0引言
目前我國大中型煤礦及廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦已大量裝備了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，這些安全裝備的推廣應(yīng)用大大改善了我國煤礦安全生產(chǎn)狀況。礦難的不斷發(fā)生和搶險救災(zāi)的不力，暴露出目前監(jiān)控系統(tǒng)的弊端:監(jiān)控系統(tǒng)對入井人員管理困難，井上人員難以及時掌握井下人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況，一旦事故發(fā)生，對井下人員的搶救缺乏可靠信息，搶險救災(zāi)、安全救護(hù)的效率低，效果不理想。
本文提出的基于RFID的新型礦井人員定位跟蹤管理系統(tǒng)，可對煤礦入井人員進(jìn)行實(shí)時跟蹤監(jiān)測和定位，可為工作人員提供礦井巷道網(wǎng)絡(luò)、人員位置、危險區(qū)域及相應(yīng)提示的動態(tài)信息。如果發(fā)生災(zāi)變，還可立即從監(jiān)控計算機(jī)上查詢事故現(xiàn)場的人員位置分布情況、被困人員數(shù)量、遇險人員撤退線路等信息，為事故搶險提供科學(xué)依據(jù)。同時，也可利用系統(tǒng)的日常功能，對礦井人員進(jìn)行考勤管理。

1RFID簡介
RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，識別高速運(yùn)動物體并同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。
RFID應(yīng)用系統(tǒng)由4部分組成:
(1)RFID電子標(biāo)簽。RFID電子標(biāo)簽?zāi)軌蛸A存有關(guān)物體的數(shù)據(jù)信息(約1kbits)。在自動識別管理系統(tǒng)中，每個RFID標(biāo)簽中保存著一個物體的屬性、狀態(tài)、編號等信息。標(biāo)簽通常安裝在物體表面，具有一定的無金屬遮擋的視角。
(2)讀寫器，用于識讀及寫入標(biāo)簽數(shù)據(jù)，其主要功能是:查閱RFID電子標(biāo)簽中當(dāng)前貯存的數(shù)據(jù)信息;向空白RFID電子標(biāo)簽中寫入預(yù)貯存的數(shù)據(jù)信息;修改(重新寫入)RFID電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息;與后臺管理計算機(jī)進(jìn)行信息交互。
(3)發(fā)送接收信號的天線。天線是標(biāo)簽與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，除了系統(tǒng)功率，天線的形狀和相對位置也會影響數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，需要專業(yè)人員對系統(tǒng)的天線進(jìn)行
設(shè)計、安裝。
(4)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和其他信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)處理讀寫器傳送過來的信息，并進(jìn)行信息處理。將重要信息存儲在數(shù)據(jù)庫中。其他信息系統(tǒng)根據(jù)需要向讀寫器發(fā)送指令，對標(biāo)簽進(jìn)行相應(yīng)操作。

2可行性分析
(1)頻率的選擇。井下無線頻帶資源豐富，沒有頻帶利用的限制，Tag和Reade:的可供選擇的資源豐富。但是礦井巷道內(nèi)情況十分復(fù)雜，巷道中有鋼軌、支架、風(fēng)門、照明線和動力電纜等，巷道壁凹凸不平，巷道縱橫交錯、拐彎抹角。對平直隧道中，頻率越高，越有利電磁波的傳輸，在彎曲隧道中，頻率越高，越不利電磁波的傳輸。因此對于巷道中的無線通信，最佳頻率在550~950MHz，對于不同的傳輸距離，不同的巷道情況，最佳工作頻率是不一樣的。在生產(chǎn)實(shí)踐中，要根據(jù)實(shí)際情況確定最佳工作頻率。
RFID從頻率上可分為低頻(125KHz)、高頻(13.56MHz)、超高頻(868-954MHz，北美915MHz)以及微波(2.45GHz)4種頻率。
低頻標(biāo)簽比超高頻標(biāo)簽便宜，節(jié)省能量，穿透廢金屬物體力強(qiáng)，工作頻率不受無線電頻率管制約束，最適合用于含水成分較高的物體，但是識別距離小于1m，雖然具有良好的個體定位功能，如果要做到整個礦井的良好定位，就需要在井下布置大量的基站，投資很大，同時標(biāo)簽的防沖撞功能不好。
高頻標(biāo)簽屬于中短距識別。2.45GHz微波，識別開闊場所達(dá)200m，井下為100m左右。但是距離太大就會失去定位的功能了，同時標(biāo)簽的防沖撞功能不好。
所以本系統(tǒng)采用915MHz的頻段上RFID技術(shù)，井下人員跟蹤定位基站有效接收范圍10m，允許被測目標(biāo)最大移動速度6m，能夠很好的實(shí)現(xiàn)定位;同時識別目標(biāo)個數(shù)20個，防沖撞功能好;通訊方式采用RS485，傳輸波特率為2400bps，能夠?qū)崿F(xiàn)礦井監(jiān)控的目標(biāo)。
對于雙頻系統(tǒng)，由于價格較高，考慮到成本問題，本系統(tǒng)沒有采用。
(2)安全性分析。煤礦井下具有甲烷等可燃性氣體和煤塵，無線通信設(shè)備必須是防爆型電氣設(shè)備，并宜采用安全性能好、體積小、質(zhì)量輕、成本低的本質(zhì)安全型防爆措施，礦井的輻射電磁場環(huán)境應(yīng)按2級中等電磁輻射環(huán)境考慮。并且礦井的瓦斯?jié)舛仍诓煌奈恢煤筒煌臅r間會發(fā)生的變化。
RFID采用射頻識別技術(shù)，理論上不會對井下作業(yè)產(chǎn)生危險。在系統(tǒng)中Tag采用無緣芯片，Reader設(shè)計和封裝時采取本質(zhì)安全型防爆措施。
(3)設(shè)置可行性分析。礦井一般深度都在地下500m以下。煤礦開采是不斷進(jìn)行的，如果采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能方便的增加節(jié)點(diǎn)，會給系統(tǒng)的使用帶來不便。因此Reade:與后臺操作可采用現(xiàn)場總線方式連接，同時信息可利用現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)的線路進(jìn)行傳輸?？偩€型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只需增加一段電纜和一個Reade:就可以增加一個節(jié)點(diǎn)，這使系統(tǒng)可以隨著煤礦的開采不斷的擴(kuò)充。
(4)操作可行性分析。RFID的Tag攜帶方便、操作簡單，Reade:可在10m以內(nèi)的距離實(shí)現(xiàn)對卡片的自動識別，符合井下作業(yè)設(shè)備力求簡單、方便的要求。

3系統(tǒng)介紹
3.1系統(tǒng)總體設(shè)計思路
井下人員實(shí)時管理系統(tǒng)是利用現(xiàn)有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)作為主傳輸平臺，開發(fā)相應(yīng)的井下人員跟蹤定位分站、射頻識別卡等設(shè)備與系統(tǒng)掛接。
系統(tǒng)主要用于井下人員和機(jī)車定位跟蹤，由安裝在安全帽上的Tag、礦井專用處理傳輸基站(包括天線和目標(biāo)識別器)、數(shù)據(jù)傳輸接口、地面中心站軟件組成。當(dāng)人員經(jīng)過井下巷道安裝的發(fā)射天線工作區(qū)時，基站獲取人員攜帶的標(biāo)簽信息，系統(tǒng)自動采集該人員經(jīng)過的時間、地點(diǎn)信息，并傳送到地面的管理數(shù)據(jù)庫。地面中心站接收來自井下專用處理傳輸分站上的編碼信號，實(shí)現(xiàn)對井下人員和機(jī)車跟蹤定位信息的采集、分析處理、實(shí)時顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲報表、查詢打印等功能。使管理人員能及時準(zhǔn)確的查詢各種信息，方便作業(yè)人員和設(shè)備的調(diào)度和管理提高和優(yōu)化煤礦的整體管理水平。
3.2系統(tǒng)設(shè)計方案
系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件兩部分組成，用于完成信息采集、識別、加工及其傳輸，由這兩部分軟件共同支撐著整個系統(tǒng)的運(yùn)行;硬件系統(tǒng)由井下分站設(shè)備、天線、Tag、數(shù)據(jù)傳輸接口和地面設(shè)備組成，用于完成信息采集和識別，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和信息化管理目標(biāo)。
(1)井下分站設(shè)備。井下分站設(shè)備由信息采集處理板、信息傳輸處理板、隔爆電源、備用電池、漢字液晶顯示模塊、嵌入式軟件，以及礦用阻燃電源電纜、礦用阻燃雙絞線通信電纜、接線盒等組成。信息處理采集主板是完成對分站區(qū)域內(nèi)的Tag信息的采集、處理;信息傳輸處理板是將RS232信號轉(zhuǎn)換為RS485信號和自動存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸距離10km,同時將重碼的信息進(jìn)行判定和過濾，接受上位機(jī)的輪循訪問并向上位機(jī)傳送所采集到的人員編碼信息;不間斷電源是停電后提供2h的供電電源;礦用阻燃電源電纜是為分站提供工作電源;礦用阻燃雙絞線通信電纜主要是完成井下網(wǎng)絡(luò)的連接，為現(xiàn)場RS485總線方式;漢字液晶顯示模塊主要顯示人員編碼和時鐘功能，可用遙控器查詢記錄。
(2)天線。實(shí)現(xiàn)與Tag之間的數(shù)據(jù)通信。
(3)Tag.Tag鑲嵌在安全帽上，安全帽是半球形。一般的，當(dāng)RFIDTag天線結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲時，天線的方向系數(shù)與輸入阻抗都會改變，相應(yīng)地，RFID系統(tǒng)的工作距離必定產(chǎn)生變化。經(jīng)過仿真處理和實(shí)驗(yàn)證明，鑲嵌在安全帽上的Tag天線發(fā)生的彎曲對系統(tǒng)的性能影響可以忽略不計。
Tag平時處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)Tag進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)時，天線能接收到特定的電磁波，線圈就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。再經(jīng)過整流電路，就會激活電路上的微型開關(guān)，給Tag供電。從而Tag發(fā)送出的自身的信息被Reade:讀取并解碼后送至數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)處理。
(4)數(shù)傳接口。主要由電源板、信號轉(zhuǎn)換板及安全栓組成，完成通訊信號的轉(zhuǎn)換和本安與非本安運(yùn)行環(huán)境的隔離。
(5)地面設(shè)備。地面人員監(jiān)測管理部分由數(shù)據(jù)通信接口、HUB、監(jiān)控計算機(jī)、管理計算機(jī)、服務(wù)器、UPS電源、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)終端、防雷設(shè)備等組成。
監(jiān)控計算機(jī)(含人員監(jiān)測管理軟件)及數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對信息的自動化管理目標(biāo)，在計算機(jī)屏幕上直觀動態(tài)顯示井下人員的分布情況，使管理層一目了然;UPS電源主要為了在交流電源停電后繼續(xù)維持系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行;打印機(jī)主要用來打印人員監(jiān)測管理報表;網(wǎng)絡(luò)終端主要是人員監(jiān)測信息的網(wǎng)上共享。
管理計算機(jī)主要是完成人員和機(jī)車信息資料的錄入，分類存入計算機(jī)以備隨時檢索使用;對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計并輸出各種文字和文字報表;通過對原始數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行多條件復(fù)合查詢并匯總;進(jìn)行標(biāo)識卡的發(fā)行、回收、掛失、恢復(fù)操作;對系統(tǒng)進(jìn)行各種初始設(shè)置等功能門
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器完成整個管理系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)的管理及作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行原始數(shù)據(jù)及圖像的存儲、備份工作。
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、管理計算機(jī)、監(jiān)控計算機(jī)、巷道各分站通過星形及總線形的混合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成，是一個具有實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)視及采集、圖像監(jiān)視及采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、信息檢索等多項(xiàng)功能的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)。其中包括由采用星型結(jié)構(gòu)連接在一起的井下分站為主而構(gòu)成的井下管理系統(tǒng);由通過集線器連接的服務(wù)器、管理計算機(jī)、報表打印機(jī)組成的上端管理系統(tǒng);由通過數(shù)據(jù)通道與圖像信息通道與網(wǎng)絡(luò)連接在一起的以監(jiān)控計算機(jī)為主，視頻采集設(shè)備為輔的多媒體信息系統(tǒng)。
3.3系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4人員定位管理軟件
人員定位管理軟件實(shí)現(xiàn)對井下人員的跟蹤定位信息的采集、分析處理、實(shí)時顯示、數(shù)據(jù)庫存儲、報表打印等功能。軟件是采用Microsoft的VisualC++6.0開發(fā)的集數(shù)據(jù)采集與信息處理的綜合管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)是以SQLServer2000數(shù)據(jù)庫為主的CS模式開發(fā)而成的，共有操作員登錄、實(shí)時顯示、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、個人編碼器管理、人員活動軌跡、系統(tǒng)維護(hù)7個模塊，如圖3所示。

(1)登錄模塊。登錄模塊主要完成開機(jī)后操作員的密碼及權(quán)限輸入，人員權(quán)限情況的校驗(yàn)等功能，操作方法采用手工輸入。
(2)實(shí)時顯示模塊。礦井人員位置信息通過井下人員跟蹤定位基站發(fā)送到地面監(jiān)控主機(jī)后，由軟件進(jìn)行實(shí)時分析處理在電子地圖上實(shí)時顯示當(dāng)前井下各巷道人員分布情況和機(jī)車分布情況，并且對人員井下活動軌跡進(jìn)行紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)對井下人員活動路線、滯留時間及目前所處位置的管理。
(3)數(shù)據(jù)查詢模塊。數(shù)據(jù)查詢模塊主要完成通過各種條件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索并匯總的功能。主要實(shí)現(xiàn):查詢井下人員的動態(tài)分布情況和數(shù)量;查詢?nèi)我痪氯藛T當(dāng)前位置和指定時間所處的位置;查詢?nèi)我恢付ㄎ恢玫娜藛T情況，并進(jìn)行實(shí)時跟蹤顯示;查詢?nèi)藛T考勤記錄查詢;全礦數(shù)據(jù)查詢。
(4)數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊。數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊主要是根據(jù)巷道各基站的交換信息進(jìn)行統(tǒng)計匯總，并按照指定的格式進(jìn)行報表的輸出。
(5)個人信息管理模塊。個人信息管理模塊主要是對職工個人信息進(jìn)行統(tǒng)計匯總，并按照一定的規(guī)則進(jìn)行編碼分配。包括:全體職工數(shù)據(jù)管理、職工資料管理、職工信息。
(6)系統(tǒng)維護(hù)模塊。系統(tǒng)維護(hù)模塊主要是完成對整個管理系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作和對各種與系統(tǒng)相關(guān)的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)的功能。此模塊只能由本系統(tǒng)的超級用戶來完成，其他任何人員不能完成此模塊的各項(xiàng)功能。維護(hù)項(xiàng)目包括:①基本信息維護(hù);②操作人員維護(hù);③巷道各基站維護(hù);④數(shù)據(jù)庫維護(hù)。

5結(jié)論
井下人員實(shí)時管理系統(tǒng)是集計算機(jī)軟硬件、信息采集處理、無線數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、自動控制等技術(shù)多學(xué)科綜合應(yīng)用為一體的自動識別信息技術(shù)產(chǎn)品，該系統(tǒng)是通過對坑道遠(yuǎn)距離移動目標(biāo)進(jìn)行非接觸式信息采集處理，實(shí)現(xiàn)對人在不同狀態(tài)(移動、靜止)下的自動識別，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動化管理。
課程推薦

施工安全必備技能全面詳解

項(xiàng)目總工必備安全計算技能

技術(shù)員到項(xiàng)目經(jīng)理的晉升路

---

融合發(fā)展CRM客觀關(guān)系管理軟件		如何用客戶關(guān)系管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差異化競爭？
移動crm軟件系統(tǒng)如何分類		結(jié)合移動crm系統(tǒng)談銷售管理
外貿(mào)客戶管理軟件CRM產(chǎn)品特點(diǎn)		外貿(mào)客戶管理系統(tǒng)-郵件管理模塊
軟件第三方顧問分析讓IT圈子沒有圈套		客觀評價客戶管理軟件移動crm的優(yōu)缺點(diǎn)
客戶關(guān)懷是客戶關(guān)系管理系統(tǒng)的核心		我通過信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師的經(jīng)驗(yàn)分享
論信息系統(tǒng)項(xiàng)目人力資源管理		XPS擠塑聚苯板外墻保溫系統(tǒng)施工工藝
通過信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師的經(jīng)驗(yàn)談		工程項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)研究
計算機(jī)信息系統(tǒng)集成管理辦法		貼必定BAC卷材防水系統(tǒng)施工工藝

信息發(fā)布：廣州名易軟件有限公司 http://www.jetlc.com