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
1，概述
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 进行即时通信, 2）不能实时掌握井下人员的分布及作业情 况, 难以进行人员的精确定位。
1.1 六大系统建设要求
2010年5月19-20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 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 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
4.4 整体结构介绍
❖地面监控中心 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。
4.4 整体结构介绍
矿井人员管理系统 完成人员信息编码采集、
识别、编辑、远程数据联网 上传、WEB发布等功能。
数据传输接口 数据传输接口是人员管理
网பைடு நூலகம்通讯
系统具有网络接口、将有关信息上传至 各级主管部门。
6、系统的建设
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：
（1）、中心站建设 （2）、传输平台建设 （3）、井下监测部分建设
6.1 中心站建设
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 防雷和信号防雷。
2、系统的AQ标准 定义
❖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
息，并发送至地面传输接口。
❖识别卡 identification card 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 别的数据发送给分站。
❖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/入井时刻、 重点区域出/入时刻、限制区域出/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 等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等 功能。
扩1 频0
11000100110 解 11000100110
1
00110010110 扩 00110010110
0
3.2 2.4G直序扩频技术
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，恢复 原始数据的过程称为解扩。
3.2 2.4G直序扩频技术
技术特点：
（1）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
3、系统的通用技术介绍
系统采用的无线通信技术： 1、射频识别技术 2、2.4G无线通讯技术 3、2.4G直序扩频通讯技术
3.1 射频识别技术
射频识别技术：
❖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。
4、 人员管理系统网络结构
网络结构主要有三种： （1）总线式电缆独立组网结构 （2）总线式光纤专网组网结构 （3）工业以太环网组网结构
4.1总线式电缆独立组网结构
4.2 总线式光纤专网组网结构
4.3工业以太环网组网结构
4.4 整体结构介绍
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 井工作人员及车辆的有效监测与科学管理。 系统构成： 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 无线信号及数据采集设备 移动目标标识卡
系统井上的组成部分，与井 下设备进行通讯。
4.4 整体结构介绍
❖ 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
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 等区域采用人员定位分站+矿用本安电源+动态目 标识别器等连接方式监测井下人员的情况。
含括频因子的、有用的信号才能接收到。 （2）直扩通信速率高
直扩通信速率可达 2M，8M，11M。 （3）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 他们无法解码。 （4）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 干扰。
采用直序扩频无线的技术： WiFi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 专用通讯芯片技术：使用于各种特殊应用
3.2 2.4G直序扩频技术
❖技术原理
直接序列扩频（DSSS）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 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原始的信息 。
2、系统的AQ标准 定义
❖主机 host 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、 控制打印输出、与管理网络联接等。 ❖传输接口 transmission interface
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， 多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功 能。
机房中设备安装必须符合煤矿安全规程的要求。
6.2 传输平台建设
传输平台建设有三种方式：
总线式电缆独立网络建设 ❖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 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 煤壁挂，以防信号干扰，导致数据上传错误。
3.2 2.4G无线通讯技术
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2.4GHz。属于微波频段。 2.4GHz微波的主要特点是：
传播距离远 数据传输速率高 超功耗低 传播路径主要为反射方式 存在多径效应 电波穿透力较差
3.2 2.4G直序扩频技术
性能更优越的无线通讯技术： 2.4G直序扩频无线技术
测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水
施救和通信联络系统等安全避险“六大系统”，提 高煤矿安全保障能力。
1.2系统建设作用和意义
❖实时掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹 ❖紧急情况下的双向呼叫 ❖实现依据井下作业位置和实践的严格考勤
❖灾变情况下能根据井下人员位置准确施救 ❖提升企业管理水平
2、系统的AQ标准定义
（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、 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 员、领导干部每月下井总数及时间统计等。)
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 修改、功能调用、图形编辑等。
分站存储数据时间 ≥ 24h ❖ 画面相应时间：调出整幅画面85%的响应时间≤2 s ❖ 双击切换时间： 即时切换 ❖ 供电时间：备用电源 ≥8h
标识卡电池寿命：可更换一般6个月 不可更换1~3年
5、系统功能介绍
AQ标准规定功能要求 ❖ 系统应具有位置监测功能 ❖ 系统应具有管理功能 ❖系统应具有存储、报警、显示、打印、
❖ 系统应具有操作权限管理功能,对参数设置等必须 使用密码操作,并具有操作记录。
❖ 在任何显示模式下,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 等方式。
自诊断功能
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 障设备，以供查询及打印。
3.1 射频识别技术
❖ RFID 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。
人员进行准确识别。 ❖ 系统应具有识别多个同时进入识别区域的识别卡
。 ❖ 系统应具有识别卡工作是否正常和每位下井人员
携带1张卡唯一性检测功能。
管理功能
系统应具有携卡人员下井总数、出/入井 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 员总数人员报警、显示、打印、查询等功能 。
6.3 井下监测部分建设
井下监测部分主要包括定位分站、分站电源和 识别器。
定位分站 ❖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。 ❖ 定位分站选点必须取电方便。 ❖ 定位分站选点应尽量避免漏水和易塌方的地点。 ❖定位分站选点最重要的还是必须符合煤矿安全规程
存储查询功能
❖ 系统应具有存储功能。 ❖ 系统应具有查询功能。 ❖ 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 。 ❖ 系统应具有数据备份功能 。 ❖ 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 正常时，上传至中心站。
显示打印功能
❖ 系统应具有汉字显示和提示功能。 ❖ 系统应具有列表显示功能。 ❖ 系统应具有模拟动画显示功能。 ❖ 系统应具有系统设备布置图显示功能。 ❖ 系统应具有汉字报表、初始化参数召唤打印功能。
3.1 射频识别技术
❖ 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 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。