人员定位设计方案

山西和顺正邦煤业有限公司

人员定位系统项目

设计方案

设计单位：中国煤炭科学研究院重庆分院

二O0八年九月

前言

长期以来，煤炭一直是我国的重要基础能源和原料，煤炭生产关系国计民生。然而，由于种种原因，煤炭生产事故时有发生，如何加强安全生产的防范措施，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，摆到了国家各级主管部门和领导的面前。同时，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。经过长期的探索，我们发现建立以灾害预防、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。为了不断加强煤炭企业的日常管理及抢险救援工作，我们采用国际最新的射频识别技术，开发了 "煤矿井下人员定位系统"，这一科技成果的实现，必将为煤矿企业的安全生产和经营管理上台阶、上水平带来新的契机。KJ251A型矿井人员管理系统就是为了满足这种需求而专门开发的。系统采用先进的远距离无线射频识别技术和远程通讯技术，由地面管理计算机及软件、人员定位分站、人员标识卡及读卡器等组成。可实现对矿井入井人员的实时监测、紧急呼叫、跟踪定位、轨迹回放、考勤统计、报表查询等功能。

一、人员管理系统方案设计原则

本系统在设计过程中始终遵循系统应具备高可靠性、先进性、实用性、扩展性及开放性原则，以满足矿井人员管理系统整体的需要。设计依据为：☆《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》AQ6210-2007

☆《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》AQ1048-2007

☆《EIA/TIA 568》

☆《EIA/TIA-569 （通讯布线）》

☆《煤矿安全规程》

☆《煤矿监控系统总体设计规范》

☆《煤矿监控系统中心站软件开发规范》

☆《煤矿监控系统性能测试方法》

☆《数字数据网络工程设计暂行规定》YD5029-97

☆《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》

☆《爆炸性环境用防爆电气设备防爆型电气设备》

☆《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备》

☆《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》

☆《矿井通风及安全装备标准》

☆《矿井通风安全监测装置使用管理规范》

☆《信息技术设备包括电气设备的安全规范》

☆《安全技术防范规范工程程序技术规范》

二、系统设计方案

山西和顺正邦煤业有限公司井下人员定位考勤系统具体要求有以下几点：

A、对井下、及地面相关场地及人员能够监测。为煤矿管理提供可靠的数据；

B、能够监测采煤工作面的进出口的人员进出情况及人员数量；

C、能够监测掘进工作面的人员进出情况及人员数量；

D、能够监测无人作业巷道的人员进出情况及人员数量；

E、能够监测入井口、风井、主副井的人员进出情况及数量；

F、能够监测特殊区域的人员进出情况及人员数量；

G、能够监测维修巷道的人员进出情况及人员数量；

J、能够监测其他巷道的人员进出情况及人员数量，并考虑一定的备用量；

H、能与现在安全监控系统联网、便于管理、节约投资；为今后煤矿办公自动化奠定基础。

三、系统环境要求

1 地面中心站及智能通信接口

—温度：15℃～30℃

—湿度：40 %～70%RH

—温度变化范围：〈10℃∕h（不结露）〉

—清洁、无强磁场干扰，无腐蚀性气体和无爆炸性气体

—有专用的供电系统和后备电源

—有防雷击措施

2 井下分站和传感器

—温度：0℃～40℃

—相对湿度：≤95 % RH

—大气压力： 85KPa～110 KPa

—无剧烈振动和冲击的场所；

—周围介质无腐蚀性气体

3 机房要求

—供电电源应满足：电压：220V、频率：50Hz、相数：三相四线制∕单相三线制

—机房内照明度不低于2001x

—机房内的噪音应小于70dB

—机房内无线电干扰场在频率范围为0.15MHz～500MHz时不大于126dB 4 系统接地要求

—地面系统交流工作接地电阻不宜大于4Ω

—地面系统安全保护接地和防雷保护接地电阻不宜大于4Ω

—井下设备不接地，且要符合《煤矿安全规程》中第482～487条的规定。

—系统通讯电缆干线的屏蔽层仅允许在地面中心站机房或竖井一处可靠接到屏蔽地上，决不允许多点接地。

四、设备参数设置

本系统是加强入井人员管理、提升生命保障、促进煤矿安全生产的理想产品。结合煤矿井下特殊的作业环境，采用先进的冗余技术、数据存储技术、双机热备技术、防碰撞技术、校验机制、低功耗技术及后备电源技术、防作弊机制等保障了系统准确可靠识别及传输，彻底解决了井下人员分布实时统计及考勤不准确的难题。实现对入井人员的身份核查、实时监测、跟踪定位、轨迹回放、重点区域数量统计、电子巡更、考勤管理、报表查询、信息网络发布、双向通讯、爆破闭锁、紧急搜救、生产调度、工资核算等功能，为煤矿安全生产以及紧急救援提供第一手可靠的决策实时信息。该系统可方便接入综合自动化网络平台，无须重复布线，减少投资。

主要功能特点

a. 跟踪定位功能：系统对井下人员进行实时地跟踪监测，自动显示其位置。

b. 考勤管理功能：系统能够实时地记录作业人员出入井时刻；自动生成井下作业时间；可对全矿井、部门、干部或员工进行月考勤及报表打印，考勤准确率高，无漏卡现象。

c. 双向通讯功能：系统不仅能够接收识别卡发送信息，还可以对全矿井或部分区域内目标进行群发“撤离”命令、对单个目标下发“撤离升井”

或“回电话”命令。中心站终端显示命令下发确认；地面可自由对命令进行撤销。

d. 自动识别功能：乘车出入的工作人员无需下车，在车辆进入监测区域后，就可自动完成人员定位及考勤功能。

e. 数据存储功能：矿用读卡器和分站具有实时存储多条数据信息功能；即使在通讯中断的情况下，读卡器能够存储不少于3000条的数据信息，分站能够存储不少于4000条的数据信息。

f. 查询统计功能：能够对井下人数、重点区域人数、超时员工、上下井人数、系统运行信息等进行统计；对井下员工信息、分布情况进行查询。

g. 一键求救报警功能：识别卡可发送遇险求救信息，中心站进行报警提示，提供地址、时间等营救信息。

h 班中餐及津贴统计发放功能：通过当班出勤统计数据，正确发放实际下井人员的班中餐及下井津贴，避免人工统计可能导致的违规现象。

i. 危险场所门禁功能：根据需要在煤矿井下限制员工进入特殊区域。如果有未经许可人员接近该区域可发出声光报警信号，地面监控主机也会发出报警信号。

j. 特殊工种人员电子巡更功能：可对瓦检员、安检员等特殊工种人员进行实时监控、巡更管理。

k. 井下搜救功能：利用中心站提供的井下人员的大致地点，借助手持式读卡器可对井下人员进行精确搜寻。

l. 干部跟班管理功能：可对跟班干部井下跟班情况、工作时间、指定区域到位信息、加班情况等进行跟踪管理。

m. 区域爆破(放炮)闭锁功能：实时统计爆破区域内人员数量，区域内有人员时，实现爆破作业可靠闭锁；无人员时方可解锁进行爆破作业，确保井下人员生命安全。

n. 工资核算功能：自动导出人员月考勤信息，核算出工资报表，供财务部门参考。

o. 防作弊机制：实时监测分析入井人员携带标识卡性能及数量，发现替代卡则进行报警提示，确保入井人员携带标识卡的完好性和唯一性。

p. 安全环保：标识卡发射功率不大于1mw，符合国家相关规定。

主要技术指标

a. 系统容量：可接分站64台以上，每台分站可接8台目标识别器，可监测目标数量65535个。

b. 数据传输速率

工业以太网方式：100Mbps/1000Mbps；

c. 系统通讯距离

井下矿用交换机至地面中心站：≤45Km；

分站至中心站或环网节点（交换机）：≤15Km；

矿用读卡器至分站：≥3Km；

矿用读卡器与识别标识卡间通讯距离： 0～100m可调；

工业以太环网通讯方式：≤4s；RS485通讯方式：≤ 30s；

e. 最大并发识别数量：200张；

f. 标识卡电池工作时间: 2年以上，双向识别卡可更换电池。

KJ251-F8/F2 矿用本安型分站是KJ251A煤矿人员管理系统的关键设备，实现定位信息的实时收集、处理、存储、统计、显示及通讯等功能。主要技术指标：

输入电压：AC660V/AC380V/AC220V/AC127V，(50±2) Hz(可选)；

额定工作电压：12VDC/18VDC；

分站与数据通讯接口的传输口：1路；

通讯传输方式：RS485、半双工、主从式、双极性；

分站与数据通讯接口的最大传输距离：≥10 km；

分站与读卡器的传输口：4路；

接入读卡器数量：8台（F8）/2台(F2)；

远程本安供电距离：≥2km；

分站存储数据时间：≥2h；

分站在主通讯中断后，可存储4000条数据信息。

（2）系列读卡器

作为KJ251A煤矿人员管理系统的关键设备，负责与标识卡间的无线通讯，实现信息的采集、处理、存储、显示及发送等功能。KTW118型矿用无线通信基站能够接收矿用本安手机和定位识别卡的信息，实现矿井无线通讯系统和人员定位系统的二合一功能。

主要包括KJF210 A/B型矿用读卡器、KTW118型矿用无线通信基站。

额定工作电压：DC9V～DC24.5V；；

工作频率：2.4GHz±0.08GHz；

识别移动目标的最大位移速度：不小于10m/s；

漏卡率：小于10-4；

接收灵敏度：-65dBm；

无线传输距离：≥80m；

发射功率：≤1mW；

防护等级：IP54；

中断存储容量：≥3000条。

（3）系列定位识别卡

KGE116D双向识别卡用于标识人员或流动生产资料，识别距离远、发送求救信息、接收命令及声光提示等。

主要技术及功能指标：

2）供电方式：

KGE116D型标识卡：DC3V（纽扣型非充电锂电池组，可更换）；

3）使用寿命：

KGE116D型标识卡：≥1年；

4）发射功率：≤1mW；

5）编码范围：1～65535；

6）无线接收距离：≥100m(KGE116D)；

KGE116D型标识卡：IP54；

8）KGE116D型标识卡接收命令，进行声光提示；

9）携带方式：体积小，可配置为帽卡、腰卡、矿灯卡。

（4）FDY50矿用移动式读卡器

本设备用于检查携带标识卡的唯一性，也可对井下目标动态搜寻及准确定位。

主要技术指标：

最大并发识别数量：≥200个识别卡；

识别移动目标的最大位移速度：不小于10m/s；

漏卡率：小于10-4；

发射功率：≤0dBm；

接收容量：1～65535；

无线接收距离：

无线最大接收距离：≥50m（搜寻状态）；

近距离接收距离：≤50cm(检身及验卡状态）；

存储容量：8000条信息；

外观尺寸：65mm×116mm×41mm；

防护等级：IP54。

五、人员监测系统定位分站以及目标识别器分布设置

1、人员定位目标识别器安装设置情况为:

安装地点1：主、副井入口及井底车场各设1台读卡器

服务范围：检测当前主、副井入井人数以及出井人员的统计。

安装地点2：07工作面运输和回风巷道口和中央变电所各设1台读卡器

服务范围：检测07采区、井底煤仓人员信息情况。

2、人员管理分站的安装分布情况为：

安装地点1：井底车场1台管理分站

服务范围：主井入口、主井途中、副井入口、07工作面运输巷道口、07工作面回风巷道口、共5台读卡器。

安装地点2：中央变电所1台管理分站

服务范围：中央变电所1台读卡器。

合计：人员管理分站共2台，读卡器共8台（安装6台、备用2台）。六、人员管理系统组成

人员管理系统主要由监控计算机、系统软件、人员定位分站、读卡器、人员标识卡、避雷器和传输接口等组成。

监控主机：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、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。

系统软件：完成人员信息编码采集、识别、加工、显示、存储、查询和报表打印。

人员管理分站：通过与读卡器的有线通讯，实时获取人员编码数据（本地显示）。

读卡器：接收标识卡发出的无线人员编码信号。

人员标识卡：承载唯一的人员编码信息，当被无线信号激活后，将编码数据发送给读卡器。人员标识卡有矿帽式、矿灯式、胸卡、腰卡等四种方式可选。根据系统在煤矿的现场使用情况反馈，便于对人员标识卡的管理，本方案推荐选用矿帽式人员标识卡，用户也可根据实际需要进行选择。

七、系统的工作原理

人员随身携带的标识卡进入读卡器工作区域被激活后（未进入读卡器工作区域标识卡不工作---处于休眠状态），即将人员编码加密信息发射出去；读卡器接收到标识卡发来的无线信号，经分站接收处理后，提取出人员编码相关信息，经数据传输接口送至地面监控计算机，完成矿井人员自动跟踪定位管理和考勤。

分站工作原理如图：

八、系统主要功能特点

1、本系统可以对井下人员可实时跟踪监测，实现井上井下的双向呼叫，对发生的危险作出明确的反馈

2、可实时跟踪查询、打印当前及某时间段井下人员数量、活动轨迹及分布情况。

3、在人员出、入井口设置检卡器，用于检测入井人员标识卡的完好性以及每位下井人员携带1张卡唯一性检测功能。

4、目标识别器和标识卡具有完全独立的发射与接收部件，其核心技术均由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成。

5、标识卡采用高级嵌入式微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现睡眠、唤醒、解码、编码、通信及信息碰撞处理等功能。

6、标识卡超低能耗设计，并采用间歇式工作方式，可使用2年以上。

7、系统能方便实现识别范围的调整，识别距离0-100米可调。

8、系统能可靠识别静态或≤80Km/h的高速移动目标。

9、单台目标识别器可瞬间同时识别200个以上的人员标识卡。乘车出入的工作人员无需下车，在车辆进入监测区域后，就可自动完成人员定位及考勤功能。

10、识别区域无方向性、无盲区，对人体没有伤害。

11、井下人员跟踪定位分站与地面中心站失去联系时，分站仍能独立工作，自动存储人员监测数据，当通讯恢复后监控主机可提取数据自动完成数据修复。

12、系统在进行实时数据采集时，可进行记录、显示、查询、编辑、人工录入、网络通信等。

13、系统中心站及网络终端可以联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围内都

能共享监测信息，查询各类数据报表。

14、门禁功能。根据需要在煤矿井下限制员工进入特殊区域。如果有未经许可人员接近该区域可发出声光报警信号，同时地面监控主机也会发出报警信号。

15、报警功能。可以对下井人员限制出入时间及地点，如果超过授权时间或进入未经授权的地点都会触发报警设备发出警示，以便控制人员迅速做出反映，采取安全措施。

16、系统可自动生成人员信息数据库，实现考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。

17、矿井一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。

18、系统具有人员活动轨迹再现功能。

九、系统软件说明

系统软件为煤炭科学研究总院重庆研究院自主开发。采用目前先进https://www.360docs.net/doc/886060041.html, 开发平台开发，结合功能强大的SQL SERVER 数据库。基于B/S结构的网络监控软件，可通过IE浏览器即可在网络上浏览、查询、打印矿井人员定位及考勤管理等相关信息。

软件共分为十大功能模块，具体功能如下：

1、双向呼叫功能：本系统新增井上井下双向呼叫功能，对呼叫人员可以发出“撤离”和“回电话”等不同状态的信号，是井上井下的信息相互反馈，寻找井下人员，有了一个直观的追踪模式，并对井下人员在遇到危险时，系统能很快的做出反馈，使搜救人员在井上就能做出明确的判断，为搜救工作顺利展开赢得宝贵的时间。

井下发出求救信息的反馈界面

对井下人员进行呼叫

井下人员发出的求救信息

2、图形显示功能：提供丰富的表示方式。系统图采用SVG矢量图形格式，支持界面无闪烁刷新，无极放大和缩小，具备任意漫游功能。根据图形的局部细化可以知道矿井巷道分布，各巷道的人员分布，人员的滞留时间。直观的显示设备的通讯状况。当有人员超时或通讯异常时动态模拟图实现不同的图形符号闪烁显示（同时系统会自动声光报警），并有详细的报表描述，根据矿方需要可以自动进行语音报警。如果矿方具有短信发送平台，系统软件可以根据用户要求设置短信报警。

KJ251人员定位考勤管理系统案例

3、人员跟踪功能：该功能是本套系统定位部分的核心功能，使用本功能可以实时跟踪到特定人员的当前井下位置，当天上班途经的地点和时间，在各位置的滞留时间，并可对其运行轨迹在巷道分布图上进行形象直观的回放。使用该功能可以对特定人员进行迅速定位，核查相关领导是否进行了跟班作业，监督特殊工种；对于井下特定位置财物遗失和损坏可以圈定相关责任人；事故发生时，可以迅速确定相关遇险人员的数量，最近出现位置和时间，为事故抢险提供可靠依据；事故抢险过程中，地面指挥人员可以在第一时间知道抢险人员与被困人员当前所在位置，为事故的抢险赢得宝贵时间；事故发生后可以根据该系统保留的历史数据，进行事故分析和责任界定提供参考依据；

★选择跟踪：本功能对任意指定编号或者姓名的员工进行实时跟踪（可对跟踪人员进行增减）；指定人员一旦在井下移动了位置，可以第一时间进行自动报告。这对于监督特殊工种当前的作业状况非常实用，是调度人员有用的跟踪工具。

★实时跟踪：本功能对当前经过目标识别器的人员进行实时显示；可以知道当前指定时间内处于活动状态的员工。直观形象的表示出人员的实时流动状况。

★活动轨迹：本功能可对下井人员任意时间的活动轨迹进行查询。

★位置查询：本功能可对指定人员当前井下位置进行查询。

★个人定位：此功能是在巷道布置图上快速的标识出特定人员的位置。与位置查询功能是一个互补。位置查询是以文本报表方式提交给用户，而个人定位是将结果以图形的方式展现。

★轨迹回放：本功能实现任一员工某指定天的运行轨迹在背景图上进行回放。形象的反映了其当天所行走的轨迹，给出了图形表示，也提供了数据报表，是一个非常理想的图形演示工具。

特定工作面附近分布的人数及时间。当事故出现时，为特定区域人数统计和明细提供依据。

4、查询统计：

★井下员工查询：可以按照自定义组合条件查询出井下员工当前位置和来源位置及滞留时间。可以方便的打印相关报表和导出为EXCEL文件。使用此功能可以动态掌握当前井下员工的信息。

★员工分布查询：对井下分布各分站进行相关统计，点击相关地址可以获得分布人员明细

★井下人数统计：对当前和当天下井人数进行汇总；使领导及时把握全矿下井人员情况；此统计人数可自定义显示在图形界面上。

★区域人数统计：可以任意设置和管理相关采掘区域，自动进行区域人数统计。使管理人员可以方便的知道特定区域的工作人数。点击相应区域可以获得相关人员明细。

★未到达区域查询：此功能用以督察和考核相关领导跟班情况，特殊工种是否循检了其工作范围的所有区域。点击相关状态，可以得到到达人员和工作的明细记录。使监督考核变得简单可行。

★超时员工查询：在人员定位系统设计中使用了多种报警机制。可以根据矿方的实际工作情况设定额定工作时间。在超过正常工作时间范围，此人如果没有上井，软件自动在此人最后出现的地方以人员超时图标进行提示，并为此人提供当天的详细运行记录报表。

班中餐统计：传统的送班中餐因为不能准确知道对应地点的准确人数，造成送饭工工作不便，造成个别工人无法及时就餐，甚至吃不上班中餐。严重影响工

★人的身体健康和安全生产。有了该功能后，给后勤服务提供了及时可靠，

准确的信息。在某些矿井是采用班中餐补贴的方式，使用该功能可以自

动统计，计算工人对应的补贴。