井下人员定位系统的设计1Word文档下载推荐.docx
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2.2.8特殊区域管理6
2.2.9系统维护管理与自诊6
3系统原理与关键技术7
3.1系统的原理7
3.2数据库的设计与优化7
4.结束语9
5致谢10
6参考文献11
摘要
当前，煤矿井下普遍存在入井人员及设备管理上的困难，井上人员难以及时掌握井下人员及设备的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低，为了更有效地提高煤矿的安全生产能力，及时了解工人们在井下具体的位置，大幅度减少事故的伤亡率，本文介绍了一种实现井下人员自动定位系统的设计。
整个系统采用无线数据采集，有线传输的方式。
每名井下人员配有一身份码发送器，通过发送无线信号把自身的人员编号发送出去。
井下沿巷道设置身份码监测站通过接收无线信号来收集人员信息数据。
井下各个监测站收集到的数据通过电缆传至地面主机，由主机完成对数据的分析、处理和存储。
地面主机和井下各监测站采用CAN现场总线协议连接构成一个完整的系统。
采用成型的可靠的的无线收发模块设计出身份码监测站和发送器，采用多种抗干扰措施，以保证无线数据可靠的传输。
关键词：
煤矿；
事故；
井下人员；
定位系统
Summary
Current,thecoalminewelldescendwidespreadexistencepersonnelandequipmentsintothewellmanagementupofdifficulty,thepersonnelbehardtocontrolthedynamicstatethatthewelldescendapersonnelandequipmentstodistributeintimeonthewellandhomeworkcircumstance,oncetroubleoccurrence,descendapersonneltothewellofsalvagelackcredibilityinformation,robinsurancerelief,safetyrescueoftheefficiencybelow,forthesakeofmoreavailablyexaltationcoalmineofsafetyproduceability,intimeunderstandingtheworkersareunderthewellconcreteofposition,significantdecreasetroubleofdeadandinjuredrate,thistextintroductionakindofrealizationthewelldescendapersonnelautofixedpositionsystemofdesign.Thewirelessdataofthewholesystemadoptioncollect,wiredwayfordeliver.Eachwelldescendapersonneltohaveawholebodycodetosendoutamachineandpersonnel'
sserialnumberwhichpasstosendoutwirelesssignaltheoneselfsendouttogoout.Wellbottomfollowtunnelconstitutionidentitycodemonitorstationpasstoreceivewirelesssignaltocollectionspersonnelinformationdata.Wellbottomeachmonitorstationcollectionsgotoofthedataspreadtothegroundhostthroughanelectriccable,fromhostcompletionlogarithmsaccordingtoofanalysis,processingwithsaving.GroundhostandwellbottomeachmonitorstationadoptionCANthespottotallineagreementconjunctionconstituteanintegrityofsystem.Adoptionmodelofcredibilityofofwirelessreceiveanddispatchamoldpiecedesigntobefromacodemonitorstationwithsendoutamachine,adoptionvarietyanti-interferencemeasure,withassurancewirelessdatacredibilityofdeliver.
Keyword:
Coalmine;
Trouble;
Thewelldescendapersonnel;
Fixedpositionsystem
0前言：
近年来，矿井事故频繁发生，由于煤矿井下情况的复杂性，矿工们的救援工作十分困难，如果能及时了解工人们在井下具体的位置，将会大幅度减少事故的伤亡率。
因此，必须加强对入井人员及设备的安全监管做到谁在井下、到过哪里、正在哪里、地面管理人员能及时和正确了解每个井下人员的当前位置。
应用“矿用人员位置监测与管理系统”有利于井下定位管理，有利于煤矿井下考勤管理，有利于事故抢险救援，并在此基础上，能够拓展实现全矿井的监测覆盖（包括人员定位、车辆、主要设备、风机），实施系统是煤炭企业安全生产管理的一项基础工作，是实现煤矿企业科学管理的措施之一。
1人员定位系统的概述
人员定位系统采用双频技术，实现可靠的全双工无线数据通信，分站设备、矿用本质安全型人员位置监测中继站设备、矿用本质安全型人员位置监测中继站设备、网络通讯设备、通信接口和标识卡采用本质安全型设计，具有作用距离远、可根据实际需要设计系统的监测范围、监测无“盲区”、信号穿透力强、安全保密性能高、对人体无电磁污染、环境适应性强、可同时监测多人、便于井下网络连接及数字传输等性能优点，这种崭新的信息采集、存贮、传递和处理技术，将为煤矿井下人员、重要设备监测、控制和跟踪管理提供非常有效可靠的保障，是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动监测信息技术产品系统。
系统的建设将为煤矿的安全生产、人员、资产管理提供全面的安全的技术保障。
一旦矿井发生透水、火灾等灾害事故，可对抢险救灾的人员统计、定位、救援、避险、撤离等起准确的指导作用，并能够对瓦斯的突出进行监测和对瓦斯的运行规律进行研究提供先进的数据采集手段，系统提供考勤统计功能，能实现人员、重要设备出入考勤，井下移动轨迹跟踪管理等。
2人员定位系统的设计与功能
2.1人员定位系统的设计思路
2.1.1软件系统的设计
系统中心站软件设计分为信息查询、人员定位和系统管理三大模块，每一模块包含若干功能。
系统接入32个分站，每个分站下可以接入16个读卡器。
井下分站在其信号覆盖半径内，采集由下井员工携带的标识卡所发出的卡号信息，并将信息暂存在对应分站之中，等待地面管理中心查询。
井上的服务器每隔一定时间就轮寻井下所有已安装的分站，分站把自己储存的信息通过CAN网络发送给上位机，上位机就可以知道这个时间每个分站接收范围内的人员信息。
上位机把分站发来的数据帧进行判别、分析、处理，从中分离出人员卡号、读卡器号、分站号和时间等信息。
并把这些特征信息存入临时数据库，GIS系统的绘图控件从数据库中读出这些特征信息后，根据时间先后顺序和分站号、读卡器号在对应区域画出人员的实时路线轨迹。
2.1.2硬件系统的设计
硬件系统结构由多个射频识别设备、数据库服务器及监控主机组成。
其中，射频识别是本系统的核心技术，在此，我们采用的是杰讯公司的JXO521射频自动识别读写器、UHF射频自动识别卡（电子标签）和JX—90o一12-
H65天线。
JX0521是国产的超长距离射频自动识别读写器，工作频率为9o2MHz一928
MHz，读卡距离≥8
m，读卡速度为每单字（32
b）读取时间6ms，有防碰撞检测功能，一次可成批读取3O张电子标签，平均功率≤12w。
其优点是：
非接触性，无源射频卡与读写设备之间没有机械接触，无机械损伤。
与读写设备也没有插口（全密封），能适应多尘、潮湿等恶劣环境，可靠性高，使用寿命长，安全保密性好，十分合适矿井下使用。
普通磁卡受到强磁场干扰会丢失信息，射频识别卡利用存储器记录信息，不受磁场的干扰；
体积小，方便各种封装形式，价格比较便宜。
为更好地保障矿井下工作人员的安全生产，实时地掌握矿井下的人员的分布情况是必须的，比如，某时某个矿工在哪个坑道作业。
为此，在每一个坑道、工作面分岔入口处放置一个射频读写器。
地面控制中心为每个读写器设置位置序列号，该序列号对应矿井下具体的地理位置（见图1）。
每个电子标签Tag设有不同的身份认证序列号，分别对应不同的员工信息。
射频读写器不问断地发射高频电磁波，当遇到电子标签（Tag）时，耦合并反射，同时带回电子标签的信息。
无源电子标签没有内装电池，在阅读器的读出范围之外时，电子标签处于无源状态，在阅读器的读出范围之内时，电子标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。
无源电子标签采用反射调制方式完成电子标签信息向阅读器的传送（见图3），最后基站采集到的信息通过Rs485发给地面控制中心的后台数据库服务器。
考虑到矿井的复杂环境和布线的难度，所以各分岔口通过无线的方式与交叉口进行数据传输。
基站与后台数据库服务器的距离较远，采用稳定性好、传输距离远的RS485串行总线。
2.2定位系统的功能
2.2.1井下人员安全管理
可在矿井巷道的进出口、交叉道口、工作面、重要峒室、危险场合（如盲巷等）、出入井口等设置目标位置识别监测点，从而无论井下人员在身处何方，利用系统的人员跟踪定位功能，实现准确获得其当前位置信息，人员身份信息，运动轨迹信息，各区域留驻时间。
2.2.2井下机车设备位置监测与运动轨迹跟踪描述
可在井下车辆和重要设备上安装人员标识卡，随时掌握它们在井下的位置和运行路线，从而对车辆设备进行合理调度，最大限度地提高生产效率。
实现无论井下车辆、设备在什么位置，利用系统的机车设备跟踪定位功能，都能准确获得其当前位置信息，车辆、设备信息，历史位置信息、运移轨迹信息，各地点停留时间。
2.2.3井下人员精确统计与考勤
利用系统的井下人员考勤统计功能，能准确统计当前的、历史的井下人员的数量和具体位置，统计人员日下井时间和次数，月下井时间和次数，准确实现下井人员的工作出勤和在岗考核。
能实时对井下各监测区域工作人员的数量和分布情况进行分类统计。
2.2.4双向寻呼、救援报警与紧急搜救
人员标识卡上带有报警按钮，当井下发生水、火等灾害时，人员可以通过人员标识卡第一时间通知地面监控中心，以便采取相关措施；
人员标识卡上带有求援按钮，当人员在井下需要帮助时，可以发送求援信号，地面控制中心通过系统及时通知附近人员按指示路线前往救援点提供帮助，发生紧急情况况且系统通讯不能恢复时，为指挥人员提供井下各区域人员的最近历史分布信息，帮助指挥人员制定应急方案。
也可利用手持识别设备在井下帮助寻找失踪人员。
发生事故和出现紧急状况时，系统地面管控指挥中心能与应急预案联动，应能显示相应事故应急预案，显示避灾路线；
能够快速查询井下灾前各时段全部人员位置和状态，准确掌握被困人员位置，为抢险指挥部输出人员搜救路线图、系统总平面图。
2.2.5超时工作人员报警与管理
利用系统的人员超时工作功能，对在井下工作超时规定时间的人员，进行统计和相关的警示。
对每一班末，对当班人员进行清点，如发现有人员丢失则报警，以便值班人员核查。
在检修、报警或事故需撤离时，及时统计人员分布情况，及时发现丢失人员并采取相应措施。
对在井下工作超时规定时间的人员，井下统计和相关的警示，从而有效地保证了劳动生产效益，降低了职业事故率。
2.2.6数据统计、历史数据查询与报表功能
可应用户要求对各类实时信息与历史信息进行有效的统计分析、查询、产生报表、打印等。
能够实现对上述矿井目标定位跟踪、人员寻呼、考勤统计、安全监测管理、系统运行管理信息进行长期保存（不少于两年），并可方便地查询历史记录和汇总统计等功能。
2.2.7安全人员监测管理
跟踪安全监测人员在井下的运动轨迹，记录安全监测人员在各区域及各监测点的停留时间，从而保证安全监测工作的严格执行。
2.2.8特殊区域管理
利用系统的特殊区域管理功能，设置系统的特殊区域，对进入特殊区域的人员或车辆设备，进行统计和相关的警示。
在井下的一些重要峒室、危险场所（如盲巷等）等禁止进入区域设置定位分站，当有非授权人员或车辆进入时，系统给出提示和警告，阻止人员、车辆进入，预防危险情况发生，同时，系统将自动记录保存相关信息。
2.2.9系统维护管理与自诊
实时监测并记录系统通讯及系统设备的工作状况，对系统异常做出告警，提示维护人员尽快恢复相关设备，以便系统更好的正常运行。
对需要定期或不定期维护的设备进行统一管理，对定位分站、人员标识卡等设备进行监测，提示维护人员及时对系统设备进行维护。
3系统原理与关键技术
3.1系统的原理
人员定位系统由井上和井下两部分组成，井上主要为基于数据库技术的信息处理中心和硬件平台。
系统设计数据库时根据实际情况，把整个井下合理划分为若干区域，标号为FZ001-FZ032的32个分站对应于表中的不同区域，每一个分站负责管辖下的标号为001-016的16个读卡器。
井下人员的安全帽上装有表明其身份的标示卡，读卡器与标示卡之间通过射频技术通信。
当标示卡进入或离开读卡器的辐射范围时，会向对应的读卡器发出相应的动作信息，该信息包括人员的卡号，如人员RY00000X,读卡器与分站之间是用CAN总线相连的，读卡器把动作信息传递给分站时会在动作信息中加上读卡器号和时间信息，动作信息经过分站处理并在其中加上分站信息后，即被临时储存在分站的数据库里。
中心站与井下的通信按照规定协议分为若干命令，中心站以轮询的方式定时向各分站发送指令，分站只有在接到主站的轮询指令后才把储存的信息交给中心站，中心站的软件再对动作信息进行分析与处理，分别提取时间信息、分站标号、读卡器标号和人员卡号等信息，然后再查询数据库中对应分站和读卡器的区域信息，就可以得到这一时间该人员的位置信息。
并把位置信息按时间顺序存入数据库中以该人命名的数据表中，这样就对该井下员工的经过路线一清二楚，再利用GIS的绘图控件把表中所反映的读卡器位置根据时间先后用直线连接起来，人员的动态路线就被制作成了一张动态图。
3.2数据库的设计与优化。
考虑到系统的信息处理不是特别大但安全性要求较高，所以摒弃了Oralce等大型数据库和系统要求安全性不高的Access等桌面数据库,而采用了易用和适合分布式组织的SQLServer数据库。
对应于系统实现功能，数据库设计也可分为信息查询与人员定位两个模块。
信息查询模块设计:
设计的目的是，提供人员卡号知道其它基本信息确定人员身处井下某一区域，根据区域表中的人员的卡号关联到出入井信息表与出入区域信息表中的详细资料，区域表中的分站号查找到分站表中的基本信息等关联信息。
创建员工基本信息表、区域信息表、出入井信息表等，员工信息表详细记录人员的资料，包括姓名，身份证号，标示卡号，工作区域，班组等基本信息，主键是标示卡号。
出入区域表以标示卡号为外键，记录员工出入区域的时间，地点，区域号、分站号等信息，处理好各表之间的关联信息。
人员定位模块设计：
设计的目的是，提供人员卡号等基本信息，确定人员在井下的实际路线的轨迹图，需要在人员信息查询的模块基础上增加一张关于人员井下经过的分站的时间与地点的动态表。
此表以人员卡号命名，记录字段包括人员卡号，进入分站时间，出分站时间，分站号，主键为人员卡号。
级联的表包括分站表，人员基本信息表，出入区域信息表等。
动态人员卡表中的出入井时间与出入井信息表中的对应人员的出入井时间相对应，某一时间的位置信息通过动态卡号表中的分站字段级联分站信息表中的坐标信息获的。
这就构成了一张包含对应员工的井下路线轨迹图的时间与地点的信息，提供绘图软件绘图时所需的数据。
数据库的优化：
系统运行中用的最多的就是查询，在数据量很大时，适当建立索引会提高查询的效率，在写sql语句时尽量避免使用select*from,做到用什么字段查什么字段。
另外，使用数据冗余技术，减少业务表之间的依赖关系，避免复杂sql语句的应用。
对于大部分的报表数据不需要很高的实时性，查询时报表数据和业务数据适当分离，提高了软件的性能。
4结束语
各行各业，保障人员的安全都是首要原则。
采矿作为一个事故多发的行业，虽然国家在这方面投入了大量的人力物力，但是每年我国在这个方面的损失还是十分惨痛的。
由于矿井下环境复杂，我们难以预料事故的发生，那么在事故发生后，第一时间内了解井下情况，及时挽救工作人员的生命，也是十分必要的。
井下人员定位系统已应用于矿井生产中，其先进的性能与可靠的稳定性为煤矿的安全生产和各类事故处理带来了极大的方便。
通过把采集到的数据进行处理与汇总并以图形的形式显示出来，为井上监控人员提供了一种更直观的描述，方便了对井下人员的管理与调度，减小了发生事故的可能性，在发生突发事故时有利于做出正确决策和快速采取措施。
本系统还存在不足之处，目前，井下人员跟踪定位系统而言,只能将井下作业人员在井巷中的分布情况定位在不同的读卡器区域,粗略的绘出人员轨迹，并且可能会由于读卡器覆盖区域的重叠,当人员处于多个读卡器区域重叠区时,将给系统的逻辑判断增大难度,导致出现误判现象，这样在画图时会出现同一人员同时处在不同区域中的问题。
系统的功耗还需要进一步降低，需要采用更低功耗的器件。
无线收发的距离虽然能满足需要，但离理想距离还有差距。
这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。
5致谢
本设计在导师仲维清老师的悉心指导和严格要求下已完成，从课题选择、方案论证到具体设计，无不凝聚着仲维清导师的心血和汗水，在这几年的学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。
在此向导师表示深深的感谢和崇高的敬意。
是你无私的帮助和支持，才使我的毕业论文顺利完成，在此向仲老师表示又重的谢意。
6参考文献
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