第八届工业仪表与自动化学术会议
我国矿井人员位置监测技术的现状与发展
成继勋
(湖南科技大学 1,湖南湘潭 摘
1,2
雷
钧
2
411201;富力通能源软件技术公司 2,北京
100016)
要:介绍了矿井人员位置监测系统的几种技术方案,分析了各种方案的特点,提出了今后的技术发展方向. 人员定位 现状 发展
关键词:矿井
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引言
矿井人员位置监测系统,又称矿井人员定位系统,矿井人员跟踪定位系统,矿井人员考勤定 位系统等.它采用无线传输等技术,跟踪确定井下移动人员所在的地点或区域,将井下人员的分 布和位置信息实时,动态地显示在井上监控中心的显示屏上,为矿井灾变时提供人员救援指导. 系统同时还能提供井下作业人员考勤管理等功能. 我国近年来煤矿的生产安全形势比较严峻.由于矿井的巷道和井下作业人员的分布情况复 杂,灾变时难以确定人员的数量和位置,给救援带来很大困难.人员位置监测系统能准确提供灾 变时的井下人员的数量和位置或所在区域, 为搜索抢救受困人员争取了时间, 对矿井的救灾具有 重大意义.因此,矿井人员位置监测系统在近两年来发展迅速,已有北京富力通等公司研发的产 品数十种. 矿井人员位置监测系统目前采用的或可以采用的技术方案有:① 有线传输网络+RFID 卡 (射频标识卡) ;② 漏泄电缆+RFID 卡;③ 基于 ZigBee 技术;④ 小灵通.矿用的小灵通系统 配合定位软件就可以实现准确定位,但成本高.本文分别介绍前 3 种技术.
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1.1
借助有线传输网络的 RFID 定位系统
有源 RFID 卡 RFID 卡佩戴在井下作业人员身上,卡内存有佩带者的个人标识(号码) .由于矿井人员位置 监测系统通常要求有较远的无线识别距离, 因此该系统通常使用有源 RFID 卡. 有源 RFID 卡的电 路实际上是一个带有微处理器的无线收发器,卡上自带电源,通常工作于 315/433/868/915 MHz 或 2.4GHz 频段. 数据传输速率在 2.4GHz 频段可达 1Mbps, 其它频段为 100Kbps. 收发器采用 GFSK 或 2-FSK,MSK 调制方式.收发器(或带有微处理器)采用低功耗芯片,最大发射功率 0～10dBm, 最高接收灵敏度对于不同的收发器芯片为-90~-110dBm,无线收发距离为数十米. 1.2 定位原理 定位系统的结构如图 1 所示. 在井下按一定的距离布置具有一定编号的定位器(或称读卡器) ,定位器通过通信总线(网 络)接至井上人员位置监控主机.定位器也是一个带有微处理器的无线收发器,但一般比 RFID 卡的发射功率大,且有效率较高的标准天线.当佩戴 RFID 卡的人员经过某一定位器时,RFID 卡 的识别信息通过该定位器发送到井上监控主机.主机根据定位器的编号获知该持卡人员的位置, 采用矿井三维图形或表格等方式显示在屏幕上.定位器之间的距离通常大于 RFID 卡有效传输距
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离的 2 倍,根据具体情况可为 50～500m.系统的人员定位精度为 D+2d(当 D>2d 时) 为定位 ,D 器之间的距离,d 为 RFID 卡有效传输距离.如果要提高定位精度,必须缩短 D.
井上 井上 监控 主机 以太网 分站 井下 井下 监控 主机 总线1 总线2 以太网
分站 总线2
定位器(读卡器)
RFID 卡
定位器(读卡器)
RFID 卡
图 1 采用有线传输网络的 RFID 定位系统
图2
具有分站的有线传输网络 RFID 定位系统
RFID 卡有被动式和主动式两类.被动式由定位器对卡进行查询,卡应答;主动式由卡主动 发送自己的标识.通常 RFID 卡数秒至数十秒收发一次,以节约电能. 由于煤矿井下通信总线长度要求大于 10Km,所以通信总线一般为低速总线,速率在 5Kbps 以下,目前只有少数使用光纤以太网.由于 RFID 卡不停地发送标识信号,数据量较大,当使用 低速总线时,要求定位器有处理冗余信息的能力,否则 RFID 卡发送的标识信息不能及时传输到 监控主机, 系统的延时会非常大. 或者设置能处理冗余信息的定位分站. 若干个定位器接至分站, 由分站处理掉冗余信息,再传输到井上监控主站,如图 2 所示.
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2.1
借助漏泄电缆的 RFID 定位系统

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