礦井rfid人員定位跟蹤系統(tǒng)介紹

礦井RFID人員定位跟蹤系統(tǒng)一 概述井下煤炭開采作業(yè)安全生產(chǎn)會遇到所謂的四大害：瓦斯、煤粉塵、透水、塌方，導致了大部分井下事故，例如瓦斯爆炸，透水或塌方等事故。和國外礦井相比，國內(nèi)大部分煤礦的生產(chǎn)條件和環(huán)境更為惡劣，加上煤炭需求非常強烈，短期內(nèi)安全生產(chǎn)措施往往跟不上，使得煤炭安全生產(chǎn)非常不樂觀，嚴重威脅到礦工的生命安全保障。當務之急，積極利用現(xiàn)代高新技術，改造煤炭安全生產(chǎn)的老舊技術，確實保障煤炭安全生產(chǎn)。射頻識別RFID是繼互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展之后涌現(xiàn)的新一代技術，被譽為21世紀十大新技術之一。中低頻RFID技術已經(jīng)應用于一卡通、門禁、身份證、票證等領域，取得了很好的社會效果。然而，這種被動式RFID閱讀距離短，閱讀率低等限制了更為廣泛的應用。無源RFID技術主要朝降低單品管理的標簽成本方向發(fā)展。主動有源RFID技術近年來成為世界各國研發(fā)的重點和新方向，主動式RFID標簽克服了無源標簽的操作距離短、識別率低等缺點。不僅如此，主動式RFID標簽技術具有非常強的適應性和可擴展性，開始和傳感技術以及通訊等技術融合，為RFID技術開辟了新的應用前景。例如，微波段的RFID技術和無線保真Wi-Fi通訊技術結合可以實現(xiàn)無線區(qū)域定位，填補了GPS定位不能在地下和復雜環(huán)境下工作的空缺。主動式RFID的新技術和新功能包括：雙向通訊功能、主動報警、自動報警、無線傳感、無線定位、環(huán)境記錄等等?？梢哉f，RFID技術已經(jīng)超越了數(shù)據(jù)自動采集的原始范疇，還具備了自動報警等智能化因素，在資源開采、生產(chǎn)制造、安防和生命保障等領域發(fā)揮以前不可想象的作用。我們公司在有源RFID基礎技術開發(fā)上投入了大量的研發(fā)資金，創(chuàng)造性地融合無線保真Wi-Fi技術和微波RFID射頻技術，實現(xiàn)了區(qū)域無線精確定位，和無線傳感等技術。在多信道、超寬帶、調(diào)頻技術上獲得了一些列的突破，保證RFID標簽在復雜環(huán)境下正常工作，在世界上處于領先地位。目前，已經(jīng)完成礦井RFID人員定位系統(tǒng)的應用開發(fā)，可以實現(xiàn)身份識別，井下人員定位，瓦斯無線報警等功能。二 RFID定位系統(tǒng)應用特征1、 定位：RFID身份識別和井下定位技術幫助實現(xiàn)礦井下作業(yè)人員的跟蹤管理，并且為礦難援救提供定位等科學依據(jù)；2、 預警：RFID井下無線報警技術能夠?qū)崿F(xiàn)井下災害的預警，進行災害預報，并配合井下人員跟蹤系統(tǒng)，組織礦工安全疏散；3、 統(tǒng)一指揮調(diào)度：RFID技術和網(wǎng)絡技術，計算機技術結合在一起，可以在地面上對井下作業(yè)環(huán)境，生產(chǎn)管理，災害預警，和應急事件處理等整個過程實現(xiàn)實時監(jiān)控，為礦上領導統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一調(diào)度提供強有力的工具；4、 政府安全管理：如果煤炭生產(chǎn)單位和政府相關機構聯(lián)網(wǎng)，可以在政府的監(jiān)控中心對全省內(nèi)的所有礦井進行實時監(jiān)控，在第一時間內(nèi)獲得災害預報和發(fā)生的信息，對災害發(fā)生應急反應。三 RFID定位原理無線實時定位跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作頻率為2.45GHz，是基于無線網(wǎng)中的到達時間差TDOA（Time Difference Of Arrival）和接收信號強度指示RSSI（ Receiver Signal Strength Indicator）兩種定位算法，并與無線保真（Wi-Fi）技術和射頻識別（RFID）相結合可實現(xiàn)實時定位和跟蹤。 )fference O置。信號干擾的影響，精度和可靠性都比較好，TDOA（Time Difference Of Arrival）到達時間差定位技術是根據(jù)不同基站接收到的同一移動終端信號在傳輸路徑上的時延差異實現(xiàn)終端定位。TDOA算法不是直接利用信號到達時間，而是用多個基站接收到信號的時間差來確定移動臺位置。移動臺定位于以兩個基站為焦點的雙曲線方程上。確定移動臺的二維位置坐標需要建立兩個以上雙曲線方程，兩條雙曲線即為移動臺的二維位置坐標。在實際應用中，通常采用最小均方誤差算法，通過使非線性誤差函數(shù)的平方和取得最小這一非線性最優(yōu)化來估計移動臺位置。圖2 TDOA基本原理圖RFID電子標簽、信號接收器、和定位引擎服務器等組成定位系統(tǒng)，根據(jù)三點決定坐標定位原理，實現(xiàn)平面定位。RFID電子標簽每2秒發(fā)射一次信號，信號接收器接收數(shù)字信號，通過有線網(wǎng)絡傳到定位引擎。定位引擎則用TDOA或者RSSI算法快速計算出標簽的空間坐標（X，Y）。圖 1 定位圖四 主要設備RFID電子標簽，定位接受器，卡口偵測器：圖2a RFID標簽 圖2b定位接收器 圖2c RFID卡口偵測器五 系統(tǒng)架構系統(tǒng)主要包括終端子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、監(jiān)控中心子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)四級系統(tǒng)組成。六 井下部署圖10：井下射頻定位示意圖七 系統(tǒng)功能入口：在礦井入口安裝必要的卡口設備，可以進行快速而準確的自動化人員數(shù)量統(tǒng)計工作，給收工時離開礦井的人數(shù)統(tǒng)計作必要的參照，防止不必要的工作失誤。坑道：在范圍很大的坑道內(nèi)，安裝必要的數(shù)量的定位接收器，接收設備發(fā)送的信號，每時每刻都在進行著人員的定位工作，并把必要的信息已高度可視化的方式反饋到指揮中心，方便后勤管理人員進行人員安全的實時管理。作業(yè)面：在最容易發(fā)生危險的作業(yè)面，由于每個礦井工作人員都攜帶報警標簽，當突發(fā)安全事故的時候，可以通過按下標簽上的緊急按鈕，將信息發(fā)送到指揮中心，有關人員的所有相關重要信息就都會顯示在后勤管理的大屏幕上了。一般情況下，作業(yè)面相對安全，作業(yè)面的工人也處在坑道內(nèi)定位接收器的定位范圍內(nèi)。如果作業(yè)面的范圍也很大，為了確保定位精確與快速，可以加裝一定數(shù)量定位器。這樣在信號比較弱的地方，對井下工作人員的人身安全也有了更大保障。應急避難地：返回地上：當工作一天結束時，人員返回地上，如果發(fā)生卡口處人員統(tǒng)計與進入是不符合的情況，將發(fā)生應急報警機制，通知指揮人員，快速找出丟失人員所在。對于丟失統(tǒng)計的名單核對出的人員，根據(jù)其工作編號進行定位查找工作，可以發(fā)現(xiàn)他的所在位置，不會造成混亂。預警機制：預警機制分被動預警和主動預警兩種，前一種是當特定的危險條件接近要發(fā)生的情況是舉發(fā)出警報，顯示在報警的大屏幕上，主動式報警則是更多通過管理人員進行自主式的找到工作手動報警：手動報警主要用于已經(jīng)發(fā)生了事故和可能發(fā)生事故的情況下，通過標簽上的按鈕觸發(fā)報警，快速通知指揮中心。定位分析：實時定位可以保證系統(tǒng)每時每刻都能檢測到在它的范圍內(nèi)人員的移動情況，并可以進行查詢。準確地知道工人所在位置。人員歷史移動軌跡與最近記錄：系統(tǒng)除了可以看到當前的工作人員坐在位置，還可以通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫查詢每個攜帶標簽的井下工人的歷史移動軌跡記錄。當系統(tǒng)和井下人員失去聯(lián)系的時候，可以查詢最近1分鐘內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)，查找到特定人員最接近的所在位置，進行援救。歷史記錄的另外一個好處是它能夠在平時統(tǒng)計每個井下人員下工作人員移動狀況礦難救援人員的查找：發(fā)生礦難事故的時候，查找失蹤人員一致時比較頭疼的問題，偵測器直接針對失蹤人員身上的標簽進行主動式探測，只要在它的接收范圍50米內(nèi)，人員都可以被快速的查找到。礦難人員可以按紐報警，系統(tǒng)接收到報警信號，表明人員生命存在，最大限度地提高活人救援的成功率。各種傳感器與現(xiàn)有定位系統(tǒng)的接駁：行業(yè)內(nèi)有專業(yè)的各種傳感器，可以對各種可能產(chǎn)生危害氣體如瓦斯等進行傳感和探測，基于醫(yī)療方面的經(jīng)驗，我們使用類似的方式可以將傳感器接入系統(tǒng)，刺激信號的改變。淺顯的講就是只要有破壞性氣體，系統(tǒng)就被傳感器強制報警，飽經(jīng)給指揮中心快速提示，進行人員疏散，保證了必要的安全。文檔由本人精心搜集