基于RFID和GIS的人员监控系统在某非煤矿山的应用

2012-11-17康金箭

采矿技术 2012年1期

关键词：环境参数煤矿动态

康金箭

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

基于RFID和GIS的人员监控系统在某非煤矿山的应用

康金箭

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

介绍了基于RFID和GIS技术的非煤矿山井下人员动态监测监控系统相关的原理、设计架构及主要功能，并在某非煤矿山进行实际应用。现场应用实践表明，系统实现了人员定位、视频与环境参数监控实时联动功能，具有动态监测与风险预警功能。该系统技术成熟、设备运行安全可靠，在我国非煤矿山安全生产领域具有示范作用和推广价值。

RFID技术；GIS技术；人员定位；动态监控系统；非煤矿山

我国“十二五”期间安全生产工作要求建立完善适应工业化、信息化发展要求的企业安全生产技术装备体系，着力提高企业安全生产科技支撑能力。国家工业和信息化部为此遴选出全国首批信息化与工业化融合（简称“两化融合”）促进安全生产重点推进项目，其中之一即为非煤矿山井下人员动态监测监控系统。非煤矿山井下人员动态监测监控系统是基于RFID和GIS技术开发应用于非煤矿山领域的数字通信与监测监控集成技术装备系统。

1 RFID和GIS技术概述

1.1 RFID技术简介

无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。射频识别系统一般由电子标签（应答器，Tag）和阅读器（读头，Reader）组成。在RFID的实际应用中，电子标签附着在被识别物体上（表面或内部），当该被识别物品通过其可识读范围时，阅读器自动以无接触的方式将电子标签中约定识别信息取出来，从而实现自动识别物品或自动收集物品标志信息的功能。读头系统又包括读头和天线，有的读头将天线和读头模块集成在一个设备单元中。在较大型的RFID系统中，还有其它中间件等附属设备来完成对多读头识别系统的管理［1］。

RFID技术应用于本系统中的主要功能是人员定位功能，整个系统包括地面控制中心、井下识别站（射频自动识别读写器）以及无源电子标签（射频识别卡）。控制中心负责整个通信定位系统管理与控制，与相应的矿井地理信息系统（GIS）配合可以对井下人员进行实时监控；识别站通过读写电子标签中的相关信息，对应数据服务器中预录入的人员相关信息，即可在控制软件界面上显示出定位人员的个人信息、时间、位置及行动变化轨迹等，并可生成相应报表［2］。

1.2 GIS技术简介

地理信息系统（简称GIS）是一种采集、存储、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题［3］。其能把空间特征数据与表格化的属性数据联系起来，使各种类型的数据得到充分的图形体现。同时，地理信息系统还可以结合数据和相应图表做出准确的分析判断，并给出相应的反馈信息从而辅助决策［4］。

GIS技术应用于本系统中的主要作用是在地面调度室监控中心的GIS平台上实时显示井下矿工总数，各采掘作业面、机电、运输、通风、排水、充填及安全管理等人员分布情况，显示各采掘作业面及其它辅助设施、场所相关环境参数、对应视频监控画面等。

2 井下人员动态监控系统结构和功能设计

2.1 系统结构

系统总体结构分为管理层、控制层和设备层3层。其中管理层为地面局域网系统；控制层以工业以太环网为数据传输平台，主要包括整个监控中心设备及环网平台；设备层主要由各子系统设备组成，采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性。

系统采用工业以太环网和现场总线信息传输平台，主通讯协议采用TCP／IP协议，现场采用RS485总线形式，布线简单、组网灵活，能满足各型矿井监控经济运行。且系统监控软件界面采用图文界面，可实时多屏显示，提供动态图形、事件记录、趋势显示、报警显示、实时数据、历史数据、参数曲线、模拟光柱，报表显示等，精美直观、操作简单。

系统支持光纤多模、单模、超五类双绞线和普通双绞线传输介质，结构灵活、支持多环结构，满足井下巷道的复杂布置。系统设备种类齐全，防护等级达IP65以上，可满足矿井恶劣环境使用。同时，系统具有自检功能，可对控制器、电源、传感器、电缆等进行自动诊断，并提供异常报警。

2.2 主要功能

（1）定位功能。系统能够在监控中心的GIS平台上实时显示井下人员分布情况。在图形界面上用鼠标点击，可以显示某个选定区域的人员名单，进一步点击还可以显示某个选定人员下井后的行踪。对于井下的某些特殊区域，例如规定不准一般人员进入的危险区域，在行踪保留时段内可以随时进行查询，列出进入该区域的人员和出、入时间。GIS平台还能实现井下巷道图的无级缩放、显示，以及在井下出现紧急情况后生成逃生路线，并能对GIS地图进行导入、导出和还原地图功能。

（2）考勤功能。本系统能够准确统计矿工入井、升井时间，并可按班次、按部门生成日考勤、月考勤统计报表。

（3）安全管理功能。主要有领导干部带班下井管理、区域超员告警、矿工进入禁入区告警、工作超时与欠时告警、行进轨迹异常告警、安全证书有效期管理、防爬车管理、预警呼救功能及固定岗位脱岗管理等功能。

（4）定位与监测监控联动功能。系统能够实现重要场所视频监测点画面、作业环境参数与人员定位功能实时联动，在软件界面上根据需要适时显示重要场所相关环境参数、对应视频监控画面，对高风险作业环境进行实时监控，对环境参数（如CO、O2、H2S、SO2、风速和风量等）进行风险提示与报警。

（5）系统管理功能。系统的管理软件能够实现分配多个不同权限的用户，方便各个用户在网络终端上同时运行软件、查询井下实时情况，并可对软件进行分级别的修改；井下实时数据也可以上传到WEB服务器上，用户可以通过互联网以网页的形式实时查看井下人员分布情况。企业各级管理者可以随时随地查看矿山井下实时安全生产情况，使矿山安全管理更加规范化。

3 系统在某非煤矿山的应用

3.1 应用背景

该非煤矿山地形为低山丘陵，地势南高，北低，西北部为峰林洼地，南部为低山，中部为丘陵，最高海拔为307.7m，最低海拔60m，相对高差60～240 m。矿区水文地质条件属中等偏复杂，工程地质条件属简单类型。矿区共探明3个矿体，现主采2号矿体，矿带长3500m，宽60～100m，工程控制长1300m。

矿山开拓系统为明井与盲井联合开拓，矿山现有主井（竖井）、副井（竖井）、1号斜井、4号斜井、2号风井等通达地表，内有3号、5号、6号盲斜井。全矿共分为5个中段，各中段间有竖井、斜井及盲斜井相通，中段高度为50m，中段水平最远距离2000 m，其中2个中段已停止作业、2个中段正在生产、1个中段正在掘进。采矿方法为浅孔留矿法。

在应用井下人员动态监测监控系统前，矿山采取在井口安排专人记录考勤方式，下井后当班班组长带班现场管理。作业时段地面管理人员无法知道井下的人员具体分布情况，各高危作业地点作业人员工作状况、作业环境变化情况均无法有效监控，安全管理较为粗放。

3.2 系统配置

该系统管理层主要由数据服务器、客户端电脑及地面局域网络组成；控制层主要由监控中心显示器、监控主机、100M工业光纤冗余环网、光纤交换机、光端机、硬盘录像机、视频矩阵、物理防雷隔断器等组成；设备层主要由识别站（分站）、监控分站、传感器、视频采集器、视频处理器及控制器等组成。该系统主要配备38套识别主站（分站）、15套监控分站、45台传感器、12台视频采集器等。

系统管理层和控制层间采用光纤组网，设备层连网主要采用通信电缆组网，各层间通过RS485通讯协议进行通讯。管理层和控制层设备采用AC220V电源供电，设备层设备采用AC380／127V供电。