基于UWB技術(shù)的礦山人員精確定位系統(tǒng)

　　一、方案背景及目標(biāo)：

　　隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山生產(chǎn)模式不斷更新，綠色、生態(tài)、智能逐漸成為礦業(yè)的追求。礦業(yè)智能化、無人化對(duì)

　　于礦山來說非常重要，不僅可以帶來生產(chǎn)能力的提高，還可以幫助降低資本投入和生產(chǎn)成本，提升安全保障。因此，發(fā)展

　　智能化、無人化采礦技術(shù)，革新礦山開采模式、減少井下工作人員，是未來全球礦業(yè)的必由之路。

　　智能礦山建設(shè)和應(yīng)用針對(duì)井下人員采用UWB技術(shù)，定位精度不大于0.3m(最大靜態(tài)定位誤差)，實(shí)現(xiàn)井下人員和車

　　輛的考勤、定位、報(bào)警、軌跡等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史追溯與查詢分析，有效提升礦井人員的調(diào)度指揮和應(yīng)急管理。

　　二、礦山UWB系統(tǒng)簡(jiǎn)介：

　　礦山定位管理系統(tǒng)是應(yīng)用UWB技術(shù)進(jìn)行的礦山人員定位管理系統(tǒng)，集人員考勤、區(qū)域跟蹤定位、日常管理、軌跡追

　　溯、電子圍欄為一體的綜合性運(yùn)用系統(tǒng)。每個(gè)礦工攜帶攜帶一個(gè)UWB標(biāo)簽，在礦山作業(yè)時(shí)能為預(yù)先安裝在礦道內(nèi)的定位

　　基站，定位基站采集人員的移動(dòng)位置信息，并上傳至定位引擎系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和呈現(xiàn)，使管理人員能夠隨時(shí)掌握人員的運(yùn)動(dòng)

　　軌跡，以便于進(jìn)行合理的調(diào)度管理。一旦意味事故發(fā)生，救援人員可根據(jù)該系統(tǒng)所提供的人員分布數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解

　　有關(guān)人員的精確位置情況，及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。

　　三、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：

　　礦山人員定位(煤礦定位)管理系統(tǒng)包括定位標(biāo)簽、定位基站、UWB標(biāo)簽、定位引擎、大數(shù)據(jù)平臺(tái)等。因此，在設(shè)計(jì)

　　方案時(shí)，除了考慮其功能外，在穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力、容錯(cuò)能力及異常保護(hù)等方面也進(jìn)行了充分考慮。項(xiàng)目方案

　　采用現(xiàn)有成熟的以太網(wǎng)和POE供電的方式為主傳輸平臺(tái)，和相應(yīng)的定位基站、人員UWB定位標(biāo)簽等設(shè)備與系統(tǒng)掛接，通

　　過將采集的定位標(biāo)簽的位置信息進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)交換從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員的跟蹤定位和安全管理。

　　3.1系統(tǒng)總體框架

　　系統(tǒng)涉及到無載波通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面。系統(tǒng)以TCP/IP通訊網(wǎng)絡(luò)

　　作為傳輸介質(zhì)，通過安裝分站實(shí)現(xiàn)井下全覆蓋，讓監(jiān)控對(duì)象配備相應(yīng)的標(biāo)識(shí)卡來實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的掛接。精確定位系統(tǒng)主動(dòng)獲

　　取各分站上傳的標(biāo)識(shí)卡動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過一系列的運(yùn)算、分析與比較，最終實(shí)現(xiàn)人員的精確跟蹤及定位，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在

　　應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過可視化的界面對(duì)井下標(biāo)識(shí)卡實(shí)時(shí)監(jiān)控及管理。系統(tǒng)總體框架圖如下：

　　3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)主要體現(xiàn)在：

　　1、實(shí)現(xiàn)礦山作業(yè)人員進(jìn)出的有效識(shí)別和監(jiān)測(cè)監(jiān)控，使管理系統(tǒng)充分體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動(dòng)化”，實(shí)現(xiàn)數(shù)字

　　礦山/隧道人員管理的目標(biāo)。

　　2、為礦山管理人員提供人員進(jìn)出限制、考勤作業(yè)、檢測(cè)監(jiān)控、軌跡圖、電子圍欄、位置告警等多方面的管理信息，一

　　旦發(fā)生安全事故，可迅速定位到工作人員最后的精確定位地點(diǎn)及其數(shù)量，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)和安全救護(hù)工作的高效運(yùn)作。

　　3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性、可擴(kuò)容性、易維護(hù)性和易操作性。

　　4、輕松聯(lián)網(wǎng)，BS結(jié)構(gòu)，輕松實(shí)現(xiàn)廣闊地域聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

　　3.3系統(tǒng)流程

　　礦山人員定位(管理系統(tǒng)是由地面監(jiān)控中心主計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)軟件支持下，通過數(shù)據(jù)傳輸接口和沿巷道鋪設(shè)的通訊光/電

　　纜，定位對(duì)安裝的UWB定位基站進(jìn)行數(shù)據(jù)巡檢和信息采集，定位基站將自動(dòng)采集有效識(shí)別距離內(nèi)的UWB定位標(biāo)簽的細(xì)信

　　息，并根據(jù)系統(tǒng)指令，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至后臺(tái)。數(shù)據(jù)信息經(jīng)分析處理后，將人員動(dòng)態(tài)分布在主計(jì)算機(jī)界面中

　　心得以實(shí)時(shí)反映，從而實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)在礦井?dāng)?shù)字化管理中的應(yīng)用。

　　● 遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，將UWB標(biāo)簽視為必要裝備，按準(zhǔn)許上崗人員實(shí)現(xiàn)“一人一卡”制。

　　● 根據(jù)礦井檢測(cè)需求，在坑道、作業(yè)面等地點(diǎn)安裝具有進(jìn)出方向、時(shí)間識(shí)別能力的定位基站，并通過光纖數(shù)據(jù)傳輸接

　　口相互連接為高速工業(yè)以太網(wǎng)，從而構(gòu)成完整通訊線路。

　　● 礦井生產(chǎn)單位輸入工作人員相關(guān)信息后，向工作人員頒發(fā)UWB標(biāo)簽卡。

　　● 系統(tǒng)記錄該UWB標(biāo)簽卡相應(yīng)人員的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)、本人照片、有

　　效期等基本信息。

　　● 進(jìn)入坑道的工作人員必須隨身定位標(biāo)簽，當(dāng)持卡人員經(jīng)過設(shè)置定位基站的地點(diǎn)時(shí)被系統(tǒng)識(shí)別，系統(tǒng)將讀取該標(biāo)簽號(hào)

　　信息，通過系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將工作人員通過的路段、時(shí)間、坐標(biāo)信息等資料傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，并可同時(shí)

　　在地理信息大屏幕墻上出現(xiàn)提示信息，顯示通過人員的姓名。對(duì)進(jìn)入電子圍欄區(qū)域的工作人員，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，安全監(jiān)

　　控中心值班人員接到報(bào)警信號(hào)，立即執(zhí)行相關(guān)安全工作管理程序。

　　● 生產(chǎn)單位可根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)該標(biāo)簽卡進(jìn)行授權(quán)管理。授權(quán)范圍包括：該員工可以準(zhǔn)入的坑道或作業(yè)面。為防止無

　　關(guān)人員和非法人員進(jìn)入坑道或作業(yè)面，系統(tǒng)設(shè)置該卡準(zhǔn)入坑道或作業(yè)面時(shí)的失效管理模塊及卡的失效、報(bào)失等。

　　● 坑道一旦發(fā)生安全事故，監(jiān)控中心在第一時(shí)間內(nèi)可以知道被困人員的基本情況，救險(xiǎn)隊(duì)使用接受裝置，在10-30米

　　的范圍內(nèi)方便探測(cè)遇險(xiǎn)人員的位置，便于救護(hù)工作的安全和高效運(yùn)作，便于事故救助工作的開展。

　　3.4系統(tǒng)功能

　　● 實(shí)時(shí)人員動(dòng)態(tài)顯示

　　任一時(shí)間查詢并顯示某個(gè)地點(diǎn)的人數(shù)、分布情況及身份。

　　查詢一個(gè)或多個(gè)人員現(xiàn)在的實(shí)際位置、活動(dòng)軌跡。

　　記錄有關(guān)人員在任一地點(diǎn)的到/離時(shí)間和總工作時(shí)間等一系列信息，可以督促和落實(shí)重要巡查人員是否按時(shí)、到點(diǎn)的進(jìn)

　　行實(shí)地查看，或進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的檢測(cè)和處理，從跟不上盡量杜絕因人為因素而造成的相關(guān)事故。

　　● 人員礦井考勤統(tǒng)計(jì)功能

　　可對(duì)出入井人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)礦井人員考勤記錄，建立并打印人員出入井的各種信息報(bào)表，如礦井時(shí)間報(bào)表、出勤

　　月報(bào)表、加班報(bào)表、缺勤報(bào)表等等，方便管理人員的查詢與管理。

　　● 信息多點(diǎn)共享

　　定位平臺(tái)和定位基站可以局域網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，使網(wǎng)上所有終端在使用權(quán)限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息多點(diǎn)共享，供多個(gè)礦井各

　　部門及領(lǐng)導(dǎo)同時(shí)在不同地點(diǎn)共享監(jiān)測(cè)信息、系統(tǒng)綜合分析信息、查詢各類數(shù)據(jù)報(bào)表。

　　● 電子圍欄報(bào)警功能

　　對(duì)于指定的電子圍欄禁區(qū)，如果有非授權(quán)人員進(jìn)入，實(shí)時(shí)聲音報(bào)警，并顯示進(jìn)入禁區(qū)的人數(shù)及身份，人員軌跡。

　　● 災(zāi)后急救信息

　　一旦發(fā)生各類事故，監(jiān)控中心立即能顯示出事故地點(diǎn)的攜卡人員數(shù)量、人員信息、人員位置等信息，大大提高搶險(xiǎn)效

　　率和救護(hù)效果。一旦井下發(fā)生緊急情況，井下人員可通過攜帶標(biāo)簽上的呼救信號(hào)通知管理中心，也可與管理中心進(jìn)行直接

　　對(duì)講，實(shí)時(shí)匯報(bào)井下情況，極大提高了救援效率，減少災(zāi)害損失。

　　● 標(biāo)簽應(yīng)急功能

　　UWB標(biāo)簽與定位基站失去聯(lián)系時(shí)，仍能獨(dú)立工作，自動(dòng)存儲(chǔ)人員檢測(cè)數(shù)據(jù)。

　　3.5系統(tǒng)性能特點(diǎn)

　　● 強(qiáng)大的系統(tǒng)處理能力

　　采用TDOA定位算法優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力;

　　高度自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析信息，整個(gè)過程無需人為干涉;

　　基于GIS技術(shù)的地理信息顯示、查詢系統(tǒng);

　　完善的數(shù)據(jù)分析能力;

　　● 卓越的識(shí)別性能

　　高度的識(shí)別可靠性，100%的前端識(shí)別率;

　　識(shí)別距離遠(yuǎn)(地面識(shí)別距離可達(dá)100米);

　　極高的防沖突性(每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)可最多同時(shí)識(shí)別1000個(gè)人員以上);

　　高度的識(shí)別穩(wěn)定性;

　　快速的識(shí)別速度;

　　定位精度高，達(dá)到50cm;

　　● 現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)

　　環(huán)境適應(yīng)性：高抗干擾性，對(duì)干擾源、周界環(huán)境無特殊要求;

　　安裝方便性：定位基站一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用POE供電;

　　運(yùn)行可靠性：內(nèi)部電路高度集成化，器件故障率最小化;

　　● 電氣特性

　　超低功耗，無線標(biāo)簽在不更換電池的情況下可連續(xù)正常工作半年以上;

　　方便性、安全性，定位標(biāo)簽無須外接礦燈電源，超長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間;

　　無輻射，對(duì)人體和環(huán)境無任何影響，更加安全更加健康。設(shè)備技術(shù)參數(shù)：

　　四、設(shè)備技術(shù)參數(shù)

　　4.1 定位基站

　　4.2定位標(biāo)簽

　　4.3安全帽標(biāo)簽

　　4.4腕帶標(biāo)簽

　　4.4工牌標(biāo)簽

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