付靖波

浅谈井下人员定位系统

付靖波

从煤矿企业生产现状、井下人员定位系统的优越性、先进性三方面阐述了安装“井下人员定位系统”对煤矿安全生产的重要性，指出并分析了系统应用中存在的问题，提出了个人看法及建议。

人员定位系统；安全；射频识别

1 安装井下人员定位系统的重要性

煤矿事故的发生，不仅给人民群众造成巨大的痛苦，也使国家财产遭受重大损失。但从目前的技术手段来看，要在短期内完全避免煤矿井下事故的发生还不太可能，因此灾后救助的高效运作显得尤为重要和紧迫。如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化，如何在发生事故后，将损失降到最低，已成为所有煤矿企业关心的问题。面对现实情况，除了不断加强灾害预防，减少事故的发生，更要加强事故的搜救工作，一旦发生事故，能及时、准确地掌握井下被困人员的分布情况，快速实施抢救措施，将事故损失降至最低，因此建立以灾害预防、事故求助、电子信息化管理为主要目标的信息化和智能化建设势在必行。在王家岭“3.28”透水事故抢险救援过程中，因为人员定位系统的缺失给抢险救援工作造成巨大困难，特别是使被困人员的核实工作陷入被动。对此，赵铁锤在全国煤矿坚决遏制重特大事故、推广井下救生舱等避险设施现场会上要求，2010年年底前所有国有重点煤矿必须建立井下人员定位系统，其余煤矿必须在2011年年底之前全面建立，所以加强人员监控显得更为重要。定位系统是实现煤矿安全生产的重要保证之一，也决定了煤矿企业安装井下人员定位系统的重要性。

2 井下人员定位系统的优越性

煤矿井下人员跟踪定位管理系统被矿工戏称为井下矿工的“GPS”，其基本原理是利用射频信号和空耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，实现对被识别物体的自动实别。常用的一种定位方案是信号强度检测法，类似于手机信号的检测。当一个无源电子标签（Tag）处于某个基站附近时，这个基站获得的信号最强，我们很容易判断它的位置。如果Tag移动到两个基站的重叠区时，两个基站获得的信号强度不一致，对比信号的强度我们也能精确地判断Tag的具体位置。该系统是集计算机软硬件、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识别信息技术产品，主要解决的是井下人员定位的问题，实现对井下人员的跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能，不仅能够全程监控和记录每个入井人员在井下的行踪，随时掌握井下人员的详细分布情况，极大地提高该矿的安全管理水平；而且能进一步提高矿井信息化管理水平，增强矿井的整体抗灾、防灾能力。既可以供中小型矿井作为一个功能齐全的自动监控考勤系统使用；也可以与已有的矿井综合系统结合，作为一个重要的功能供大型矿井使用，为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶带来了新的契机。

该系统有四大优点。①有报警功能，通过设定员工出入井时间，对下井超时的人员指示报警；并且还能通过在井下一些重要硐室、危险场合（盲巷等）配备语音站，阻止违章人员进入。②安全、可靠，在恶劣环境下24 h正常工作，有利于抢险救灾工作，在发生事故时，能立即从计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险提供科学依据。③自动检测查询下井人员人数，随时了解员工在井下的分布情况并对其进行实时跟踪监控。能够及时、准确地将井下各个区域人员及设备的情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员及设备的分布状况，以便于进行更加合理的调度管理。④可以实现完善的考勤管理功能，如查询某人在任一时间段的活动轨迹，查询一人或多人入井次数及在井下的工作时间等一系列信息。可以督促和落实巡查人员是否按时进行各项数据测试和处理，从根本上杜绝人为因素造成的事故。另外，考勤部门通过信息中心站从井下采集的数字信号，获取员工的准确出勤率，实现了员工考勤的自动化。系统的优越性决定了煤矿企业安装井下人员定位系统的必要性。

3 井下人员定位系统的先进性

井下人员定位系统普遍采用目前国际上最先进的射频识别 （RFID，Radio Frequency Identifi-cation）技术，利用无线传输方式进行双向数据通信，进而达到自动识别并交换信息的目的。RFID与其他识别技术相比，具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。其系统组成如下：①标签，由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信；②阅读器，读取标签信息的设备；③天线，在标签和读写器之间传递射频信号。

典型的射频识别系统主要是射频卡和阅读器两部分。射频卡是将几个主要模块集成到一块芯片中，芯片上有EEPROM用来储存识别码或其他数据。

EEPROM容量从几比特到几万比特，芯片外围无需连接天线完成与读写器的通信。在多数RFID系统中，读写器在一定区域内发射电磁波。射频卡内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器频率相同。当射频卡经过这个区域时，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生谐振，在电容上感应出电荷。在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存。当所积累的电荷达到2 V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。阅读器接收到卡的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后通过RS232，RS422，RS485或无线方式将数据传送到计算机网络。

另外，引入的光纤线路高速大容量，无线语音数据，IP软交换，高速图像监控，移动定位等多种先进技术，对于煤矿企业、井下设备，均为低耗本安型功能模块设计，设备技术成熟，可靠性极高。从先进的技术方面进一步决定了安装井下人员定位系统的重要性。

4 井下人员定位系统应用中存在的问题及建议

（1）因为井下特殊工作环境，如果使用远距离射频卡系统，读写器价格昂贵，随着距离的增加，系统的价格将迅速增加。如果要实现人员位置的密集跟踪，系统造价将难以承受；若只实现小范围的人员检测，难以体现其价值，更难以发挥其应有的作用，致使许多矿井因为经济原因而不愿安装。“十五”期间，煤炭工业电子信息化建设在“九五”发展的基础上，围绕煤炭工业改革发展的战略任务，以信息和知识资源的开发利用为核心，结合煤炭工业实际需要，重点进行煤矿生产安全监测监控等信息化建设工作，已纳入安全生产企业的经营管理日程，所以笔者认为，安装井下人员定位系统势在必行。可以从软件技术上进行研究开发，提高射频卡的灵敏度，降低成本。另外，希望政府政策方面给予扶持。

（2）矿井内，大量的生产设备，配套的辅助设备数量、种类繁多，情况复杂，且处于不定期的变动中，致使系统的精确性达不到现实应用要求。建议对设备进行捆绑分组跟踪，并在软件技术及数据结构上进行改进，使系统向网络化发展，能够方便快捷地对生产设备进行监控。

（3）由于RFID系统使用的频率和通信方式，抗干扰的性能非常有限，在井下复杂环境下使用也存在问题，工作性能大大降低。为了避免井下环境对无线信号的干扰，建议所有无线标签模块应使用抗干扰的直序扩频通信方式。

（4）我国目前所使用的井下人员定位系统，实际上仅仅使用了其考勤功能，相当于一种考勤记录系统，并非真正的人员定位跟踪系统。建议企业领导对现有系统引起足够的重视和利用，引进专业人才，使其能够充分发挥井下人员定位的作用。

[1]程真.5年内实现井下避险系统全覆盖.中国能源报，2010－05－24（第17版） .

[2]文汉云，金升藻.基于RFID技术的动物识别与跟踪管理系统研究 [J].计算机系统应用，2006（3）：73－75.

[3]段锦，齐红，宋璐.实时数据远程通信系统的设计 [J].计算机工程，2002（4）：263－265.

[4]侯方勇，戴葵.计算机射频通信系统的设计与实现 [J].计算机应用研究，2002（12）：105－107.

General Analysis of the Underground Staffs Positioning System

Fu Jingbo

The paper illustrates the importance of installing the underground staffs positioning system to the coal mining safety production in the following three aspects， the production situation of coal mining industries， the superiority and the advantages of the underground staffs positioning system.The author also points out the problems existed in the application of the underground staffs positioning system and gives the personnel opinions and some suggestions about it.

personnel location system；safety；radio frequency identification

X924.3

A

1000-4866(2010)04-0001-02

付靖波，男，1982年出生，毕业于山西大学（电子信息工程专业），现在大同煤矿集团公司燕子山矿企划部工作，助理工程师。

2010-09-07

2010-09-28