。矿井人员定位系统 煤矿井下使用的人员管理系统无线通讯频率煤矿井下使用的人员管理系统无线通讯频率采用最多的是采用最多的是2.4GHz。属于微波频段。属于微波频段。2.4GHz微波的主要特点是：微波的主要特点是：传播距离远传播距离远 数据传输速率高数据传输速率高 超功耗低超功耗低 传播路径主要为反射方式传播路径主要为反射方式 存在多径效应存在多径效应 电波穿透力较差电波穿透力较差矿井人员定位系统 性能更优越的无线通讯技术：性能更优越的无线通讯技术：2.4G直序
9、扩频无线技术直序扩频无线技术 采用直序扩频无线的技术：采用直序扩频无线的技术：WiFi通讯：主要用于无线以太网通讯：主要用于无线以太网 Zigbee通讯：主要用于无线传感器网络通讯：主要用于无线传感器网络 专用通讯芯片技术：使用于各种特殊应用专用通讯芯片技术：使用于各种特殊应用矿井人员定位系统v 技术原理技术原理 直接序列扩频（直接序列扩频（DSSS）是直接利用具有高码率的）是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成
10、原始的信息把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。矿井人员定位系统 在发射信号前引入相应的伪随机扩频码的过程在发射信号前引入相应的伪随机扩频码的过程称为扩频处理；在接收时从信号中移去扩频码，恢称为扩频处理；在接收时从信号中移去扩频码，恢复原始数据的过程称为解扩。复原始数据的过程称为解扩。矿井人员定位系统技术特点：技术特点：（1 1）抗干扰性强抗干扰性强 因为干扰信号不带有扩频因子，所以被过滤掉。只有包因为干扰信号不带有扩频因子，所以被过滤掉。只有包含括频因子的、有用的信号才能接收到。含括频因子的、有用的信号才能接收到。（2 2）直扩通信速率高直扩通信速率高 直扩通信速率可达直扩通信速率可达 2M，
11、8M，11M。（3 3）安全性好安全性好 没有授权的用户不知道扩展原始信号的扩频因子，所以没有授权的用户不知道扩展原始信号的扩频因子，所以他们无法解码。他们无法解码。（4 4）抗多径干扰抗多径干扰 多方向的反射信号对无线通讯的影响很大，尤其是多方向的反射信号对无线通讯的影响很大，尤其是2.4G微波频段。这些折射波到达接收端的时间不同而形成多径微波频段。这些折射波到达接收端的时间不同而形成多径干扰。干扰。矿井人员定位系统 网络结构主要有三种：网络结构主要有三种：（1 1）总线式电缆独立组网结构总线式电缆独立组网结构 （2 2）总线式光纤专网组网结构总线式光纤专网组网结构 （3 3）工业以太环网组
12、网结构工业以太环网组网结构矿井人员定位系统矿井人员定位系统矿井人员定位系统矿井人员定位系统 矿井人员管理系统能融合井下人员定位矿井人员管理系统能融合井下人员定位管理和矿井机车管理系统为一体，做到对下管理和矿井机车管理系统为一体，做到对下井工作人员及车辆的有效监测与科学管理。井工作人员及车辆的有效监测与科学管理。系统构成：系统构成：地面监控中心：包括监控主机，系统软件等地面监控中心：包括监控主机，系统软件等 传输平台：包括数据接口，以太网交换机等传输平台：包括数据接口，以太网交换机等 无线信号及数据采集设备无线信号及数据采集设备 移动目标标识卡移动目标标识卡矿井人员定位系统v 地面监控中心地面监
13、控中心 负责整个系统设备及人员检测数据的管理、负责整个系统设备及人员检测数据的管理、分站实时数据通讯、统计存储、屏幕显示、分站实时数据通讯、统计存储、屏幕显示、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。矿井人员定位系统矿井人员管理系统矿井人员管理系统 完成人员信息编码采集、完成人员信息编码采集、识别、编辑、远程数据联网识别、编辑、远程数据联网上传、上传、WEB发布等功能。发布等功能。数据传输接口数据传输接口 数据传输接口是人员管理数据传输接口是人员管理系统井上的组成部分，与井系统井上的组成部分，与井下设备进行通讯。下设备进行通讯。矿井人员定位系统v井下无线信号及数
14、据采集设备井下无线信号及数据采集设备 包括人员定位分站、动态目标识别器、人员标包括人员定位分站、动态目标识别器、人员标识卡、矿用电源箱等作为井下人员信息无线检测处识卡、矿用电源箱等作为井下人员信息无线检测处理的基本单元。在井下主巷道、分支巷道和监测点理的基本单元。在井下主巷道、分支巷道和监测点等区域采用人员定位分站等区域采用人员定位分站+矿用本安电源矿用本安电源+动态目动态目标识别器等连接方式监测井下人员的情况。标识别器等连接方式监测井下人员的情况。矿井人员定位系统读卡分站读卡分站v 收集识别器的采集数收集识别器的采集数据，上传至中心站，据，上传至中心站，与中心站采用两芯电与中心站采用两芯电缆
15、相连，与识别器采缆相连，与识别器采用四芯电缆相连。用四芯电缆相连。隔爆兼本质安全型电源箱隔爆兼本质安全型电源箱 v 隔爆兼本质安全型电源箱是隔爆兼本质安全型电源箱是为煤矿井下本质安全型设备为煤矿井下本质安全型设备提供本质安全电源，具有备提供本质安全电源，具有备用电源功能的稳压电源。用电源功能的稳压电源。矿井人员定位系统动态目标识别器动态目标识别器 v采用采用2.4G无线通讯技术，抗干扰无线通讯技术，抗干扰能力强能力强人员标识卡人员标识卡：v采用采用DSSS直序扩频通讯方式，直序扩频通讯方式，抗干扰能力、抗多径效应能力强抗干扰能力、抗多径效应能力强 具备双向呼叫功能具备双向呼叫功能矿井人员定位系
16、统系统技术指标系统技术指标v 最大位移速度：最大位移速度：120km/h(30m/s)v 最大并发识别数量：最大并发识别数量：200v 漏读率：漏读率：10-6 误码率误码率:10-8 v 传输距离：分站至接口传输距离：分站至接口20km v 本安供电距离：本安供电距离：2kmv 监控系统容量：识别卡数量监控系统容量：识别卡数量60000张张v 最大巡检周期：最大巡检周期：25s（总线式）；（总线式）；2s（以太网）（以太网）v 存储时间：中心站记录存储可达存储时间：中心站记录存储可达10年以上年以上 分站存储数据时间分站存储数据时间 24h v 画面相应时间：调出整幅画面画面相应时间：调出整
17、幅画面85%的响应时间的响应时间2 s v 双击切换时间：双击切换时间：即时切换即时切换v 供电时间：备用电源供电时间：备用电源 8h 标识卡电池寿命：可更换一般标识卡电池寿命：可更换一般6个月个月 不可更换不可更换13年年矿井人员定位系统AQAQ标准规定功能要求标准规定功能要求v 系统应具有位置监测功能系统应具有位置监测功能v 系统应具有管理功能系统应具有管理功能v 系统应具有存储、报警、显示、打印、系统应具有存储、报警、显示、打印、查询等功能。查询等功能。矿井人员定位系统系统实现功能：系统实现功能：v 监测功能监测功能v 管理功能管理功能v 存储查询功能存储查询功能v 显示打印功能显示打印
18、功能v 人机对话功能人机对话功能v 自诊断功能自诊断功能v 网络通讯网络通讯矿井人员定位系统v系统应具有携卡人员出系统应具有携卡人员出/入井时刻、出入井时刻、出/入重点区域入重点区域时刻、出时刻、出/入限制区域时刻等监测。入限制区域时刻等监测。v系统应具有识卡人员出系统应具有识卡人员出/入巷道分支方向等功能。入巷道分支方向等功能。v系统应具有对乘坐电机车等各种运输工具的携卡系统应具有对乘坐电机车等各种运输工具的携卡人员进行准确识别。人员进行准确识别。v系统应具有识别多个同时进入识别区域的识别卡。系统应具有识别多个同时进入识别区域的识别卡。v系统应具有识别卡工作是否正常和每位下井人员系统应具有识
19、别卡工作是否正常和每位下井人员携带携带1张卡唯一性检测功能。张卡唯一性检测功能。矿井人员定位系统 系统应具有携卡人员下井总数、出系统应具有携卡人员下井总数、出/入井入井时刻、下井工作时间等显示、打印、查询等时刻、下井工作时间等显示、打印、查询等功能，并具有超时人员总数及人员、超员人功能，并具有超时人员总数及人员、超员人员总数人员报警、显示、打印、查询等功能。员总数人员报警、显示、打印、查询等功能。矿井人员定位系统v系统应具有存储功能。系统应具有存储功能。v系统应具有查询功能。系统应具有查询功能。v系统应具有防止修改实时数据和历史数据等系统应具有防止修改实时数据和历史数据等存储内容功能存储内容功
20、能。v系统应具有数据备份功能系统应具有数据备份功能。v分站应具有数据存储功能。当系统通信中断分站应具有数据存储功能。当系统通信中断时，分站存储识别卡卡号和时刻；系统通信时，分站存储识别卡卡号和时刻；系统通信正常时，上传至中心站。正常时，上传至中心站。矿井人员定位系统v系统应具有汉字显示和提示功能。系统应具有汉字显示和提示功能。v系统应具有列表显示功能。系统应具有列表显示功能。v系统应具有模拟动画显示功能。系统应具有模拟动画显示功能。v系统应具有系统设备布置图显示功能。系统应具有系统设备布置图显示功能。v系统应具有汉字报表、初始化参数召唤打印功能。系统应具有汉字报表、初始化参数召唤打印功能。（打
21、印内容包括：下井人员总数及人员、重点区（打印内容包括：下井人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员、域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员、超员报警人员总数及人员、限制区域报警人员总超员报警人员总数及人员、限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员、领导干部每月下井总数及时间统计等。员、领导干部每月下井总数及时间统计等。)矿井人员定位系统v系统应具有人机对话功能系统应具有人机对话功能,以便于系统生成、参数以便于系统生成、参数修改、功能调用、图形编辑等。修改、功能调用、图形编辑等。v系统应具有操作权限管理功能系
22、统应具有操作权限管理功能,对参数设置等必须对参数设置等必须使用密码操作使用密码操作,并具有操作记录。并具有操作记录。v在任何显示模式下在任何显示模式下,均可直接进入所选的列表显示、均可直接进入所选的列表显示、模拟图显示、打印、参数设置、页面编辑、查询模拟图显示、打印、参数设置、页面编辑、查询等方式。等方式。矿井人员定位系统 系统应具有自诊断功能。当系统中分站、传输系统应具有自诊断功能。当系统中分站、传输接口等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故接口等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。障设备，以供查询及打印。矿井人员定位系统 系统具有网络接口、将有关信息上传至系统具
23、有网络接口、将有关信息上传至各级主管部门。各级主管部门。矿井人员定位系统 前面已经提到系统主要分三大部分，因此系统前面已经提到系统主要分三大部分，因此系统建设也包含三大块：建设也包含三大块：（1 1）、中心站建设、中心站建设 （2 2）、传输平台建设、传输平台建设 （3 3）、井下监测部分建设、井下监测部分建设矿井人员定位系统 中心站主要包括监控主机和数据接口。在安装中心站主要包括监控主机和数据接口。在安装过程中需要注意的是给主机提供不间断电源、电源过程中需要注意的是给主机提供不间断电源、电源防雷和信号防雷。防雷和信号防雷。机房中设备安装必须符合煤矿安全规程的要机房中设备安装必须符合煤矿安全规
24、程的要求。求。矿井人员定位系统传输平台建设有三种方式：传输平台建设有三种方式：总线式电缆独立网络建设总线式电缆独立网络建设v 这种网络的全部线缆都是电缆，一般情况主干用两这种网络的全部线缆都是电缆，一般情况主干用两芯，支干用四芯，在建设时候，应注意电缆敷设和芯，支干用四芯，在建设时候，应注意电缆敷设和电缆续接方面的要求，一定要符合煤矿安全规程的电缆续接方面的要求，一定要符合煤矿安全规程的要求，最重要的是信号电缆不应与动力电缆在同一要求，最重要的是信号电缆不应与动力电缆在同一煤壁挂，以防信号干扰，导致数据上传错误。煤壁挂，以防信号干扰，导致数据上传错误。矿井人员定位系统总线式光纤专网建设总线式光
25、纤专网建设v 此网络井下和地面通信采用光纤传输方式，其余网此网络井下和地面通信采用光纤传输方式，其余网络采用电缆传输，在建设网络时候需要注意光缆敷络采用电缆传输，在建设网络时候需要注意光缆敷设的要求和井下光端机的放置要求，必须严格按照设的要求和井下光端机的放置要求，必须严格按照煤矿安全规程施工。煤矿安全规程施工。矿井人员定位系统工业以太环网建设工业以太环网建设v 工业以太环网是井下和地面采用交换机进行通讯，工业以太环网是井下和地面采用交换机进行通讯，只要在有交换机的地方，系统分站就能直接接入网只要在有交换机的地方，系统分站就能直接接入网络中和地面络中和地面 中心站通信，此网络建设过程中主要涉中
26、心站通信，此网络建设过程中主要涉及井下光缆的敷设、环网交换机的选位，通过合理及井下光缆的敷设、环网交换机的选位，通过合理的选位使整个矿井网络具有更加清晰地井下架构，的选位使整个矿井网络具有更加清晰地井下架构，在其他系统也接入环网的情况下，高质量信息化矿在其他系统也接入环网的情况下，高质量信息化矿井就应运而生。井就应运而生。矿井人员定位系统 井下监测部分主要包括定位分站、分站电源和井下监测部分主要包括定位分站、分站电源和识别器。识别器。定位分站定位分站v 定位分站要选择何理的位置，最好在离主网比较近定位分站要选择何理的位置，最好在离主网比较近的位置，并且使其下带的识别器线缆敷设方便。的位置，并且
27、使其下带的识别器线缆敷设方便。v 定位分站选点必须取电方便。定位分站选点必须取电方便。v 定位分站选点应尽量避免漏水和易塌方的地点。定位分站选点应尽量避免漏水和易塌方的地点。v 定位分站选点最重要的还是必须符合煤矿安全规程定位分站选点最重要的还是必须符合煤矿安全规程的要求。的要求。矿井人员定位系统分站电源分站电源v 分站电源主要重用是为分站提供直流电源，并且在分站电源主要重用是为分站提供直流电源，并且在断电后提供两小时的供电，因此它肯定是在分站旁断电后提供两小时的供电，因此它肯定是在分站旁边，它的选位和分站是相差无几的，另外必须注意边，它的选位和分站是相差无几的，另外必须注意的是它需要接地，以
28、免漏电事故发生。的是它需要接地，以免漏电事故发生。矿井人员定位系统识别器识别器v 识别器布置需遵循各个人员出入井口、重点区域出识别器布置需遵循各个人员出入井口、重点区域出/入口、限制区域等地点应设置识别器，并能满足入口、限制区域等地点应设置识别器，并能满足监测携卡人员出监测携卡人员出/入井、出入井、出/入重点区域、出入重点区域、出/入限制入限制区域的要求。区域的要求。矿井人员定位系统 当前当前,国内煤炭行业在井下工作人员管理方面国内煤炭行业在井下工作人员管理方面,出现了大量不同型号的人员定位系统出现了大量不同型号的人员定位系统,对煤矿的安对煤矿的安全生产和人员管理发挥了积极作用，虽然煤矿对其全
29、生产和人员管理发挥了积极作用，虽然煤矿对其作用都给予肯定评价，但是并不代表其十分完善，作用都给予肯定评价，但是并不代表其十分完善，它也有缺点需要解决。它也有缺点需要解决。矿井人员定位系统漏卡问题漏卡问题v 情况描述：人员定位系统时有发生识别器漏读下井情况描述：人员定位系统时有发生识别器漏读下井人员情况的，导致人员情况的，导致 地面在统计时候数据不准确。地面在统计时候数据不准确。v 原因分析：由于煤矿井下巷道的原因，导致识别卡原因分析：由于煤矿井下巷道的原因，导致识别卡在传输信号时发生了干扰问题（如多径干扰），在在传输信号时发生了干扰问题（如多径干扰），在传输到识别器时，导致其不能识别传来信号，
30、导致传输到识别器时，导致其不能识别传来信号，导致漏卡。漏卡。解决方案：解决方案：1）增加识别器布置数量实现冗余补漏）增加识别器布置数量实现冗余补漏 2）采用双频卡，确保准确识别）采用双频卡，确保准确识别 3）采用直序扩频技术减少多径干扰）采用直序扩频技术减少多径干扰矿井人员定位系统定位不准确问题定位不准确问题v 情况描述：煤矿在查询井下人员时候，会发生需查情况描述：煤矿在查询井下人员时候，会发生需查找人员不在此区域的问题。找人员不在此区域的问题。v 原因分析：产生这种情况的原因是识别器覆盖范围原因分析：产生这种情况的原因是识别器覆盖范围太广，有可能此人已经离开此区域但还未进入下一太广，有可能此
31、人已经离开此区域但还未进入下一区域。区域。v 解决发案：增加识别器布点的数量解决发案：增加识别器布点的数量矿井人员定位系统入井唯一性问题入井唯一性问题v 情况描述：在人员下井的时候，手工统计下井人数情况描述：在人员下井的时候，手工统计下井人数与实际下井人员不符。与实际下井人员不符。v 原因分析：产生此问题的主要原因就是一人持多卡原因分析：产生此问题的主要原因就是一人持多卡下井，导致井下人员统计不准确。下井，导致井下人员统计不准确。v 解决方案：建立具有唯一性检测的井口检卡系统，解决方案：建立具有唯一性检测的井口检卡系统，如：虹膜、脸型辅助检卡和采用有源和无源双频卡如：虹膜、脸型辅助检卡和采用有源和无源双频卡等方式等方式2022-12-28矿井人员定位系统
