基于RFID的井下人员跟踪定位系统研究.
基于RFID技术煤矿井下人员定位系统研究
基于RFID技术矿井井下人员定位系统的研究目前，煤矿井下普遍存在入井人员管理困难，管理人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低。
引入和运用煤矿井下人员定位系统，工作人员佩戴的电子标签通过地下监控节点将其位置信息传输至监控中心，实时掌握每个人在井下的位置及活动轨迹，对煤矿的安全生产将有积极作用，在一定程度上减少人员伤亡。
平时，上传的位置信息也可以用做工作人员的考勤记录。
1 射频识别技术1、1 射频识别技术的发展RFID是20世纪90世纪年代兴起的一种新的非接触式自动识别技术，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的目的。
近年来，自动识别技术得到了快速普及和推广，自动识别方法多种多样：条形码是一种应用广泛、廉价的自动识别术，但条形码信息量小，不能改写；有触点排的IC卡是电子数据载体最普遍的结构，但在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的；RFID却可以让物品实现真正的自动化管理，其优势非常明显：存储信息量大，每一个产品拥有独一无二的ID号；读写不需要光源，可以透过外部材料读取数据；使用寿命长，能在恶劣环境下工作；能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；读取距离更远，可以写入及存取数据，实现标签的内容动态改变；能够同时处理多个标签；标签的数据存取有密码保护，安全性更高；可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位。
1、2 RFID系统组成射频识别系统主要由Tag、读写器、天线等组成，一般来说，它还需要其他软件和硬件的支持。
(1)读写器。
读写器可以简化为两个基本功能模块：高频接口模块(发送器和接收器)和控制单元两部分。
读写器读取电子标签中的信息，然后将信息发送到地面监控中心。
(2)无源电子标签。
电子标签由耦合元件和ASIC(IC)组成。
无源电子标签，即没有自己的电源供给的电子标签，由读写器发出的高频场提供能量。
基于RFID技术的煤矿安全追踪系统
基于RFID技术的煤矿安全追踪系统【摘要】介绍了基于射频识别技术的煤矿安全追踪系统。
该系统可以实时追踪对携带射频识别(RFID)的井下工作人员的位置、身份识别及考勤的管理。
为煤炭行业安全生产事前预防、事后处理提供了一种新的手段。
【关键词】RFID,煤矿安全，身份识别1系统工作原理无线电技术在自动识别领域应用中更具体的技术名称为射频识别，英文为RadioFrequencyIdentification，简称为RFID。
射频识别系统的组成一般至少包括两个部分:①电子标签，英文名称为碗;②阅读器，英文名称为Reader。
电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。
阅读器又称为读出装置，可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。
进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
煤矿井下人员跟踪定位管理系统是采用双频点长短波频率实现可靠的全双工通信。
1.1系统组成及其功能井下人员跟踪定位管理系统系统由软件系统和硬件系统两大部分组成，软件系统包括安装于服务器上的应用软件和RFID读写器嵌人式软件两部分组成，嵌人式软件系统用于RFID卡信息采集、识别，应用软件用于井下人员的定位、管理。
硬件系统分井上计算机系统与井下RFID系统。
RFID系统包括RFID卡、接收天线、阅读器和标识卡等组成。
①井下读写设备:由接收天线、发射天线、读写器、电源等设备组成，用于对RFID理机卡的跟踪。
该设备通过RS485口与上位机连接。
其主要功能是完成对人员识别编码输出信号的采集、处理、与地面计算机的双向通讯及供电等。
②RFID卡:由嵌人式处理器及其软件、卡内发射和接收天线、收发电路和高能电池组成，其工作在两个频点上，全双工通信。
1.2系统工作原理井下读写设备将低频的加密数据载波信号经发射天线发送射频信号;经过此区域的RFID卡进入低频的发射天线工作区域后被激活，将加密的载有目标识别码的信息经卡内高频发射模块发射出去;接收天线接收到RFID卡发来的载波信号，经分井下读写设备提取出目标识别码，并传输处理板送至地面上位机，上位机将数据传送到服务器，通过管理软件实现对人员定位的管理。
一种基于RFID的煤矿井下人员定位系统
中图分类 号 ： Ｎ １ Ｔ ９４
文 献标识 码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ２—２ ７ （ ０ ２ ０ ０ ８ ０ １０ ２ ９ ２ １ ） ３— ０ ４— ３
３ 期
李
资等 ： 一种基于 Ｒ Ｉ ＥＤ的煤 矿井 下人员定位 系统
・
８ ・ ５
子标 签 （ ｃｖ ａ） Ａ ｔｅｔ 和无 源 电子 标 签 （ ａｓ ｅｔ ） ｉ ｇ Ｐｓｉ ａ 。 ｖ ｇ 有 源是 指卡 内有 电池提 供 电源 ， 作用 距离 较远 ， 其 但 寿命有 限 、 积较 大 、 本 高 ， 不 适 合 在 恶劣 环 境 体 成 且 下工作 ； 无源 卡 内无 电池 ， 它利用 波束 供 电技术 将接 收到 的射频 能量 转 化 为直 流 电源 为 卡 内电 路供 电 ， 其作 用距 离相对 有 源 卡短 ， 寿命 长且 对 工 作 环境 但
１ 引 言
基于雷达后 向散射 （ ａｋＳａ ｅｎ ） Ｂｃ ｃｔｒ ｇ 通信原理 ｔｉ 开发 出来的 Ｒ Ｉ Ｒ ｄ ｒ ｕｎｙ ｄｎ ｆ ａｏ ） ＦＤ（ ａｉＦｅ ｅｃ ｅｔ ｃｔｎ 技 ｏ ｑ Ｉ ｉ ｉ ｉ 术是一种无线的、 非接触方式 的 自动识别技术 。它
是 准确可 知 的 ， 么搜救 工作 就会 进行 的更加顺 利 ， 那 人 员 的损 失也 一定 会小 的多。 为 了适应 煤矿安 全管
， ｒｍ ｉ ３０ １ Ｃ ｉ Ｕｕ ｑ ８０ ９ ，ｈｎ ａ；
２ ｂｍ ｕｏｆｒｐｏ ｃｏ ｒｍ ｉ ｉｉｎ ， ｒｍ ｉ ３０ ０，ｈｎ ） ． ｕ ａ ｉ ｅ ｒｔ ｔ ｎｏ ｕ ｑ Ｘｎａ ｇ Ｕｕ ｑ ８０ ０ Ｃ ｉ ｆ ｅ ｉ ｆＵ ｊ ａ
基于RFID和CAN的井下人员定位系统的研究
ａｄ ｏ ｔｏｌ Ａｒａ ｅｗｏｋ （ Ａ ． ｉ ｈ ｃ＆ ｎ Ｃ ｎｒｌｒ ｅ ｅ Ｎ ｔ ｒ Ｃ Ｎ） ｎ ｅ ｏ 】 ｔ
ｍｉ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ａ ｅ ｙ ｌｙ ｎ ｃ ｉｅ ｏ ｎ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ｓ ｆ ｔ ｐ ａ ａ ｔ ｒ ｌ ｏ ａ ｖ ｅ． Ｗｈ ｎ ｅ
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播时 极化 方 向很容 易发 生变化 ，所 以天 线 的 设计 采用 圆极 化天 线 ，增加 系统 的稳定 性 。 最 重 要 的 部 分 是 无 线 接收 模块 ，到 现 在 为 止 矿 下 采 用 的 定 位 技 术 的 通信 频 率 大 概 在 ｌ ＧＨｚ 上 ，在 此个 通 信频 率 内所 具 有 的优 以 势是 读 写的距 离 比较远 ，但是 由于 在矿 井 下 巷 道的 布局和 所处 的环 境非 常复 杂 ，这 种优 势 无法 发挥 出来 。高频 和超 高频 的弊端 在 于 抗 干 扰 能 力 和 绕 射 能 力 都 不 太 理 想 ，所 以 无 线 接 收 模块 我 们 选 择 的 是 ＮＯ ＲＤＩ 司 ｃ公 的 Ｎ ｆ０ 芯 片 ，它的 工 作频 率是 ４３ ｒ４ ３ ３ ＭＨｚ 。 大 多 数 然后 是Ｍ Ｃ Ｕ， 由于接 收 到数 据 不 是 很 复 杂 ，所 以 对 Ｍ ＣＵ的 要 求 不 是 很 高 ， Ｎｒ４ ３ 片能 够 很 好 的满 足 它 的 要 求 ，从 ｆ０ 芯 而 简化 了整 个硬件 的设 计 。读 写器 的发送 流
基于RFID技术在井下人员定位系统中的应用研究侯大勇
利用高压水射流和镐形截齿联合作用进行煤岩截割实验，以此来说明高压水射流用于巷道掘进机辅助破岩的工作有效性。
图2为截齿截割深度为20mm ，截割角为50°，高压水射流系统压力15MPa ，喷嘴出口直径为2mm ，入射角为60°的条件下得到的截割实验效果。
实验结果表明，当选择合适的煤岩截割参数、高压水射流参数利用高压水射流辅助破岩效果良好，截齿的截割力比不采用水射流辅助截割时小得多，缓解了截齿的受力状况，提高了截齿的使用寿命。
图2高压水射流辅助破岩实验1.截齿2.喷嘴4高压水射流切割技术在采掘设备中的发展优势目前，机械破岩（镐形截齿、楔形截齿以及圆形盘刀等）方法对于开挖井下坚硬的岩层有很多问题已经日益突出，如功率过大导致设备体积庞大不适应我国复杂的地质条件，机械破岩刀具消耗严重导致掘进成本增大等。
发展高压水射流技术在掘进机中的应用优势：发展利用高压水射流对巷道岩层进行水射流切缝使地应力能够得到卸载，以降低后续掘进机破岩的难度；发展利用高压水射流-机械联合破岩可以提高掘进机截割机构的使用寿命，降低粉尘量；高压水射流的射流压力、喷射方式以及路径，巷道断面截割形状等可以很好地利用计算机控制，发展利用高压水射流直接掘进技术可以适应复杂地质条件的需要。
5结语介绍了高压水射流切割技术的优点以及该项技术的破岩机理。
通过实验说明了高压水射流-机械联合破岩的有效性，其可以降低单纯机械破岩的难度，提高掘进机截割机构的使用寿命。
总结机械截割方法在掘进硬岩层中突出显现的问题，探讨了高压水射流截割技术在掘进机中的应用前景和优势。
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基于RFID的井下人员定位系统的研究
同的应用系统 。硬件 系统 由地面监控计算机 、 传输
适配器 、 射频读写器 、 射频识别卡和天线组成 ， 于 用
完成信息采集和识别 ， 从而实现人员识别 、 定位的功
能。各部分功能如下。 （ ）射频识别卡。每个识别卡具有唯一的电子 １ 编码 ， 其内部储存着一个人员的信息 ， 用来标识 目 标 对象。识别卡平时处 于睡眠状态 ， 当进入 系统工作 区后 ， 被发射天线发出的无线电信号激活， 发射出唯
一
的加密识别码无线电信号 。识别卡通常安装在矿
图 ２ 井 下 人 员 定 位 系 统 组 成
灯 帽上 。
（ ）射频读写器 。每个监测点安装一个射频读 ２ 写器， 射频读写器将低频 的加密数据 载波信号经发 射天线向外发送 ， 用来激活进入该区域的识别卡 ； 同
马上感应 到信号同时立 即上传到地面的监控计算机
我 国是世界上产煤最多 的国家之一 ， 也是世界
上 发生 矿难 最 多 的地 区之 一 。煤 矿 事故 的发 生 ， 不
需连接天线 （ 和电池） 完成与读写器 的通信 。与 ，
条码、 磁卡 、 Ｉ ｃ卡等 同期或早期 的识别技术相 比， 射 频卡具有非接触、 工作距离长 、 于恶劣环境、 适 可识 别运动 目 标等优点 ， 可以作为人员 的身份或货 物的 标识卡。其工作原理见图 １ 。
基 于 Ｒ Ｉ 的 井 下 人 员 定 位 系 统 的 研 究 ＦＤ
罗贤 东 ， 唐 冲 赵卫 华 张雅 娟 ， ，
（． １青岛理工大学计算机工程学院， 山东 青岛市
鸡西市
２６ ３ ；．鸡西大学环境与安全系； 陕西 ６０ ３２
１８０ ；． ５ １０ ３ 南京消防器材股份有 限公 司青岛分公 司； 山东 青岛市 ２ ６７ ； ６０ １ ）
基于RFID与CAN的煤矿井下人员定位系统研究的开题报告
基于RFID与CAN的煤矿井下人员定位系统研究的
开题报告
一、研究背景及意义
煤矿是我国特别重要的产业之一，但是由于煤矿工作环境的特殊、危险和高风险性，煤矿工作人员的安全一直是煤矿行业关注的焦点。
因此，煤矿安全管理成为了煤矿企业的头等大事，其中，井下人员定位是煤矿安全管理的基础和关键技术之一。
目前，国内外井下人员定位技术主要有无线传感器网络（WSN）、超声波辐射定位等。
这些技术虽然有着较高的准确性，但成本较高，部署困难等问题依旧存在。
因此，本研究将尝试利用基于RFID与CAN技术的煤矿井下人员定位系统，解决传统井下人员定位系统存在的问题。
二、研究内容及方法
本研究将使用RFID和CAN技术共同组成一个基于RFID与CAN的煤矿井下人员定位系统。
其中，RFID技术将用作标签的识别与定位，CAN技术用于网络通信。
此外，我们将探讨进行定位的理论基础，并结合实验结果进行结果分析与数据处理，进而对系统性能进行评估。
三、研究进展及计划
目前，本文已完成了针对RFID技术实现井下人员定位的理论研究，并搭建了相应的实验平台，通过实验数据的收集和分析，对RFID技术在井下人员定位的效果进行评估。
接下来，我们将开始使用CAN技术，构建基于RFID与CAN的井下人员定位系统，并详细研究系统的结构、算法、通信机制等，最后通过实验数据的验证和性能评估，进行系统的改进和完善。
四、预期成果
本研究预期能建立一套较为成熟的基于RFID与CAN的煤矿井下人员定位系统，并对系统性能进行评估，并提出改进方案。
其中，对煤矿井下人员定位技术的发展和应用都将有一定的推动作用。
矿井RFID人员定位跟踪系统方案
矿井RFID人员定位跟踪系统方案矿井RFID人员定位跟踪系统方案矿井安全问题一直都是关注的焦点，为了保障矿工的生命安全，需要采用先进的技术手段来进行监测和管理。
RFID人员定位跟踪系统，就是一种用于实施矿工安全保障的技术手段，通过对矿工进行定位和跟踪，及时发现和解决生命危险，对于矿井安全管理有很大的促进作用。
矿井RFID人员定位跟踪系统方案可以分为以下几个方面：1. 系统架构的设计该系统采用的是分布式架构，主服务器与子服务器相互联通，可以多级配置，实现数据传输。
所有的数据都存储在主服务器中，通过子服务器进行实时传输。
同时，子服务器的数量可以根据实际需求进行配置，以达到最佳的系统性能。
2. 系统硬件设备的选择该系统采用的主要硬件设备有RFID芯片、读写器、天线、传感器等。
其中，RFID芯片是跟踪和定位的核心元件，用于将矿工信息嵌入到芯片中；读写器用于将信息读取到系统中，天线用于扫描和识别RFID芯片。
传感器能够获取更多的矿井运营数据，如温度、压力、瓦斯等数据，能够为矿工提供更加安全的工作环境。
3. 功能设计系统的主要功能包括：人员定位、矿工安全监测、班组管理和辅助决策。
其中，人员定位功能是最重要的，它能够快速查找和确定人员位置，及时处理矿工的安全问题。
矿工安全监测功能主要是对矿工的身体状况进行监测，包括心律、呼吸等方面的检测。
班组管理功能主要是对管理人员进行管理，包括班组组织、排班、调度等方面的管理。
辅助决策功能主要是根据系统数据对磨损状况、热量分布、能源消耗等方面进行分析和预测，以达到优化生产、提高效率的目的。
4. 安全保障为了保证系统的安全性，系统设计需要采取相应的安全策略，包括数据加密、访问权限控制、异常处理、用户认证、日志管理等方面的措施。
同时，系统需要进行备份和恢复，以保证数据的完整性和安全性。
5. 应用场景该系统适用于各种煤矿、金矿、铜矿、石油矿等，尤其适用于危险较大的地下矿井。
该系统的应用能够提高矿工的安全系数，减少矿难的发生，促进矿业企业的发展。
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基于RFID的井下人员跟踪定位系统研究
引言
矿井危险性事故时有发生，井下地形复杂给人员撤离和事故抢救带来极大困难。
若能及早确定井下人员所处的位置，会给营救工作带来极大方便、节省时间，将人员损失减少到最小。
现有的识别技术，无论是IC卡、手纹识别技术还是红外线编码识别技术只能实现简单的人员考勤，无法很好解决对多个移动的物体和人员进行快速识别和跟踪。
采用目前国际上正在发展中的自动识别技术，对井下人员、设备进行跟踪定位在一定程度上能够保障人员生命安全、减少国家财产的损失。
1 射频识别技术及主要特点
射频识别技术(RFID，即Radio Frequency I—dentification)是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。
它利用射频方式进行非接触双向通信，实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动或静止)下的识别和数据交换。
与同期或早期的接触式识别技术不同，RFID系统的射频识别卡和读卡器之间不用接触就可完成识别。
它具有以下特点：
(1)操作方便，工作距离长，可以实现对移动目标的识别;
(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)射频识别卡无外露金属触点，整个卡片完全密封，具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能，适合恶劣环境条件(如温、湿变化大，灰尘多，难以保持卡面清洁的井下环境)下工作;
(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。
卡内序列号是唯一的，制造商在卡出厂前已将此序号固化，安全性高;
(5)卡内具有防碰撞机制，可实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。
2 射频识别系统的硬件组成和工作原理
典型的射频识别系统主要包括两个部分：射频识别卡和读卡器。
2.1 射频识别卡的硬件组成及其工作原理
射频识别卡的部分是由一个电感线圈和一个电容并联后接人集成芯片，其工作原理如图1所示。
图1
当卡片置于读卡器发出固定频率的电磁场附近时，由于卡片内的LC谐振电路频率与读卡器发射的电磁波的频率相同，在电磁波的激励下，使电容C1产生电荷。
在电容Cl的另一端接有一个单向导通的电子泵，将电容Cl内的电荷送到电容C2储存。
当所积累的电荷达到一定程度时，电子开关自动打开，为其它电路提供工作电压。
当卡片获得了能量并产生上电复位后，原本处于“休眠状态”的卡片被激活并将含有自身种类识别码标志、制造商标志等信息代码调制到载波上经卡内天线发射出去。
2.2 读卡器的硬件组成及其工作原理
读卡模块是采集射频识别卡的第一门户通道，也是读卡器中最重要的一个功能部件，其内部电路原理框图如图2所示。
图2
读卡模块内部集成了无线接收电路及发生基波信号的功率输出电路，配合外部连接的电感线圈(天线)工作。
晶体振荡信号经分频、选频、预放电路处理后输出驱动外部的高频天线，在天线附近形成高频电磁场。
当射频识别卡出示在读卡器的读出范围时，卡内电路从电磁场取得电能作为其工作电源并启动芯片工作，向高频天线辐射含有串行数据的高频信号，经读卡模块内电路的解调、带通滤波整形后由OUT脚输出卡的序列串行信号。
读卡器采用微处理器控制，通过RS232转换模块实现与主控机之间的信息交流。
读卡器可制成便携式独立组件，其原理框图如图3所示。
图3
3 系统功能设计
将读卡器安装在井下一些重要的峒室、危险场合(如盲巷)等需要监控的地方，分布区域的大小可视井下具体环境而定。
射频识别卡内嵌在矿灯中，无需附加携带装备。
在井下，员工只要穿过感应区域，读卡器就将接收到的数据经传输电缆传送到地面中心站，处理后保存到数据库服务器中。
可实现的功能包括：
(1)井下人员查询功能
实时查询当前井下人员的分布情况(分布区域的大小由读卡器的分布情况而定);查询任一人员某一时刻所处的位置;查询任一人员当日或某日的活动踪迹。
(2)安全保障功能
丢失报警：班末清点人员时，如发现人员丢失则报警;或者发现井下人员超过规定时间，自动报警提示并提供相关人员的名单。
救护搜寻：可对事故现场被埋人员进行搜寻和定位，以便及时救护。
(3)统计考勤功能
对下井人员进行下井次数、井下停留时间等信息分类统计，便于考核;与此相应的中长期数据储存和有关报表的打印。
(4)信息联网功能
作为局矿MIS网的信息源，具有功能完善的数据库。
可向MIS网提供所需与人员有关的、客观的、实时的统计数据。
4 结束语
目前，射频识别技术在国内外发展很快，各种RFID产品也趋于成熟，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
然而该技术在煤炭行业中的应用还很少，利用该系统同时识别多个移动目标的特点，以及计算机网络在数据存储、传递、计算、统计等方面的优势，对井下人员进行跟踪定位，可快速指导矿井突发性事故的救护工作。