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当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 绩效管理 > 6 煤矿井下人员定位系统
第六章煤矿井下人员定位系统1/212020/3/16第六章煤矿井下人员定位系统一、本章教学目的掌握煤矿井下人员定位系统的装备意义、组成及工作原理、分类;了解射频识别技术的工作原理和读卡器、标签、天线等组成部分;了解煤矿井下人员定位系统的设计要求和常见的几种煤矿井下人员定位系统等等。二、本章主要内容第一节煤矿井下人员定位系统概述第二节煤矿井下无线通讯及射频识别技术第三节煤矿井下人员定位系统设计要求第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介重点与难点:1、射频识别技术的工作原理;2、射频设别系统的设计第六章煤矿井下人员定位系统2/212020/3/16第一节概述一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义1、必要性有利于日常井下人员管理和矿井事故发生后的井下救援工作。《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要求于3年之内完成。逾期未安装的,依法暂扣安全生产许可证、生产许可证。第六章煤矿井下人员定位系统3/212020/3/16一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义2、意义该系统能够实现对矿井人员位置、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。能够清楚掌握每个人员在煤矿井下的位置及活动轨迹,为事故抢险提供科学依据。第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统4/212020/3/16煤矿井下人员位置监测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;(2)防止人员进入危险区域;(3)及时发现未按时升井人员;(4)加强特种作业人员管理;(5)加强干部带班管理;(6)煤矿井下作业人员考勤管理;(7)应急救援与事故调查技术支持(系统有2h备用电源、标识卡电池7D);(8)持证上岗管理;(9)具有紧急呼叫功能的系统;(10)减少工作量、提高工作效率;(11)加强企业内部之间信息共享。第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统5/212020/3/16二、煤矿井下人员定位系统组成及工作原理1、组成:煤矿井下人员位置监测系统一般由标识卡、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。用户电视墙或投影主机打印机打印机主机服务器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矿务局(集团公司)重点产煤县、市煤矿井下人员位置监测系统组成煤矿井下人员位置监测系统示意图第六章煤矿井下人员定位系统6/212020/3/162、煤矿井下人员定位系统工作原理分站发固定频率的电磁场标识卡共振被唤醒被激活信息代码调制到载波上经卡内天线发射出分站读卡器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它将接受到标识卡发来的识别码信息在其内部经读卡模块的解调、带通滤波整形后由输出电路输出序列串行信号它将不断地通过发射天线发出载波信号(寻找信号)读卡器采用微处理器控制,通过转换模块实现与主控机之间的信息交流第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统7/212020/3/16三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求1、煤矿井下人员定位系统分类1)按工作原理分:场强式、射频标签式、其他。2)按信号传输方向分:单向、半双工、全双工。3)按标识卡结构分:与矿灯一体、与手机一体、与BP机一体、帽卡、胸卡、腰卡、其他。4)按系统结构分类:独立式、与煤矿安全监控系统一体、与煤矿井下移动通信系统一体、其他。5)按标识卡供电方式分:有源卡、无源卡。6)按标识卡的工作频率分:特高频(300MHz~3GHz)、超高频(3GHz~30GHz)、其他。7)按功能分:非连续监测式、连续监测式、其他。2、煤矿井下人员定位系统装备要求第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统8/212020/3/16三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求1、煤矿井下人员定位系统分类2、煤矿井下人员定位系统装备要求(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。(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)下井人员应携带标识卡。标识卡严禁擅自拆开。(4)工作不正常的标识卡严禁使用。性能完好的标识卡总数,至少比经常下井人员的总数多10%。不固定专人使用的标识卡,性能完好的标识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标识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。第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统9/212020/3/16第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1)蓝牙技术2)红外技术3)超宽频技术(UWB)4)Wi-Fi技术(无线保真)5)Zigbee技术(蜜蜂)蓝牙技术是全球通用的小范围无线通信技术,是近距离便携式器件之间的红外线链路(IrDA)而提出的,是低成本、短距离无线个人网络传输应用。主要目标:提供一个全世界通行的无线传输环境,通过无线电波来实现所有移动设备之间的信息传输服务。优点:蓝牙技术应用红外线收发器连接虽然能免去电线或电缆的连接;缺点:距离只限于1~2m,而且必须在视线上直接对准,中间不能有任何阻挡,同时直限于在两个设备之间进行连接,不能同时连接更多的设备。第六章煤矿井下人员定位系统10/212020/3/16第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1)蓝牙技术2)红外技术3)超宽频技术(UWB)4)Wi-Fi技术(无线保真)5)Zigbee技术(蜜蜂)红外技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。优点:是无须申请频率使用权,因而红外通信成本低廉;体积小,功耗低,连接方便,简单易用的特点;由于数据传输率较高,因而适于传输大容量的文件和多媒体数据;红外线发射角度较小,传输安全性高。不足:它是一种视距传输,两个相互通信的设备之间必须对准,中间不能被其他物体阻隔,因而该技术只能用于两台设备之间的连接。第六章煤矿井下人员定位系统11/212020/3/16第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1)蓝牙技术2)红外技术3)超宽频技术(UWB)4)Wi-Fi技术(无线保真)5)Zigbee技术(蜜蜂)超宽频技术(UltraWideBand,UWB)是一种独特的、很有前景的无线通信技术。优点:该技术在时域中以纳秒级的非正旋波窄脉冲信号为载波,因而在领域中具有扁平的很宽的频谱,标准的带宽为55Mb/s,通过调频避免与其他无线信号的冲突;由于结构简单,且成本低,在家用方面很有市场。缺点:可能会成为潜在的干扰源,同时由于功率限制,传输距离短,只有10m左右的距离。第六章煤矿井下人员定位系统12/212020/3/16第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1)蓝牙技术2)红外技术3)超宽频技术(UWB)4)Wi-Fi技术(无线保真)5)Zigbee技术(蜜蜂)无线保真:(Wi-Fi(wirelessfidelity,)即802.11b/g标准工作在2.4GHz的频带,采用CCK调制技术,传输速率最高分别可达到11Mbit/s和54Mbit/s。Wi-Fi是由AP(AccessPoint,无线访问节点)和无线网卡组成的无线网络。优点:速度快,可靠性高,在开放性区域,通讯距离可达305m,在封闭性区域,通讯距离为76m到122m,方便与现有的有线以太网络整合;可移动性、价格低廉。第六章煤矿井下人员定位系统13/212020/3/16第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1)蓝牙技术2)红外技术3)超宽频技术(UWB)4)Wi-Fi技术(无线保真)5)Zigbee技术(蜜蜂)基于IEEE802.15.4协议规定的ZigBee技术是一种新兴的无线通信技术:蜜蜂(bee)+“嗡嗡”(zig)优点:近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率(工作速率大约为20~250kb/s)、低成本(不到蓝牙的1/10)、安全(提供了三级安全模式)以及自动动态组网与自主路由。主要适合用于自动控制和远程控制领域,支持地理定位功能,它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术方案,可以嵌入许多其它的设备。第六章煤矿井下人员定位系统14/212020/3/162、影响煤矿井下定位的主要因素(1)多径传播(2)多址干扰(3)信号同步误差第二节矿井下无线通讯及射频识别技术无线信号的多径传播现象会使得基于角度和时间的定位方法产生较大的误差,主要原因是多径传播会对测量代表收发双方实际距离和方位的直射路径(LOS)信号的角度和时延产生较大的干扰第六章煤矿井下人员定位系统15/212020/3/162、影响煤矿井下定位的主要因素(1)多径传播(2)多址干扰(3)信号同步误差第二节矿井下无线通讯及射频识别技术多址干扰是影响系统性能和容量的主要因素,当对定位信号进行测量时,多址干扰的存在仍然会对测量结果产生较大的干扰。但是目前大多数效果较好的多用户检测算法,当用户数量较多时,其运算量非常大,实现较为困难。在进行TOA估计(TOA估计通常是以检测首达路径DP(DirectPath)来获得传播时延)的过程中,信号时间延迟的估计精度与估计过程中参考信号和接收信号之间的同步程度有关,即检测到的信号峰值是否为真正的峰值点,特别是对于多径传播环境下,如何在相关波形中获取较好的相关峰值点很重要。当接收信号和参考信号的同步较差时,会展宽相关波形,同时会出现较为严重的旁瓣,这些对TOA估计的影响很大。因此,在设计人员定位系统之前必须对巷道内无线通讯环境进行分析。第六章煤矿井下人员定位系统16/212020/3/163、煤矿井下无线通讯特点(1)衰减与频率的关系(2)衰减与曲率的关系(3)巷道半径对无线传输的影响(4)衰减与粗糙度、倾斜度的关系(5)接收点有用信号十分微弱(6)井下环境机电噪声干扰严重第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统17/212020/3/16名称甚低频低频中频高频甚高频超高频特高频极高频符号VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF频率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波波长1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm传播特性空间波为主地波为主地波与天波天波与地波空间波空间波空间波空间波主要用途海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航远距离短波通信;国际定点通信电离层散射;流星余迹通信;人造电离层通信;对空间飞行体通信;移动通信小容量微波中继通信;对流层散射通信;中容量微波通信大容量微波中继通信;数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信再入大气层时的通信;波导通信中国无线电频率划分及主要用途第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统18/212020/3/16二、射频识别技术简介1、射频识别技术概念1)射频的定义射频:就是射频电流,高频交流变化电磁波的简称,1000次/s的交流电称为低频电流,10000次/s的称为高频电流,而射频就
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