左权阜生煤矿人员定位系统的研究应用_王云平.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 采用传统区域定位技术的矿井人员定位和跟踪 管理系统由于在定位精度以及人员实时跟踪管理等 方面存在严重不足， 特别是突发灾害 （时， 既不便于及 时快速地采取有效应急措施， 也不便于救援人员快速 判断被救人员和重要设备的当前精确位置等情况。 左 权阜生煤矿井下人员精确定位系统采用先进的线性 调频扩频 UWB 技术，实现井下重要区域无线全覆 盖， 定位精度不大于 10m,理想状态下可达到 3 米， 同 时识别定位不少于 80 张； 另一方面， 能够兼容目前市 场上的区域定位系统，在保证定位精度的前提下， 能 够最大限度地降低投入成本。 下面对井下人员精确定 位系统进行分析研究。 1系统架构分析 系统主要由监控计算机、 系统软件、 人像唯一性 检测装置、 人员管理分站、 主读卡器、 辅读卡器、 精确 定位标识卡、 以太网通讯平台等组成， 如图 1 所示。 监控主机负责整个系统设备监测数据的管理、 分站实时数据通讯、 统计存储、 显示、 查询打印等任 务。 系统软件 接收井下上传的测距定位信息， 进行 信息加工及井下实时精确位置信息动态显示、存储、 查询和报表打印。 以太网通讯平台 负责地面监控主机与井下分站 间信息传输通道， 实现信号远距离有线高速传输。 图 1精确定位系统结构示意图 人员管理分站 分站周期性巡检主、 辅读卡器， 收 集实时位置数据信息， 进行逻辑分析处理， 计算人员 的精确位置信息， 与中心站进行通讯， 实现数据上传； 接收中心站命令并进行转发给读卡器， 实现地面命令 的快速下发。 主读卡器该设备能够实时接收巷道内覆盖范 围内精确定位标识卡发送的定位信息，计算出精确 定位标识卡距离主读卡器的距离，能够接收区域定 位标识卡。 左权阜生煤矿人员定位系统的研究应用 王 云 平 （山西潞安集团左权阜生煤业有限公司 ，山西 晋中 030600 ） 摘要 本文对山西潞安集团左权阜生煤矿井下人员精确定位系统进行了研究。该系统采用先进的 线性调频扩频 UWB 技术， 可以实现井下重要区域无线全覆盖， 在保障定位精度的要求下能降低建设 成本， 可以实现该矿对井下人员的精确定位。 关键词 定位系统 ； 建设目标 ； KJ251A型系统 中图分类号 TD74文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0154- 03 Research and Application of the Positioning System of Zuoquan Yusheng Coal Mine Personnel WANG Yunping （Shanxi Luan Group Zuoquan YushengCoal IndustryCo., Ltd. , Jinzhong 030600 , China ） Abstract This paper studies the precise positioningsystemofunderground personnel in Zuoquan YushengCoal Mine ofShanxi Luan Group. The system adopts advanced linear frequency modulation and spread spectrum UWB technology, which can realize wireless full coverage of important areas in the underground. Under the requirement of ensuring positioning accuracy, the construction cost can be reduced, and the mine can accurately locate the underground personnel. Key words positioningsystem; construction goal ; KJ251Atype system 154 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 辅读卡器该设备能够实时接收巷道内覆盖范 围内精确定位标识卡发送的定位信息，计算出精确 定位标识卡距离辅读卡器的距离， 能够接收区域定位 标识卡。 精确定位标识卡承载唯一的人员编码信息， 能 够与主辅读卡器分别进行测距通信， 实现精确位置定 位； 能够发送求救命令及电池电量欠压信息； 能够接 收上位机命令， 通过生、 光及震动等方式进行提示。 2系统工作原理 KJ251A人员精确定位管理系统分为三级控制网 络。 监控主机、 监控备机、 网络服务器及地面交换机等 为第一级网络， 负责数据的汇集、 分析处理、 存储、 显 示、 发布、 调度任务编制及执行； 以太网通讯平台、 人 员管理分站组成第二级网络， 负责把采集的信息及时 上传， 地面命令快速转发； 主、 辅读卡器和精确定位标 识卡组成第三层网络， 负责实时测试精确定位标识卡 与读卡器间的距离， 判定人员准确位置信息。 系统双向 TOA测距算法， 测距原理如图 2 所示。 图 2基于 TOA 算法的测距原理 信号单纯的传输时间为 d，则整个测量过程中， 产生了四次测量过程 4d，以及 2 次回复等待时间 （TReply,A； TReply,B ） ； 可以计算出单次测量时间。 由 于TRound,A， TRound,B， TReply,A， TReply,B 均能测量出来， 故单次信号传输时间、 传输距离也能 够计算出来。 3系统主要功能特点 1 ） 实时精确定位功能 能够自动实时跟踪定位井 下所有作业人员的精确位置信息， 定位精度可达 3m， 最大定位误差不超过 10m， 地面中心站动态刷新井下 作业人员的精确位置信息； 2 ） 兼容区域定位功能 系统能够实现一张标识 卡即可进行精确定位，还兼容目前大量推广的单、 双 向区域定位系统， 便于煤矿在安全区域使用区域定位 模式，在采掘工作面等危险区域使用精确定位模式， 降低投入成本； 3 ） 防作弊 （携卡唯一性检测 ） 功能 结合人像识别 系统， 确保一人一卡， 入井人员信息的准确性； 4 ） 信号全覆盖功能 单台读卡器覆盖距离不少于 200m,运输大巷等条件好的区域可达到 300m,实现井 下重要巷道及区域全覆盖， 确保信号无盲区； 5 ） 欠压报警功能 精确定位标识卡能够对电池电 量进行周期性检测， 通过液晶显示电量状态， 欠压状 态下可在中心站进行欠压提示； 6 ） 自诊断功能 系统实时监测网络范围内各设备 的运行状态， 跟踪诊断设备故障点及故障类型， 并对 诊断结果进行报警提示； 7 ） 考勤功能 系统能够实时地记录作业人员出入 井时刻； 自动生成井下作业时间； 可对全矿员工进行 月考勤。 8 ） “一卡通” 功能 通过一张标识卡， 既能保证井 下精确定位跟踪， 也能实现班前会管理、 地面营养餐 厅用餐、 矿灯管理、 澡堂用水管理、 便携仪管理、 门禁 等一卡通信息化管理。 9 ） 巡更管理功能通过跟踪瓦检员井下作业轨 迹， 使井下瓦斯巡检工作可视化， 加强安全管理。 4设备性能和功能 4.1主监控计算机 1 ） 研祥工控机 P43.0/1G/160G/17LCD/ 双网卡， 数量为 2 台， 其中 1 台为备用监控主机， 监控主机和 备机之间安装双机热备软件，提高系统运行稳定性 及速度。 2 ） 监控主机运行胶轮车管理软件， 对井下胶轮车 进行实时定位信息进行收集、 分析处理、 存储及显示， 对井下胶轮车动态可靠自动调度。 3 ） 能够在主机上对井下设备重新定义， 实现网络 的实时增减。 4 ） 备用机进行数据备份， 统计生成各种实时信 息，供系统管理员进行车辆信息分析处理及系统维 护管理。 5 ） 备机可作为服务器， 对检测的有效信息数据进 行网络发布， 实现网络化管理。 4.2KJ251- F8 矿用本安型分站 155 ChaoXing （上接第 153 页） [3] 俞启香,程远平,蒋承林,周世宁.高瓦斯特厚煤层煤与卸 压瓦斯共采原理及实践[J].中国矿业大学学报,2004 （02） 3- 7 [4] 常中保. 无煤柱开采保护层覆岩裂隙发育及瓦斯抽采技 术[D].中国矿业大学 （北京） ,2015. 作者简介 贺永平（1967.4.23-） , 男, 现就职于山西汾西矿业集团 安监局, 中级工程师。 （收稿日期 2019- 9- 2） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 KJ251- F8 型矿用定位分站可挂接多个主、辅读 卡器， 能对下级智能设备等进行连续监测， 具有信号 采集和通讯功能， 通过工业以太网能及时将监测到的 人员精确位置信息封包传送到地面中心站， 并转发中 心站发出的各种命令。具有数据采集、 存储、 处理、 显 示、 红外遥控及远距离通讯等功能， 中断情况下可存 储信息不少于 4000 条信息。 4.3KGE116D 型精确定位标识卡 定位卡基于煤矿井下传输特性好、衰减小的 2.4GHz的载波频段； 采用一次性电池供电， 是一种有 源射频识别卡。 整个电路设计为本质安全型。 该定位 卡功率发射功率低， 对人体无害； 天线增益高， 实现信 号的较远距离传输； 工作平均电流低， 可实现电池工 作寿命长； 采用有效的防碰撞算法， 能够瞬间识别多 张标识卡。 4.4KJ251- WY 唯一性检测装置 由于传统检卡考勤装置不能彻底杜绝不带卡、 携 带坏卡入井现象； 更严重的是， 部分人员为了增加考 勤数量， 造成多带卡、 替代卡现象普遍存在， 导致井下 人员数量统计不准确， 入井人员身份信息存有差错。 该装置采用先进的身份识别技术、 短距离快速测 试技术及拥有专利的唯一性检测算法， 加强出入井人 员携卡管理， 满足 AQ6210- 2007 和 AQ1048- 2007 对 出入井人员验卡及携卡唯一性检测要求。通过出、 入 井人员自动逐一检测， 实现了其身份核对确认； 准确 判断是否携带标识卡、 标识卡是否完好及欠压； 准确 检测入井人员携卡数量， 发现多带卡则立即进行声光 提示， 并实时记录。整个过程检测准确、 快速高效、 显 示直观、 无行为约束及人工干预， 彻底解决了虹膜识 别速度慢、 不直观、 对人员行为约束性强的应用难题， 实现了出入井人员快速验卡、 准确统计及身份确认。 5总结 对山西潞安集团左权阜生煤矿井下人员精确定 位系统进行了分析研究， 分析了系统的架构分析和系 统工作原理， 阐述了系统的主要功能特点， 对系统的 关系设备性能和功能进行了说明。 该系统能满足左权 阜生煤矿井下人员实时跟踪管理的需求， 可以在灾害 发生时快速的做出有效的应争措施。 参考文献 [1] 翟强,杨福禹,杜中庆,刘勇.基于 ZigBee/TOF 技术 KJ742 型胶轮车调度指挥管理系统研发与应用[J].煤矿现代化, 201704106- 107112. [2] 程志宇,方召,郭延民,蔡文涛,焦彦辉.常村煤矿防冲击地 压区域人员定位预警系统的开发和应用[J].能源技术与 管理,2015,4001164- 165180. [3] 孙嘉龙. 浅谈煤矿井下人员位置监测与管理系统在潞安 集团公司的应用[J].煤,2010,19S15- 6. 作者简介 王云平，男， 1987 年 8 月 28 日出生。山西省孝义市人, 2011 年 7 月毕业于太原理工大学阳泉学院，电气工程及其 自动化专业， 本科。2011 年 7 月至今， 在山西潞安集团左权 阜生煤业工作, 部长助理， 助理工程师，研究方向 煤矿安全 监控及人员定位系统的应用。 （收稿日期 2018- 12- 6） 156 ChaoXing