煤礦UWB精確人員定位系統(tǒng)

系統(tǒng)簡介：

1、概況

    數(shù)字礦山建設(shè)已經(jīng)向精細(xì)化管理，人員定位是礦上六大系統(tǒng)之一，需要要與時(shí)俱進(jìn)，實(shí)現(xiàn)人員精確定位后，可具備人員、車輛的精確定位和為其它系統(tǒng)提供人員和車輛的精確位置信息，這樣發(fā)生緊急事故事故時(shí)候，可迅速、準(zhǔn)確的對(duì)井下人員進(jìn)行定位，縮短救援時(shí)間，提高人員生還率。另外，建設(shè)人員精確定位系統(tǒng)，也有利于后期礦山物聯(lián)網(wǎng)的人員感知、車輛感知、車輛管理、無人化工作面、礦山機(jī)電設(shè)備管理等系統(tǒng)。vx:gaochao927

2、煤礦UWB精確人員定位系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)由機(jī)房設(shè)備、井口設(shè)備、井下設(shè)備組成

機(jī)房設(shè)備：數(shù)據(jù)服務(wù)器（雙機(jī)熱備）、web服務(wù)器、客戶端電腦、機(jī)架交換機(jī)、聲光報(bào)警器、打印機(jī)組成。

井口設(shè)備：包含精度LED顯示屏、LCD顯示屏、井口一個(gè)性檢卡裝置等。

井下設(shè)備：井口讀卡分站、井下傳輸網(wǎng)絡(luò)、井下傳輸分站、井下讀卡分站、識(shí)別卡組成。

3、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

技術(shù)路線選型

井下常用的井下定位技術(shù)有有源射頻識(shí)別RFID技術(shù)、Zigbee技術(shù)和基于飛行時(shí)間的TOF的精確定位技術(shù)，各種技術(shù)各有優(yōu)缺。

有源射頻識(shí)別技術(shù)

有源射頻識(shí)別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。上世紀(jì)90年服務(wù)始服務(wù)于礦山定位行業(yè)。廣泛應(yīng)用于人員、車輛等位置定位。其技術(shù)特點(diǎn)：覆蓋距離30米-300米不等。功耗低，成本低，技術(shù)較成熟，廣泛應(yīng)用于井下的人員定位。

有源的RFID技術(shù)因其覆蓋距離在30米-300米左右，且區(qū)域間不能有交叉，不能信號(hào)間連續(xù)覆蓋。想要做到比較好的區(qū)間定位效果，必須站與站之間留有空白區(qū)域。其基于覆蓋區(qū)域的定位無法完成精確測(cè)速，只能利用兩個(gè)基站之間或多個(gè)基站基站完成區(qū)域測(cè)速?；靖采w模型如下圖：

有源射頻技術(shù)，因其定位主要對(duì)象為有源的電子標(biāo)簽，基站和dingweika能夠交互的數(shù)據(jù)很小，除定位外，幾乎無法傳輸其他信息，延展性較差。

基于Zigbee的場(chǎng)強(qiáng)定位技術(shù)

ZigBee是一種基于測(cè)算信號(hào)強(qiáng)度的定位技術(shù),可工作在2.14GHz(流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個(gè)頻段上,它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi)。上世紀(jì)70年代初步提出，2006年開始逐步完善，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，近年來被少量應(yīng)用于礦山的人員定位。

技術(shù)特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)較精確的定位，根據(jù)芯片不同實(shí)現(xiàn)地面10-30米的定位精度，受環(huán)境影響較大，靠信號(hào)的重疊覆蓋提高精度；功耗相對(duì)較低，低成本。

ZigBee的定位原理主要為測(cè)量電磁波的場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度來計(jì)算出dingweika距離基站的具體位置。但是在井下覆蓋復(fù)雜的巷道條件下，定位效果較差。如下圖：

基站的左端和右端因其巷道遮擋不一樣，信號(hào)強(qiáng)度差距較大，因而測(cè)量出來的距離也較大。

基于TOF的精確定位技術(shù)

TOF上世紀(jì)90年代初步理論形成，本世紀(jì)初開始逐步投入使用，定位精度也逐步提高，目前zuida 精度可達(dá)0.2米。

技術(shù)特點(diǎn)：定位精度高，0.2米-10米（采用Zigbee芯片技術(shù)或UWB芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位精度不同），功耗相對(duì)稍高，成本較高，有效通信距離200米以上。

TOF是利用電磁波的飛行時(shí)間來計(jì)算發(fā)射源距離接收站的距離。

計(jì)算距離則為電磁波飛行時(shí)間乘以光速，因電磁波的飛行時(shí)間不受物體遮擋而變化，因此能夠適用于井下的復(fù)雜環(huán)境。其定位精度取決于芯片的時(shí)間精度。

4、系統(tǒng)特色

按需精確定位

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)定位和局部精確定位兼容并存。即在現(xiàn)有區(qū)域定位系統(tǒng)下，不改變系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)按需定位和局部精確定位。

低功耗設(shè)計(jì)

精確定位識(shí)別卡采用電池供電，通過識(shí)別卡的低功耗設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)正常使用6個(gè)月以上。

井口一個(gè)性識(shí)別

井口人臉一個(gè)性識(shí)別裝置，人臉識(shí)別和閘機(jī)深度融合，出現(xiàn)卡與人臉識(shí)別不*、攜帶多張卡時(shí)候，發(fā)出告警信號(hào)，并拒絕通過。

覆蓋距離遠(yuǎn)

精確定位模式下，兩臺(tái)讀卡站之間距離200~300米（視巷道情況調(diào)整）。

自助查詢機(jī)

刷卡式自主讀卡查詢機(jī)，下井人員可自行查詢?nèi)藛T信息、下井次數(shù)統(tǒng)計(jì)、卡電量等情況；

通過*信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)人員dingweika近距離讀卡，可有效避免井口人員數(shù)量眾多時(shí)候的，無法有效讀卡；

5、系統(tǒng)主要功能

實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)跟蹤

軌跡回放

信息存儲(chǔ)和歷史軌跡回放：系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和人員活動(dòng)軌跡回放功能，以便為事故分析提供依據(jù)。

人員軌跡回放

進(jìn)入該區(qū)域的人員和出、入時(shí)間，并可以在此區(qū)域安裝本安型顯示屏做警告提醒。

進(jìn)入特殊區(qū)域人員查詢

查詢考勤功能

能夠準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)礦工入井、升井時(shí)間，并可按班次、按部門生成日考勤、月考勤統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

全礦人員信息查詢

下井人員查詢

當(dāng)日下井人員名單

員工下井時(shí)長統(tǒng)計(jì)表

員工下井時(shí)長統(tǒng)計(jì)表

員工日考勤表

考勤分段統(tǒng)計(jì)表

考勤分段統(tǒng)計(jì)表

人員定位查詢

人員定位查詢

歷史人員軌跡查詢

人員定位查詢

人員軌跡查詢

歷史下井記錄查詢

在歷史下井記錄查詢界面，可查詢一段時(shí)期內(nèi)下井的員工記錄。

歷史下井記錄查詢

歷史下井人員區(qū)域分布表

進(jìn)入歷史下井人員區(qū)域分布表，可查看具體日期各區(qū)域人員分布數(shù)量，以及各部門入井人數(shù)，

歷史下井記錄分布表

下井次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

在下井次數(shù)統(tǒng)計(jì)表，可查看時(shí)間段內(nèi)人員下井次數(shù)，如圖所示：

下井次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

每日下井人數(shù)統(tǒng)計(jì)表

在每日下井人數(shù)統(tǒng)計(jì)表界面，可查看具體日期各部門下井人數(shù)，如圖所示：

每日下井人數(shù)統(tǒng)計(jì)表

已上井人員時(shí)間段統(tǒng)計(jì)表

已上井人數(shù)統(tǒng)計(jì)表

部門考勤情況匯總表

安全管理功能

干部跟班下井管理

生命安全監(jiān)測(cè)預(yù)警

生命安全監(jiān)測(cè)是監(jiān)控井下人員的動(dòng)靜狀態(tài)，如果超過設(shè)定的時(shí)間人員未動(dòng)，將會(huì)產(chǎn)生生命安全監(jiān)測(cè)預(yù)警。

生命安全告警

區(qū)域超員告警

對(duì)某個(gè)區(qū)域的人員數(shù)量進(jìn)行限制，如果超員則告警。

區(qū)域超員告警設(shè)置

區(qū)域超員告警

礦工進(jìn)入禁入?yún)^(qū)告警

當(dāng)?shù)V工進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)，系統(tǒng)會(huì)告警，提示管理人員采取相應(yīng)措施。

工作超時(shí)、欠時(shí)告警

當(dāng)?shù)V工在井下停留超出規(guī)定時(shí)間，或未達(dá)到規(guī)定時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)將告警并記錄。

工作超時(shí)告警

作業(yè)欠時(shí)告警

行進(jìn)軌跡異常告警

防爬車管理

爬車告警

預(yù)警雙向呼救功能

預(yù)警雙向呼救是指井下出現(xiàn)緊急情況時(shí)，井下帶卡人員可以通過識(shí)別卡的呼救按鈕，將緊急情況告知地面系統(tǒng)，地面系統(tǒng)接到緊急呼救后，采取應(yīng)急援救方案，同時(shí)地面也可以在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，向井下帶卡人員發(fā)出緊急尋呼，可以是單個(gè)也可以是所有人員進(jìn)行尋呼，指導(dǎo)井下人員采取應(yīng)急措施。

緊急尋呼記錄查詢示意圖

固定崗位脫崗管理

固定崗位脫崗管理用于某些特殊人員，這些人員工作崗位固定，一般都有固定的工作場(chǎng)所和工作時(shí)間段，例如安監(jiān)員，藥物庫房的火品發(fā)放工，絞車司機(jī)，皮帶司機(jī)和井底的信號(hào)工等等。這些人一般要求不能離崗，如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)離開自己的崗位，系統(tǒng)將判斷已脫崗。

固定人員脫崗告警

系統(tǒng)設(shè)備管理

識(shí)別卡電量告警

當(dāng)識(shí)別卡電量過低時(shí)，系統(tǒng)將提前告警，通知相關(guān)技術(shù)人員及時(shí)更換電池，避免識(shí)別卡沒電時(shí)，持卡者不知道，雖然下井了，卻被系統(tǒng)判斷為曠工。

卡電量不足告警

LED告警

可以通過LED屏對(duì)井下特定區(qū)域或者特定顯示屏發(fā)布相關(guān)信息，并可以對(duì)LED屏是否在線發(fā)布告警信號(hào)。

LED屏告警

分站不在線告警

當(dāng)讀卡分站供電電壓不足、讀卡分站信號(hào)線連接故障時(shí)系統(tǒng)均會(huì)出現(xiàn)分站不在線告警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。待問題處理后告警會(huì)自動(dòng)結(jié)束并在歷史告警中保存告警信息。

分站告警示意圖

電源監(jiān)測(cè)

檢測(cè)給分站供電的電源外接交流電是否中斷，直流電輸出是否正常和后備電量是否充足等信息。當(dāng)分站交流電出現(xiàn)中斷或者異常時(shí)，系統(tǒng)告警區(qū)域會(huì)出現(xiàn)設(shè)備交流電中斷告警，提醒維護(hù)人員采用對(duì)應(yīng)處理方案。

電源不在線報(bào)警

聲光報(bào)警功能

通過聲光報(bào)警器和軟件的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)礦井超員告警、設(shè)備通訊故障、區(qū)域超員告警、分站不在線、進(jìn)入?yún)^(qū)域告警、超時(shí)告警、緊急尋呼告警的聲光報(bào)警功能，在系統(tǒng)安全與設(shè)備出現(xiàn)告警時(shí)，可以及時(shí)通過聲、光的方式提醒調(diào)度管理員工的快速響應(yīng)。

系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)的管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)分配多個(gè)不同權(quán)限的用戶，方便各個(gè)用戶在網(wǎng)絡(luò)終端上同時(shí)運(yùn)行軟件，查詢井下實(shí)時(shí)情況，并可對(duì)軟件進(jìn)行分級(jí)別的修改；井下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也可以上傳到WEB服務(wù)器上，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)，以網(wǎng)頁的形式實(shí)時(shí)查看井下人員分布情況。

GIS地理信息系統(tǒng)平臺(tái)

GIS地圖縮放功能，能實(shí)現(xiàn)井下巷道圖的縮放、顯示及井下出現(xiàn)緊急情況后生成逃生路線，并能對(duì)GIS地圖進(jìn)行導(dǎo)入、導(dǎo)出和還原地圖功能。

GIS信息平臺(tái)

雙機(jī)熱備

系統(tǒng)主機(jī)具有雙機(jī)切換功能。工作主機(jī)工作時(shí)，備用主機(jī)接收并存儲(chǔ)監(jiān)控信息，但對(duì)系統(tǒng)不具控制功能；備用主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作主機(jī)工作狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到工作主機(jī)異常時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，并使原工作主機(jī)轉(zhuǎn)入備用狀態(tài)。

雙機(jī)熱備示意圖

井口一個(gè)性性檢測(cè)功能

一個(gè)性檢卡

通過人臉圖像識(shí)別技術(shù)和近距離讀卡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井口的一個(gè)性檢卡。

顯示功能

可直接在井口顯示下井人員的基本信息和是否通過檢驗(yàn)的提示。

一個(gè)性檢測(cè)通過提示

告警功能

當(dāng)出現(xiàn)多帶卡、替代卡等情況時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出告警信息。