[學(xué)習(xí)]定位系統(tǒng)(礦井人員)

1、定位系統(tǒng)(礦井人員),主 要 內(nèi) 容,一.相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)二.系統(tǒng)的作用和意義三.人員定位系統(tǒng)功能四.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)五.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)六.系統(tǒng)無線通訊技術(shù)七.系統(tǒng)建設(shè)八.存在問題及解決方案,相 關(guān) 政 策,1、《國務(wù)院關(guān)于進一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知（國發(fā)[2010]23號）》要求煤礦和非煤礦山要安裝監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)井下人員定位系統(tǒng)緊急避險系統(tǒng)壓風(fēng)自救系統(tǒng)供水施救系統(tǒng)通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)裝備,相 關(guān) 政 策,2、

2、 安監(jiān)局關(guān)于《建設(shè)完善煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”的通知》（安監(jiān)總煤裝[2010]146號）要求建設(shè)完善煤礦井下人員定位系統(tǒng)。發(fā)揮井下人員定位系統(tǒng)在定員管理和應(yīng)急救援工作中的作用。3、安監(jiān)局《煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”建設(shè)完善基本規(guī)范（試行）》（安監(jiān)總煤裝[2011]33號）按照《煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)使用與管理規(guī)范》(AQ1048-2007)的要求，建設(shè)完善井下人員定位系統(tǒng)。必須滿足《煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術(shù)條件》(A

3、Q6210-2007)的要求等。,相 關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn),1、《AQ6210-2007煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術(shù)條件》2、《AQ1048-2007煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)使用與管理規(guī)范》,人員定位系統(tǒng)作用,人員定位系統(tǒng)作用,1、遏制超定員生產(chǎn)。通過監(jiān)控入井人數(shù)，進入采區(qū)、采煤工作面、掘進工作面等重點區(qū)域人數(shù)，遏制超定員生產(chǎn)。2、防止人員進入危險區(qū)域。通過對進入盲巷、采空區(qū)等危險區(qū)域人員監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)誤入危險區(qū)域人員，防止發(fā)生窒息

4、等傷亡事故。,人員定位系統(tǒng)作用,3、及時發(fā)現(xiàn)未按時升井人員。通過對人員出/入時刻監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)超時作業(yè)和未升井人員，以便及時采取措施，防止發(fā)生意外。4、加強特種作業(yè)人員管理。通過對瓦斯檢查員等特種作業(yè)人員巡檢路徑及到達(dá)時間監(jiān)測，及時掌握檢查員等特種作業(yè)人員是否按規(guī)定的時間和線路巡檢。,人員定位系統(tǒng)作用,5、加強干部帶班管理。通過對帶班干部出入井及路徑監(jiān)測，及時掌握干部下井帶班情況，加強干部下井帶班管理。6、煤礦井下作業(yè)人員考勤

5、管理。通過對入井作業(yè)人員，出/入井和路徑監(jiān)測，及時掌握入井工作人員是否按規(guī)定出/入井，是否按規(guī)定到達(dá)指定作業(yè)地點等。,人員定位系統(tǒng)作用,7、應(yīng)急救援與事故調(diào)查技術(shù)支持。通過系統(tǒng)可及時了解事故時入井人員總數(shù)、分布區(qū)域、人員的基本情況的等。 若事故時，系統(tǒng)不被完全破壞，還可在事故后2小時內(nèi)（系統(tǒng)有2小時備用電源），掌握被困人員的流動情況。 在事故后7天內(nèi)（識別卡電池至少工作7天），若識別卡不被破壞，可通過手持設(shè)備測定被困人員

6、和尸體大致位置，以便及時搜救和清理。,人員定位系統(tǒng)作用,8、持證上崗管理。通過設(shè)置在人員出入井口的人臉、虹膜等檢測裝置，檢測入井人員特征，與上崗培訓(xùn)、人臉、虹膜數(shù)據(jù)庫資料對比，沒有取得上崗證的人員不允許下井，特殊情況（如上級檢查等）需經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，并存儲紀(jì)錄。 9、具有緊急呼叫功能的系統(tǒng)，調(diào)度室可以通過系統(tǒng)通知攜卡人員撤離危險區(qū)域，攜卡人員可以通過預(yù)先規(guī)定的緊急按鈕向調(diào)度室報告險情。,人員定位系統(tǒng)功能,人員定位系統(tǒng)功能,AQ104

7、8-2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定功能要求位置監(jiān)測管理存儲、報警、顯示、打印、查詢等,人員定位系統(tǒng)功能,還應(yīng)具有人機對話自診斷網(wǎng)絡(luò)通訊,人員定位系統(tǒng)功能,監(jiān)測功能攜卡人員出/入井時刻、出/入重點區(qū)域時刻、出/入限制區(qū)域時刻等監(jiān)測攜卡人員出/入巷道分支方向攜卡人員出/入避難硐室或可移動式救生艙時刻對乘坐電機車等各種運輸工具的攜卡人員進行準(zhǔn)確識別識別多個同時進入識別區(qū)域的標(biāo)識卡標(biāo)識卡工作是否正常和每位下井人員攜帶1張卡唯一性檢測功

8、能。,人員定位系統(tǒng)功能,管理功能攜卡人員下井總數(shù)出/入井時刻下井工作時間超時人員總數(shù)以上數(shù)據(jù)顯示、打印、查詢及報警,當(dāng)前井下人員分布,,單擊“此處”可以對姓名為“肖正偉”的職工的活動軌跡進行跟蹤(如下圖),“肖正偉“當(dāng)天在井下的活動軌跡,特定的人員進行井下跟蹤,雙擊當(dāng)前位置可以調(diào)出員工馬亞軍的活動軌跡,藍(lán)色的是當(dāng)天的活動軌跡,灰色的是昨天的活動軌跡,員工當(dāng)前位置查詢,單擊“當(dāng)前位置”將調(diào)出員工的近期活動軌跡,井下員工查詢,目前

9、在井下作業(yè)的所有職工,鼠標(biāo)停在表格中的“在此停留”字段上將顯示下邊的圖片,員工分布查詢,超時員工查詢,人員定位系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo),主要技術(shù)指標(biāo),（1）最大位移速度不得小于5 m/s。（2）并發(fā)識別數(shù)量不得小于80。（3）漏讀率不得大于10-4。（4）識別卡與分站之間的無線傳輸距離不小于10m。（5）工作時間：不可更換電池的識別卡的電池壽命應(yīng)不小于2年?？筛鼡Q電池的識別卡的電池壽命應(yīng)不小于6個月。采用可充電電池的識別卡，每次充電應(yīng)能保證

10、識別卡連續(xù)工作時間不小于7 d。,人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu) 地面監(jiān)控中心監(jiān)控主機系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)傳輸接口傳輸平臺交換機等井下無線信號及數(shù)據(jù)采集設(shè)備讀卡分站識別器標(biāo)識卡,人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),地面監(jiān)控中心監(jiān)控主機整個系統(tǒng)設(shè)備及人員檢測數(shù)據(jù)的管理分站實時數(shù)據(jù)通訊統(tǒng)計存儲屏幕顯示查詢打印畫面編輯網(wǎng)絡(luò)通訊,人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),地面監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件 完成人員信息采集、識別、

11、編輯遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)上傳網(wǎng)頁發(fā)布,人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),地面監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳輸接口井上的組成部分與井下設(shè)備進行通訊,井下無線信號及數(shù)據(jù)采集設(shè)備讀卡分站礦用電源箱動態(tài)目標(biāo)識別器人員標(biāo)識卡,人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),井下無線信號及數(shù)據(jù)采集設(shè)備讀卡分站 收集識別器采集的數(shù)據(jù)上傳至地面中心站,礦用電源箱 隔爆兼本質(zhì)安全 具有備用電源功能的穩(wěn)壓電源,人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu),井下無線信號及數(shù)據(jù)采集設(shè)備動態(tài)目標(biāo)識別器 目

12、前主要采用RFID識別技術(shù),人員標(biāo)識卡 具備單向或雙向呼叫功能,人員定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),人員定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),總線式電纜獨立組網(wǎng)結(jié)構(gòu)光纖專網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu),人員定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),總線式電纜獨立組網(wǎng)結(jié)構(gòu),人員定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),光纖專網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu),人員定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)無線通信技術(shù),系統(tǒng)無線通信技術(shù),射頻識別技術(shù)2.4G無線通訊技術(shù)2.4G直序擴頻通訊技術(shù)OFDM正交頻分復(fù)用通訊技術(shù),系統(tǒng)無線

13、通信技術(shù),射頻識別技術(shù)射頻識別 (RFID)是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式的新型自動識別技術(shù)基本原理是電磁理論，即利用無線電波對記錄媒體進行讀寫。和條形碼有三點不同：,系統(tǒng)無線通信技術(shù),射頻識別技術(shù)第一，可以識別單個的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體；第二，采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息第三，可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀。此外，儲存的信息

14、量也非常大。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),射頻識別技術(shù)特點操作簡單方便高速移動目標(biāo)的識別標(biāo)識卡完全密封, 具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能, 適合在井下惡劣環(huán)境中工作傳輸數(shù)據(jù)經(jīng)隨機序列的加密完善、保密的通信協(xié)議通信協(xié)議具有防碰撞機制, 可實現(xiàn)同時對多個移動目標(biāo)進行識別信號的穿透能力強—墻壁、路面、衣物、人等數(shù)據(jù)傳輸量小, 抗干擾能力強, 感應(yīng)靈敏易于維護、操作,系統(tǒng)無線通信技術(shù),射頻識別技術(shù)組成標(biāo)簽( Tag

15、，即射頻卡)—由耦合元件及芯片組 成，含有內(nèi)置天線，用于和讀卡器射頻天線間進行通信讀寫器( Reader）發(fā)射無線電射頻信號接收電子標(biāo)簽反射的無線射頻信號處理后獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號,系統(tǒng)無線通信技術(shù),工作流程：讀卡器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；,系統(tǒng)無線通信技術(shù),工作

16、流程： 系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀卡器，讀卡器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),耦合類型 讀卡器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號的耦合有兩種 (1)電感耦合：通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。 一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識

17、別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。 識別作用距離小于1m，典型作用距離為10cm～20cm。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),耦合類型 (2)電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)信息依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律 一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有： 433MHz，868MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。

18、 識別作用距離大于1m，典型作用距離為3m～l0m。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),射頻識別系統(tǒng)的關(guān)鍵問題:1.讀卡器天線必須是圓極化的由于RFID標(biāo)簽的方向性是不可控的，所以讀卡器天線必須是圓極化的2.阻抗匹配標(biāo)簽天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進出標(biāo)簽。天線后的芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),3.全向天線應(yīng)該避免在標(biāo)簽中使用與天線接近的物體可以降低天線的返回?fù)p耗方向性強的天線具有更少的輻射模式和返回?fù)p

19、耗的干擾。天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G無線通訊技術(shù) 遠(yuǎn)距離射頻卡典型工作頻率：433MHz，902~928MHz，2.45GHz，5.8GH等。采用最多是不2.4GHz、屬微波頻段主要特點傳播距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率高功耗低、傳播路徑主要為反射方式存在多徑效應(yīng)射頻卡采用單載波發(fā)送，單個衰落或者干擾導(dǎo)致整個通信鏈路失敗。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G直序擴頻無線技術(shù)WiFi

20、通訊：主要用于無線以太網(wǎng)Zigbee通訊：主要用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)專用通訊芯片技術(shù)：適用于各種特殊用途,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G直序擴頻無線通訊技術(shù)原理信號的發(fā)端—用高碼率的擴頻碼系列，通過調(diào)制方式將頻率擴展信號的收端—用相同的擴頻碼序去進行解碼，把擴展的頻率信號還原成原始信息,,,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G直序擴頻無線通訊技術(shù)原理擴頻—在發(fā)射信號前引入隨機擴頻碼解擴—在接收信號時移去擴頻碼，恢復(fù)原始信號,系統(tǒng)無線通信技

21、術(shù),2.4G直序擴頻無線通訊技術(shù)特點1.抗干擾性強擴頻信號通過相關(guān)器能有效恢復(fù)，干擾信號由于與本地PN碼不相關(guān)而被濾掉。2.具有強的抗多徑干擾接收信號除了直達(dá)接收天線的直射信號外還有反射和折射信號，它們對直射信號的干擾叫多徑干擾，當(dāng)兩個接收信號序列相對時間超過碼元寬度時，相關(guān)器就將其抑制掉了。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G直序擴頻無線通訊技術(shù)特點 3.對其他接收臺干擾小 信號通過擴頻調(diào)制后頻譜被大大擴展，使信號的功

22、率譜密度降低，接收端接收的信號譜密度比接收機噪聲低，這樣對同頻接收臺接收不會形成干擾。 4.可以同頻工作由于采用相關(guān)解擴，所以只要每部通信的解擴碼（PN）不同，幾部通信機就可以使用同一載頻而不會有相互干擾。 5.直擴通信速率高 2M、8M、11M,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G OFDM無線通訊技術(shù) 原理就是將指配的信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調(diào)制和傳輸，信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬。,系統(tǒng)無線

23、通信技術(shù),2.4G OFDM無線通訊技術(shù) 特點 1、可以自動地檢測到在傳輸介質(zhì)下，哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調(diào)制措施來使指定頻率下的載波進行成功通信。,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G OFDM無線通訊技術(shù) 特點2. 對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在單載波系統(tǒng)中，單個衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€通信鏈路失敗，但是在多載波系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分載波會受到干擾。對這些子信道還可以采用糾錯碼來進行糾錯。,系統(tǒng)無

24、線通信技術(shù),2.4G OFDM無線通訊技術(shù) 特點3.對抗信號波形間的干擾。在無線信道中，多徑傳播效應(yīng)造成接收信號相互重疊，產(chǎn)生信號波形間的相互干擾，使接收端判斷錯誤,系統(tǒng)無線通信技術(shù),2.4G OFDM無線通訊技術(shù) 特點4. OFDM技術(shù)通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強的抗衰落能力。5. OFDM技術(shù)的信道利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要；當(dāng)子載波個數(shù)很大時，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2baud/Hz。,人員定

25、位系統(tǒng)建設(shè),人員定位系統(tǒng)建設(shè),中心站建設(shè)傳輸平臺建設(shè)井下監(jiān)測部分建設(shè),人員定位系統(tǒng)建設(shè),中心站建設(shè)監(jiān)控主機和數(shù)據(jù)接口安裝過程中需注意給主機提供不間斷電源電源防雷信號防雷 機房中設(shè)備安裝必須符合《煤礦安全規(guī)程》要求,人員定位系統(tǒng)建設(shè),傳輸平臺建設(shè) 總線式電纜獨立網(wǎng)絡(luò)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)線纜全部為電纜主干—兩芯支干—四芯電纜敷設(shè)和聯(lián)接須符合《煤礦安全規(guī)程》要求信號電纜不能與動力電纜在同一幫壁吊掛,人員定位系統(tǒng)建設(shè),傳輸平臺建

26、設(shè)光纖專網(wǎng)建設(shè)井下和地面通信均采用光纖傳輸其余網(wǎng)絡(luò)采用電纜傳輸需注意光纜敷設(shè)和井下光端機放置要求須按《煤礦安全規(guī)程》要求施工,人員定位系統(tǒng)建設(shè),傳輸平臺建設(shè)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)建設(shè)井下和地面采用交換機進行通訊通過交換機，系統(tǒng)分站就能直接接入環(huán)網(wǎng)中和地面中心站通信合理的光纜敷設(shè)和環(huán)網(wǎng)的選址，就能使整個網(wǎng)絡(luò)的井下架構(gòu)更加清晰在其他系統(tǒng)掛接的情況下—高質(zhì)量信息化,人員定位系統(tǒng)建設(shè),井下監(jiān)測部分建設(shè)定位分站位置合理距離主網(wǎng)近

27、識別器線纜敷設(shè)方便取電方便盡量避免有漏水和易塌方的地點符合《煤礦安全規(guī)程》要求,人員定位系統(tǒng)建設(shè),井下監(jiān)測部分建設(shè)分站電源為分站提供直流電源；斷電后能提供兩小時的供電設(shè)在分站旁邊必須接地，避免漏電發(fā)生,人員定位系統(tǒng)建設(shè),井下監(jiān)測部分建設(shè)識別器設(shè)置人員出入井口重點區(qū)域出/入口，如采煤工作面、掘進工作面等限制區(qū)域出入口，如盲巷、采空區(qū)等避難硐室、可移動式救生艙內(nèi)、外滿足以上四個區(qū)域監(jiān)測的要求,存在問題及解決方案,

28、存在問題及解決方案,漏卡問題情況描述 人員定位系統(tǒng)有時發(fā)生識別器漏讀下井人員情況，導(dǎo)致 地面在統(tǒng)計時候數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確原因分析 由于煤礦井下巷道的原因，導(dǎo)致標(biāo)識卡在傳輸信號時發(fā)生了干擾（如多徑干擾），在信號傳輸時，識別器未收到信號解決方案DSSS直序擴頻技術(shù)，OFDM技術(shù)，提高抗干擾能力，減小漏讀率傳輸速率高增加同時識別卡的數(shù)量,存在問題及解決方案,定位不準(zhǔn)確問題情況描述 煤礦在查詢井下人員時候，會發(fā)生需查找的人員