浅谈矿井人员定位系统.docx
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浅谈矿井人员定位系统
湖南安全技术职业学院
HunanVocationalInstituteofSafety&Technology
设计（论文）题目：
浅谈矿井人员定位系统
学生姓名：
专业班级：
指导老师：
系主任（院长）：
评阅人：
2011年5月
目录
摘要。
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第一章人员定位系统工作原理。
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第二章矿井人员定位系统存在的问题。
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2.1标识卡有效工作时间短
2.2在高速条件下定位人员漏检率较高
2.3定位精度低
2.4标识卡价格昂贵、读卡器价格昂贵
2.5单向信息传输，信息传输速率低
2.6功能单一
第三章解决方案。
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3.1先进性
3.2实用性
3.3扩展性
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摘要
近几年,在政府和煤炭企业的共同努力下,我国安全生产形势逐步好转,但重特大事故时有发生.普遍认为安全投入不足,要想使我国煤矿安全状况实现根本性好转,必须对煤矿有限的安全投入进行优化配置,确保投入的科学、合理和高效.因此,安全投入优化配置是煤炭工业持续、健康、稳定发展的主要保证.本论文通过安全投入的概念、构成分析,从煤矿长期安全发展角度,提出煤矿安全投入的概念,并建立煤矿安全投入模型.在系统可控性和安全评价研究的基础上,对安全可控性研究,并对生产风险控制难易程度和控制投入量分析,将煤矿安全可控性划分为5个等级.在现有的安全投入优化方法分析的基础上,采用柯布—道格拉斯生产函数对煤矿安全投入优化配置.根据煤矿安全投入优化配置的依据我国煤矿安全投入现状、安全可控性评价,制定煤矿安全投入优先次序.在某国有煤矿应用中,运用模糊综合评价方法得出该矿安全可控性处于“好”等级.根据安全投历史法分析,2009年该矿预计投入360万元,运用柯布—道格拉斯生产函数对各投入项进行优化,得出各投入项的分配比例。
本文主要是针对煤矿监控系统中的人员定位系统进行研究，研究产品主要是北京煤炭科学研究总院的KJ236
关键词：
人员定位；KJ236；安全监控
Abstract
Inrecentyears,China'sproductionsafetysituationsimprovegraduallybytheconcertedeffortovernmentandcoalenterprises,butmajoracilloccur.Itisgenerallyagreedthatinsufficieinputisoneoftheimportantreasons.Inordertomakeourcountry’scoalminessafetzeafavorableturningfundamentally,itisnecessarytooptimizetheallocationoftheinsufficientsecurityinput,guaranteeingascientific、rationalandinput.Therefore,thestudyofs...
Keywords:
Personnelpositioning；KJ236；Safetymonitoring
绪论
随着我国经济体制改革不断深入，现代化进程不断加快，国家对煤矿安全日益重视，76D1管力度不断加强，大中型煤矿和众多乡镇小煤矿均已大量装备了煤矿安全监控系统，有效遏制了重大瓦斯爆炸事故的发生。
但是，缺乏对井下人员位置信息的监控，目前还普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时准确掌握井下人员的分布和作业情况，一旦发生事故，抢险救灾、安全救护的效率低，特别是事故发生后对矿井人员的抢救缺乏可靠的位置信息，严重地制约了抢险救灾的效率，失去最宝贵地抢救时机。
安全生产的核心是人的安全。
因此，煤矿对利用相应的矿井人员跟踪定位设备，全天候对煤矿入井人员进行实时自动跟踪和考勤，随时掌握每个员工在井下的位置及活动轨迹、全矿井下人员的位置分布情况等需求迫切。
井下人员位置监测与管理系统是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等于一体的综合性应用系统。
这一科技成果的实现，将为煤炭企业的安全生产和日常管理上台阶，为事故急救带来可靠指挥依据。
第一章人员定位系统工作原理
首先在井下需要进行人员跟踪的区域和巷道中根据现场具体需要放置一定数量的矿用本安型分站/基站（此分站为多功能通信分站，同属于矿用人员定位系统和矿用无线通信系统。
该分站具有通信基站和网络交换机的双重功能，使矿山井下不再使用交换机和中继器，同时线路的布设中也大量减少了光缆的使用）。
典型情况下每隔500米放一台分站，可保证网络覆盖范围内的人员精确定位和手机移动通话。
在条件好的巷道内，其无线通信距离大于1千米，此时可把两分站的距离拉大，而在条件十分恶劣的地区，可适当缩短分站之间的距离，使两分站的通信距离与通信状况调整到最佳状态。
然后为需要进行人员跟踪定位的下井人员佩带一个矿用本安型定位卡，当井下人员进入井下以后，只要在井下网络覆盖范围内，在任何时刻任意一点，分站都可以感应到信号，并上传到信息工作站，经过软件处理，得出各具体信息（如：
是谁，在哪个位置，具体时间），同时可把它动态显示（实时）在监控中心的大屏幕或电脑上，并作好备份。
井上人员可随时了解井下人员的状态。
一旦井下发生突发情况，井下人员可通过所携带的定位仪（识别卡）发出警报。
井下人员只要按定位仪上的报警按钮即可发出报警。
在井上监控室的动态显示界面会立即弹出红色报警信号。
井下人员所携带的定位仪也可接收信息，一旦发生险情，井上调度室可向井下所有人员发出遇警信号，为井下人员第一时间逃离提供重要前提。
管理者可随时观看大屏幕或电脑上的井下人员及设备活动情况，并可查看任意区域、任何班组/个人的信息状况，并可进行报表打印，历史数据查询，为管理带来极大的方便。
第二章矿井人员定位系统存在的问题
一、现有人员定位系统存在的问题
目前井下人员的跟踪，基本上采用的是RFID。
这种方法是在在矿井井口处，或其它井下一些关键通道口，使用射频卡（RFID）读取的方法对下井人员进行记录跟踪的方法。
这种方法存在如下几个问题：
（1）标识卡有效工作时间短
从煤矿人员定位发展情况看，有源标识卡取代无源标识卡已经是不争的事实，为解决标识卡的供电问题，出现了灯卡合一的标识卡，严格地讲这样做是要破坏矿灯的防爆性能的。
因此，开发低功耗、高效率的标识卡技术是当前人员定位系统发展中需要解决的一个问题。
（2）在高速条件下定位人员漏检率较高
射频卡这种系统读卡速度十分有限，不能处理多人同时快速通过读卡系统的情况（例如乘车下井、多人一超行走），此时，系统往往会出现漏读；
提高系统在高速、大流量下识别的准确性是人员定位系统面临的一个难题。
（3）定位精度低
由于井下无线电传播信道的复杂性和非线性，急需发展此种情况下的精确定位技术。
（4）标识卡价格昂贵、读卡器价格昂贵
（5）单向信息传输，信息传输速率低
早期人员定位系统信息传输的方向都是由标识卡到主站方向的，作为保证矿工安全的系统确没有办法向井下发送信息，使该类系统所能发挥的作用大打折扣。
人员定位系统信息传输数据较低影响了系统的实时性。
（6）功能单一
传统意义上的人员定位系统主要功能为，人员位置跟踪、考勤等，功能单一，与安全监控系统，生产调度系统、采矿、地测等系统信息缺乏交互，彼此的信息不能共享，致使系统的决策支持能几乎没有。
现有的RFID射频读写系统（包括SuperRFID），很难实现井下人员的区域定位和井下人员的考勤，从使用的技术上不能实现真正意义上的井下人员定位跟踪
矿用人员定位系统利用世界最新的无线射频技术、数据处理技术、数据通讯技术和地理信息系统，结合最新的无线网络传输技术ZigBee，定位专利技术及煤矿井下通信基站专利技术，在国内外首次以经济实用的方法，真正实现了井下人员的精确定位和其他各业务的需要（手机通信、瓦斯等实际数据传输、无线视频监控）。
可提供丰富的数据、图形信息，能从地面实时监测井下人员、设备当前位置、行走路径，统计井下人员数量和分布情况，按照煤矿的实际情况提供考勤功能，从而，在事故发生前，安全生产监控中心，可以随时掌握井下不同位置的各种安全生产的要素。
从而采取积极有效的预防措施；事故发生后，可快速检索事故发生当时，甚至事故发生后相当一段时间内，井下工作人员的具体分布位置，从而制定出及时有效的抢救措施，并实施有效的现场抢救指挥。
第三章解决方案
KJ236（A）煤矿人员管理系统提供了丰富的数据、图形和信息管理，让用户迅速了解井下人员的当前位置情况、行走路径，按照煤矿的实际情况提供考勤的功能，当矿井出现险情和灾害时，根据人员分布情况提供最佳的逃生路线，同时给救援人员提供相应的救援措施，提高应急救援工作的效率；有力保障矿井安全，成倍提高煤矿的生产效率。
系统采用射频识别、ZigBee无线通讯、CAN总线、以太网等技术，系统集井下人员考勤管理、实时移动定位、安全警示报警监测、无线移动瓦斯监测、应急快速搜寻等功能于一体。
1.系统容量：
可配接64台传输分站，每台传输分站可连接4-8台无线读卡器，最多可连接512台无线读卡器，可以识别65535个识别卡。
2.信息传输：
传输接口与分站之间采用光纤或者CAN总线传输，最大通讯距离不小于10km，传输速率4800bps，误码率≤10－9，巡检时间≤30s；分站与读卡器之间采用CAN总线传输，最大通讯距离不小于2km，传输速率4800bps，误码率≤10－9。
3.并发识别数量：
并发识别数量不少于200张。
4.读卡器的存储功能：
当传输系统或者主机发生故障时，读卡器可以存储1000个识别卡的信息。
5.抗干扰性：
系统采用ZigBee2.4GHz直接序列扩频通讯技术，抗干扰能力强，识别速度快，无漏卡。
6.无线距离：
无线读卡器与识别卡的通讯距离（空间无障碍）≤75m。
7.识别卡电池寿命：
识别卡功耗低，采用纽扣式电池供电，可以更换。
一般情况下，识别卡电池使用寿命不少于1年。
8.识别卡安装形式：
一种是人员配备，一种是车辆配备。
9.系统具有备用电源功能：
传输分站具有备用电池，停电后传输分站和读卡器可连续工作4小时以上，保证存储数据不丢失。
10.电压不足提示功能：
当识别卡的电池电压不足时，系统发出报警信息，指示出识别卡的编号、姓名等信息，提醒更换电池。
当识别卡的电池电压不足时，可以继续工作7天以上。
11.系统热备份与恢复：
系统能够对数据进行实时备份和具备灾难恢复功能，备份保存至少24个月历史资料。
12.唯一性：
在入井验身处安装检卡仪，可以检测识别卡是否正常工作，可以检测一人是否携带多个识别卡，确保员工的利益。
13.“三防”功能：
识别卡具有“防尘、防水、防撞击”的特性，能够适应恶劣的井下环境，保证识别卡的正常使用，减少维护。
14.C/S和B/S相结合的结构：
系统结合C/S和B/S，便于用户使用。
15.无线自组网：
读卡器具有无线路由、无线自组网的功能，方便安装布置。
16.大屏幕显示：
系统支持大屏幕显示，实时显示监控软件定制的矢量图形、数据、表格以及煤矿的其它文字、图表信息。
主要特点
1.先进性：
采用ZigBee无线通讯技术可实现全矿的无线自组网的功能，方便现场的安装布置。
系统具有双向通讯功能，井下作业人员如果进入指定的禁区，配带的识别卡可实时报警提示，如果遇到危险情况可通过配带的识别卡可主动发出求救信号，调度室在紧急情况发生时能够对相关区域或者整个矿井发出广播报警信号。
2.实用性：
系统采用分站和读卡器相结合的结构，系统配套的读卡器、分站具有CAN总线和以太网两种通讯方式可无缝接入井下工业以太环网，系统中编码卡采用多种安装形式，可适合人员和车辆配备。
系统可实现丰富的考勤功能，能自动汇总、存储、实时查询、分类统计并自动生成工资报表和打印以上信息报表，各种报表可导出excel报表。
3.扩展性：
系统与可配套JCB4（W）变携式无限甲烷检测报警仪、CTH500便携式一氧化碳测定器实现移动无缝监测矿井的一氧化碳和甲烷。
参考文献
1湖南湘煤电子科技有限公司
2新华祥星煤矿安装
3北京神州鼎天数码信息技术公司
致谢
本研究及毕业论文是在我的指导老师***教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。
她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。
从课题的选择到项目的最终完成，罗老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。
在写作过程中，罗教授在学业上给了我以精心指导，对我的论文做了细心的评阅，让我能在以后的工作中充分利用自己的知识。
在此谨向罗老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
感谢我同组的各位同学以及宿舍的各位舍友，是他们在生活上给了我无私的帮助，在学习上为我指出了许多不足，更让我认识了许多学术上的重点。
真是他们的无私奉献才使我得以顺利地完成论文。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!
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