井下人员定位系统与通讯联络系统

井下人员定位系统与通信联络系统1引言2井下人员定位系统3矿井通信联络系统1引言《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发[2010]23号）》要求煤矿和非煤矿山要安装监测监控系统井下人员定位系统紧急避险系统压风自救系统供水施救系统通信联络系统等技术装备“系统可靠、设施完善、管理到位、运转有效”煤矿井下安全避险“六大系统”中的两个系统--井下人员定位系统和矿井通信联络系统。1、系统基本组成结构2、工作原理3、系统作用和功能4、系统装备要求5、相关技术井下电气设备特殊性：煤矿井下具有瓦斯等易燃易爆气体和煤尘，因此，煤矿用井下人员定位系统和矿井通信联络系统，有电气防爆等特殊要求，应优先采用本质安全型。什么是本质安全电器本质安全型电器设备的特征是其全部电路均为本质安全电路，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。也就是说该类电器不是靠外壳防爆和充填物防爆，而是其电路在正常使用或出现故障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mJ（B级防爆）,即瓦斯浓度为8.5%（最易爆炸的浓度）最小点燃能量。2井下人员定位系统《国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装[2010]146号）》要求建设完善煤矿井下人员定位系统。发挥井下人员定位系统在定员管理和应急救援工作中的作用。煤矿井下人员定位系统又称煤矿井下人员位置监测系统和煤矿井下作业人员管理系统。2.1系统功能煤矿井下人员定位系统具有人员位置、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、存储、查询、异常报警、路径跟踪、管理等功能。(位置监测和管理功能）监测数据种类：人员位置、出入时间、人员数量。系统采集的数据是人员编码、位置编码和时间。2.1系统采用的技术及特点煤矿井下是一个特殊而又恶劣的环境，无线电信号传输衰减大、GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道、有甲烷等易燃易爆气体。因此，GPS不能用于煤矿井下。目前煤矿井下人员定位系统主要采用RFID（射频识别）技术，该技术分为主动式和被动式两种。被动式：无源识别卡，识别距离近，单向主动式：有源识别卡，识别距离远，双向部分人员定位系统还采用漏泄电缆、WIFI（无线高保真）、ZigBee（紫峰）等技术，除具有人员位置监测功能外，还具有单向或双向紧急呼叫等功能。wifi和zigbee，二者主要业务都在2.4g频段展开，都使用dsss直接序列扩频，所以共存的话，是有冲突的，鉴于目前wifi如此盛行，所以以后的zigbee普及还是有一定困难程度的。不过，如果趋势如此的话，相信wifi会抛弃2.4g，转战5g或其他频段，避让zigbee的。2.2系统组成及工作原理煤矿井下人员定位系统一般由识别卡、位置监测分站、电源箱（可与分站一体化）、传输接口、主机（含显示器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口、电缆和接线盒等组成，其结构如图4所示。矿务局（集团公司）服务器电视墙或投影用户重点产煤县、市打印机打印机主机主机交换机防火墙传输接口分站识别卡识别卡分站识别卡识别卡用户服务器路由器图4煤矿井下人员定位系统图4-1煤矿井下人员定位系统人员定位算法WIFI定位有很多种方法，比如测信号强度(RSS)，信号角度(AOA)，相位(POA)，时间(TOA)和时间差(DTOA)。现在常用的是信号强度(RSS)检测，因为适用范围广，检测你所接受到的许多WIFI接入点(AP)的信号强度，根据信号强度确定位置。这种方法精度很低，而且应用时会有严重的逻辑错误。现在有通过事先测好的信号强度地图(radiomap)来辅助定位，能够提高精度。另外也可以由其他信号比如GSM，GPRS，3G，蓝牙，红外，ZigBee等等很多种信号来辅助定位。图4-2KJ280煤矿井下人员定位系统图4-3石开网络科技煤矿井下人员定位系统识别卡由下井人员携带，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。位置监测分站（定位分站）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。电源箱将交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直流电源，并具有维持电网停电后正常供电不小于2小时的蓄电池。传输接口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。主机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。2.3系统技术指标（1）识别区域。系统能正确识别识别卡的无线覆盖区域。（2）并发识别数量。携卡人员以最大位移速度同时通过识别区时，系统能正确识别的最大数量，不小于80。（3）最大位移速度。识别卡能被系统正确识别的最大移动速度，不小于5m/s。（4）漏读率。携卡人员以最大位移速度和最大并发数量通过识别区时，系统漏读和误读的最大数量与通过识别区的识别卡总数的比值，不大于10-4。（5）识别卡电池寿命及工作时间。不可更换电池的识别卡的电池寿命应不小于2年。可更换电池的识别卡的电池寿命应不小于6个月。采用可充电电池的识别卡，每次充电应能保证识别卡连续工作时间不小于7d。（6）最大传输距离。识别卡与分站之间的无线传输距离不小于10m；分站到传输接口之间应不小于10km。（7）最大监控容量。系统允许接入的分站数量宜在8、16、32、64、128中选取，被中继设备分隔成多段的系统，每段允许接入的分站数量同上。识别卡数量不小于8000个。（8）最大巡检周期。系统最大巡检周期应不大于30s。（9）存储时间。系统中心主机应对人员位置、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、人员信息等记录。保存3月以上。当主机发生故障时，丢失上述信息的时间长度应不大于5min。分站存储数据时间应不小于2h。（10）双机切换时间。从工作主机故障到备用主机投入正常工作时间应不大于5min。2.4系统作用煤矿井下人员定位系统在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。（1）遏制超定员生产。通过监控入井人数，进入采区、采煤工作面、掘进工作面等重点区域人数，遏制超定员生产。（2）防止人员进入危险区域。通过对进入盲巷、采空区等危险区域人员监控，及时发现误入危险区域人员，防止发生窒息等伤亡事故。（3）及时发现未按时升井人员。通过对人员出/入时刻监测，可及时发现超时作业和未升井人员，以便及时采取措施，防止发生意外。（4）加强特种作业人员管理。通过对瓦斯检查员等特种作业人员巡检路径及到达时间监测，及时掌握检查员等特种作业人员是否按规定的时间和线路巡检。（5）加强干部带班管理。通过对带班干部出入井及路径监测，及时掌握干部下井带班情况，加强干部下井带班管理。（6）煤矿井下作业人员考勤管理。通过对入井作业人员，出/入井和路径监测，及时掌握入井工作人员是否按规定出/入井，是否按规定到达指定作业地点等。（7）应急救援与事故调查技术支持。通过系统可及时了解事故时入井人员总数、分布区域、人员的基本情况的等。若事故时，系统不被完全破坏，还可在事故后2小时内（系统有2小时备用电源），掌握被困人员的流动情况。在事故后7天内（识别卡电池至少工作7天），若识别卡不被破坏，可通过手持设备测定被困人员和尸体大致位置，以便及时搜救和清理。（8）持证上岗管理。通过设置在人员出入井口的人脸、虹膜等检测装置，检测入井人员特征，与上岗培训、人脸、虹膜数据库资料对比，没有取得上岗证的人员不允许下井，特殊情况（如上级检查等）需经有关领导批准，并存储纪录。（9）具有紧急呼叫功能的系统，调度室可以通过系统通知携卡人员撤离危险区域，携卡人员可以通过预先规定的紧急按钮向调度室报告险情。1.特定的人员进行井下跟踪双击当前位置可以调出员工马亚军的活动轨迹灰色的是昨天的活动轨迹蓝色的是当天的活动轨迹2.轨迹再现选择一个职工后，程序将以图片的形式再现员工经过的过程。如下图3.井下员工查询目前在井下作业的所有职工鼠标停在表格中的“在此停留”字段上将显示下边的图片4.员工分布查询5.超时员工查询单击此处可以调出当前选中职工的活动轨迹(如下图)2.5相关标准有关煤矿井下人员定位系统安装、使用、维护与管理的标准有《AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》。有关煤矿井下人员定位系统生产、设计、测试与检验的标准有:《AQ6210-2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》《MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件》《MT/T1005-2006矿用分站》《MT/T1007-2006矿用信息传输接口》《MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》《MT/T1081-2008矿用网络交换机》《MT/T1078-2008矿用本质安全输出直流电源》《MT/T772-1998煤矿监控系统性能测试方法》《MT/T899-2000矿用信息传输装置》等。2.6系统装备（1）各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出/入口、盲巷等限制区域等地点应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入井、出/入采掘工作面等重点区域、出/入盲巷等限制区域的要求。基于RFID的煤矿井下人员位置监测系统，宜设置2台以上分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。（2）巷道分支处应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入方向的要求。巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。（3）下井人员应携带识别卡。识别卡严禁擅自拆开。（4）工作不正常的识别卡严禁使用。性能完好的识别卡总数，至少比经常下井人员的总数多10%。不固定专人使用的识别卡，性能完好的识别卡总数至少比每班最多下井人数多10%。（5）矿调度室应设置显示设备，显示井下人员位置等。（6）各个人员出入井口应设置检测识别卡工作是否正常和唯一性检测的装置，并提示携卡人员本人及有关人员。识别卡工作正常和唯一性检测可以采用机器与人工配合的方法，也可采用虹膜、人脸等自动检测方法。煤矿井下人员位置监测系统识别卡正常工作和下井人员每人一张卡，且仅携带表明自己身份的卡，是遏制超能力生产、加强煤矿井下作业人员管理、为应急救援提供技术支持的必要条件。（7）分站应设置在便于读卡、观察、调试、检验、围岩稳定、支护良好、无淋水、无杂物的位置。（8）设备使用前，应按产品使用说明书的要求调试设备，并在地面通电运行24h，合格后方可使用。（9）设备发生故障时，应及时处理，在故障期间应采用人工监测，并填写故障登记表。（10）入井电缆的入井口处应具有防雷措施。（11）设备发生故障时，应及时处理，在故障期间应采用人工监测，并填写故障登记表。（12）系统运行应建立设备、仪表台账，设备故障登记表，检修记录，巡检记录，中心站运行日志，监测日（班）报表，设备使用情况月报表。3矿井通信联络系统《国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装[2010]146号）》要求煤矿要按照在灾变期间能够通知人员撤离和实现与避险人员通话的要求，进一步建设完善矿井通信联络系统。矿井通信联络系统又称矿井通信系统，是煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援的重要工具。3.1特点煤矿井下是一个特殊的工作环境，因此矿井通信系统不同于一般地面通信系统，具有如下特点：（1）电气防爆；（2）传输衰耗大；（3）设备体积小；（4）发射功率小；（5）抗干扰能力强；（6）防护性能好；（7）电源电压波动适应能力强；（8）抗故障能力强；（9）服务半径大；（10）信道容量大；（11）移动速度慢。3.2分类矿井通信系统包括:(1)矿用调度通信系统；(2)矿井广播通信系统；(3)矿井移动通信系统；(4)矿井救灾通信系统等。3.3矿用调度通信系统矿用调