煤礦UWB精確人員定位系統

系統簡介：

1、概況

    數字礦山建設已經向精細化管理，人員定位是礦上六大系統之一，需要要與時俱進，實現人員精確定位后，可具備人員、車輛的精確定位和為其它系統提供人員和車輛的精確位置信息，這樣發生緊急事故事故時候，可迅速、準確的對井下人員進行定位，縮短救援時間，提高人員生還率。另外，建設人員精確定位系統，也有利于后期礦山物聯網的人員感知、車輛感知、車輛管理、無人化工作面、礦山機電設備管理等系統。vx:gaochao927

2、煤礦UWB精確人員定位系統系統架構

系統由機房設備、井口設備、井下設備組成

機房設備：數據服務器（雙機熱備）、web服務器、客戶端電腦、機架交換機、聲光報警器、打印機組成。

井口設備：包含精度LED顯示屏、LCD顯示屏、井口一個性檢卡裝置等。

井下設備：井口讀卡分站、井下傳輸網絡、井下傳輸分站、井下讀卡分站、識別卡組成。

3、系統方案設計

技術路線選型

井下常用的井下定位技術有有源射頻識別RFID技術、Zigbee技術和基于飛行時間的TOF的精確定位技術，各種技術各有優缺。

有源射頻識別技術

有源射頻識別，RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。上世紀90年服務始服務于礦山定位行業。廣泛應用于人員、車輛等位置定位。其技術特點：覆蓋距離30米-300米不等。功耗低，成本低，技術較成熟，廣泛應用于井下的人員定位。

有源的RFID技術因其覆蓋距離在30米-300米左右，且區域間不能有交叉，不能信號間連續覆蓋。想要做到比較好的區間定位效果，必須站與站之間留有空白區域。其基于覆蓋區域的定位無法完成精確測速，只能利用兩個基站之間或多個基站基站完成區域測速?；靖采w模型如下圖：

有源射頻技術，因其定位主要對象為有源的電子標簽，基站和dingweika能夠交互的數據很小，除定位外，幾乎無法傳輸其他信息，延展性較差。

基于Zigbee的場強定位技術

ZigBee是一種基于測算信號強度的定位技術,可工作在2.14GHz(流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,它的傳輸距離在10-75m的范圍內。上世紀70年代初步提出，2006年開始逐步完善，廣泛應用于物聯網行業，近年來被少量應用于礦山的人員定位。

技術特點：可以實現較精確的定位，根據芯片不同實現地面10-30米的定位精度，受環境影響較大，靠信號的重疊覆蓋提高精度；功耗相對較低，低成本。

ZigBee的定位原理主要為測量電磁波的場強強度來計算出dingweika距離基站的具體位置。但是在井下覆蓋復雜的巷道條件下，定位效果較差。如下圖：

基站的左端和右端因其巷道遮擋不一樣，信號強度差距較大，因而測量出來的距離也較大。

基于TOF的精確定位技術

TOF上世紀90年代初步理論形成，本世紀初開始逐步投入使用，定位精度也逐步提高，目前zuida 精度可達0.2米。

技術特點：定位精度高，0.2米-10米（采用Zigbee芯片技術或UWB芯片技術實現定位精度不同），功耗相對稍高，成本較高，有效通信距離200米以上。

TOF是利用電磁波的飛行時間來計算發射源距離接收站的距離。

計算距離則為電磁波飛行時間乘以光速，因電磁波的飛行時間不受物體遮擋而變化，因此能夠適用于井下的復雜環境。其定位精度取決于芯片的時間精度。

4、系統特色

按需精確定位

系統可實現定位和局部精確定位兼容并存。即在現有區域定位系統下，不改變系統架構的基礎上，實現按需定位和局部精確定位。

低功耗設計

精確定位識別卡采用電池供電，通過識別卡的低功耗設計，可以實現正常使用6個月以上。

井口一個性識別

井口人臉一個性識別裝置，人臉識別和閘機深度融合，出現卡與人臉識別不*、攜帶多張卡時候，發出告警信號，并拒絕通過。

覆蓋距離遠

精確定位模式下，兩臺讀卡站之間距離200~300米（視巷道情況調整）。

自助查詢機

刷卡式自主讀卡查詢機，下井人員可自行查詢人員信息、下井次數統計、卡電量等情況；

通過*信號調節技術，可實現人員dingweika近距離讀卡，可有效避免井口人員數量眾多時候的，無法有效讀卡；

5、系統主要功能

實時監控功能

實時監控

實時跟蹤

軌跡回放

信息存儲和歷史軌跡回放：系統具有數據存儲和人員活動軌跡回放功能，以便為事故分析提供依據。

人員軌跡回放

進入該區域的人員和出、入時間，并可以在此區域安裝本安型顯示屏做警告提醒。

進入特殊區域人員查詢

查詢考勤功能

能夠準確統計礦工入井、升井時間，并可按班次、按部門生成日考勤、月考勤統計報表。

全礦人員信息查詢

下井人員查詢

當日下井人員名單

員工下井時長統計表

員工下井時長統計表

員工日考勤表

考勤分段統計表

考勤分段統計表

人員定位查詢

人員定位查詢

歷史人員軌跡查詢

人員定位查詢

人員軌跡查詢

歷史下井記錄查詢

在歷史下井記錄查詢界面，可查詢一段時期內下井的員工記錄。

歷史下井記錄查詢

歷史下井人員區域分布表

進入歷史下井人員區域分布表，可查看具體日期各區域人員分布數量，以及各部門入井人數，

歷史下井記錄分布表

下井次數統計表

在下井次數統計表，可查看時間段內人員下井次數，如圖所示：

下井次數統計表

每日下井人數統計表

在每日下井人數統計表界面，可查看具體日期各部門下井人數，如圖所示：

每日下井人數統計表

已上井人員時間段統計表

已上井人數統計表

部門考勤情況匯總表

安全管理功能

干部跟班下井管理

生命安全監測預警

生命安全監測是監控井下人員的動靜狀態，如果超過設定的時間人員未動，將會產生生命安全監測預警。

生命安全告警

區域超員告警

對某個區域的人員數量進行限制，如果超員則告警。

區域超員告警設置

區域超員告警

礦工進入禁入區告警

當礦工進入區域時，系統會告警，提示管理人員采取相應措施。

工作超時、欠時告警

當礦工在井下停留超出規定時間，或未達到規定時間時，系統將告警并記錄。

工作超時告警

作業欠時告警

行進軌跡異常告警

防爬車管理

爬車告警

預警雙向呼救功能

預警雙向呼救是指井下出現緊急情況時，井下帶卡人員可以通過識別卡的呼救按鈕，將緊急情況告知地面系統，地面系統接到緊急呼救后，采取應急援救方案，同時地面也可以在出現緊急情況時，向井下帶卡人員發出緊急尋呼，可以是單個也可以是所有人員進行尋呼，指導井下人員采取應急措施。

緊急尋呼記錄查詢示意圖

固定崗位脫崗管理

固定崗位脫崗管理用于某些特殊人員，這些人員工作崗位固定，一般都有固定的工作場所和工作時間段，例如安監員，藥物庫房的火品發放工，絞車司機，皮帶司機和井底的信號工等等。這些人一般要求不能離崗，如在規定的時間內離開自己的崗位，系統將判斷已脫崗。

固定人員脫崗告警

系統設備管理

識別卡電量告警

當識別卡電量過低時，系統將提前告警，通知相關技術人員及時更換電池，避免識別卡沒電時，持卡者不知道，雖然下井了，卻被系統判斷為曠工。

卡電量不足告警

LED告警

可以通過LED屏對井下特定區域或者特定顯示屏發布相關信息，并可以對LED屏是否在線發布告警信號。

LED屏告警

分站不在線告警

當讀卡分站供電電壓不足、讀卡分站信號線連接故障時系統均會出現分站不在線告警，及時發現問題并解決。待問題處理后告警會自動結束并在歷史告警中保存告警信息。

分站告警示意圖

電源監測

檢測給分站供電的電源外接交流電是否中斷，直流電輸出是否正常和后備電量是否充足等信息。當分站交流電出現中斷或者異常時，系統告警區域會出現設備交流電中斷告警，提醒維護人員采用對應處理方案。

電源不在線報警

聲光報警功能

通過聲光報警器和軟件的設置可實現礦井超員告警、設備通訊故障、區域超員告警、分站不在線、進入區域告警、超時告警、緊急尋呼告警的聲光報警功能，在系統安全與設備出現告警時，可以及時通過聲、光的方式提醒調度管理員工的快速響應。

系統管理功能

系統的管理軟件能夠實現分配多個不同權限的用戶，方便各個用戶在網絡終端上同時運行軟件，查詢井下實時情況，并可對軟件進行分級別的修改；井下實時數據也可以上傳到WEB服務器上，用戶可以通過互聯網，以網頁的形式實時查看井下人員分布情況。

GIS地理信息系統平臺

GIS地圖縮放功能，能實現井下巷道圖的縮放、顯示及井下出現緊急情況后生成逃生路線，并能對GIS地圖進行導入、導出和還原地圖功能。

GIS信息平臺

雙機熱備

系統主機具有雙機切換功能。工作主機工作時，備用主機接收并存儲監控信息，但對系統不具控制功能；備用主機實時監測工作主機工作狀態，當監測到工作主機異常時，自動轉入工作狀態，并使原工作主機轉入備用狀態。

雙機熱備示意圖

井口一個性性檢測功能

一個性檢卡

通過人臉圖像識別技術和近距離讀卡技術，實現井口的一個性檢卡。

顯示功能

可直接在井口顯示下井人員的基本信息和是否通過檢驗的提示。

一個性檢測通過提示

告警功能

當出現多帶卡、替代卡等情況時候，系統自動發出告警信息。