實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)RTLS在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)

一、煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管的需求概述

　　1.     煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管的背景

　　我國是世界上最大的煤炭消費(fèi)國和生產(chǎn)國。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，煤炭需求量的不斷攀升。近兩年來，煤炭供應(yīng)緊張，隨之而來的是各個(gè)煤礦生產(chǎn)的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，高速發(fā)展的生產(chǎn)突顯出煤礦安全生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中對于生產(chǎn)隱患治理監(jiān)測技術(shù)水平的落后，相應(yīng)所導(dǎo)致的各級安全事故也不斷發(fā)生。由于煤價(jià)的不斷上漲，過度開采導(dǎo)致的事故也是有發(fā)生，如何對井下人員的活動、煤車每天的運(yùn)輸量、瓦斯、風(fēng)速、火災(zāi)、透水等數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，事故發(fā)生后，如何準(zhǔn)確判定井下生產(chǎn)作業(yè)人員的受困位置、遇險(xiǎn)人員撤退路線、井下的環(huán)境監(jiān)測情況以及及時(shí)準(zhǔn)確地制定救援方案，這不但對事故的救援還是事前防控都是一個(gè)非常迫切要解決的問題。

　　如何加強(qiáng)安全生產(chǎn)的防范措施，如何正確處理安全與生產(chǎn)、安全與效益的關(guān)系，如何準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速履行煤礦安全監(jiān)測職能，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的高效運(yùn)作，擺到了國家各級主管部門和領(lǐng)導(dǎo)的面前。同時(shí)如何改變目前煤礦企業(yè)對井下人員、資產(chǎn)落后的管理模式，如何實(shí)現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化也成為所有煤礦企業(yè)關(guān)心的問題。因此集合先進(jìn)科技手段和一線煤礦安全生產(chǎn)需求開發(fā)面向煤礦資產(chǎn)和井下人員的安全監(jiān)管系統(tǒng)，建立一整套完備的具有智能監(jiān)控管理、報(bào)警、井下人員的實(shí)時(shí)定位、 追蹤等功能的煤礦實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)，必將大幅度的提升煤礦工作的安全性和管理效率, 降低安全隱患、減少安全事故的發(fā)生，同時(shí)還可以與現(xiàn)有的系統(tǒng)有效的集成并進(jìn)行多方面擴(kuò)展功能,完善整個(gè)監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，真正意義上實(shí)現(xiàn)煤礦人員的實(shí)時(shí)安全監(jiān)控，將為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)營管理上臺階、上水平帶來了新的契機(jī)。

　　2.     RTLS在煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管應(yīng)用的可行性

　　實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)英文是Real Time Locating System,簡稱RTLS。RTLS主要采用無線射頻、超聲波、紅外等技術(shù)對物體進(jìn)行定位。無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（Wi-Fi RTLS）利用標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)在室內(nèi)或室外局部范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)跟蹤識別以及類似GPS的定位功能。Wi-Fi RTLS系統(tǒng)的市場很廣泛，涉及物流、倉儲、零售、制造、學(xué)校、醫(yī)院、政府、軍隊(duì)、交通等幾乎各個(gè)領(lǐng)域。目前，Wi-Fi RTLS技術(shù)也逐漸被應(yīng)用在煤礦上用來對人員和資產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位管理。

　　Wi-Fi RTLS煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)合了Wi-Fi 、RFID、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)，面向一線煤礦安全生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)了基于電子地圖的煤礦井下人員實(shí)時(shí)定位和監(jiān)管。該系統(tǒng)無須重新搭建其他網(wǎng)絡(luò)或設(shè)施，在企業(yè)原有無線局域網(wǎng)基礎(chǔ)上即能快速部署安裝，為煤礦企業(yè)提供一套完備的資產(chǎn)、人員追蹤定位解決方案。主要功能包括：煤礦巷道電子地圖瀏覽、區(qū)域人數(shù)分析、基站區(qū)域人員報(bào)表、地圖報(bào)警、人員定位、人員實(shí)時(shí)軌跡監(jiān)控、人員歷史軌跡回放、人員巷道最佳路徑分析等功能，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了及時(shí)有效的井下人員定位和監(jiān)控功能，并提供了人員逃生的最佳路徑分析，以信息化手段提高了煤礦的安全生產(chǎn)能力。

　　目前應(yīng)用Wi-Fi RTLS技術(shù)的煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管系統(tǒng)在國外的一些煤礦都得到了很好的應(yīng)用，大大提高了煤礦井下作業(yè)的安全環(huán)境，并且極大程度地降低管理成本。

　　Wi-Fi RTLS煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管系統(tǒng)為每個(gè)井下作業(yè)人員佩戴一塊定位標(biāo)簽，在安裝煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管系統(tǒng)管理軟件后，管理人員在電腦前就可以看到每個(gè)井下人員活動的區(qū)域 

　　1、可以實(shí)時(shí)定位跟蹤井下人員，便于顯示、查詢?nèi)藛T情況，如：任一時(shí)間井下或某個(gè)地點(diǎn)究竟有多少人，這些人都是誰？每個(gè)人在井下任一時(shí)間的活動軌跡；查詢一個(gè)或多個(gè)人員現(xiàn)在的實(shí)際位置，方便調(diào)度中心可快速正確的電話聯(lián)系該人員。

　　2、顯示井下人員每時(shí)每刻在坑道的實(shí)時(shí)動態(tài)分布，根據(jù)井下的實(shí)際地理情況制作相應(yīng)的動態(tài)圖，使井下情況生動形象一目了然；

　　3、一旦發(fā)生各類事故，立即能查出有多少人遇險(xiǎn)，遇險(xiǎn)人員在哪里？他們是誰？同時(shí)定位標(biāo)簽特有的報(bào)警功能，能夠在發(fā)生緊急情況時(shí)，迅速報(bào)警并顯示緊急情況位置，最大限度地保障井下人員的人身安全。

二、煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管的設(shè)計(jì)思路

　　1.   系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù) 

　　1) GA/T75《安全防范工程程序與要求》

　　2)  MT209-1990《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求》。

　　2   系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 

　　1) 高度自動化。系統(tǒng)能自動檢測井下坑道工人經(jīng)過該監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)間、地點(diǎn)信息，并自動實(shí)現(xiàn)考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理。

　　2) 先進(jìn)的通信系統(tǒng)。安裝在井下各通道的識別系統(tǒng)，實(shí)時(shí)向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送相關(guān)人員通過的數(shù)據(jù)，整個(gè)過程無需人為干預(yù)。 

　　3) 完備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與信息查詢軟件。系統(tǒng)軟件具備專用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包括工人通過坑道的信息采集和統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理分析系統(tǒng)，顯示并打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表資料，為高層管理人員的查詢與管理提供全方位服務(wù)。 

　　4) 系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠性設(shè)計(jì)。系統(tǒng)產(chǎn)品采用坑道壁掛式設(shè)計(jì)，無需在坑道進(jìn)行現(xiàn)場施工，并保證系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下24小時(shí)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)； 

　　5) 完善的異常情況（包括無效感應(yīng)器、失效感應(yīng)器進(jìn)入）報(bào)警呼叫系統(tǒng)配置。 

　　3.   系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

　　實(shí)現(xiàn)井下坑道作業(yè)面工作人員進(jìn)出的有效識別，使系統(tǒng)管理充分體現(xiàn)"人性化、信息化和高度自動化" 

　　為高級管理人員提供考勤作業(yè)、人員進(jìn)出限制等多方面的信息查詢。 

　　一旦發(fā)生安全事故，通過該系統(tǒng)立刻可以知道坑道作業(yè)面工作人員的數(shù)量，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)和安全救護(hù)工作的高效運(yùn)作。 

　　安全事故發(fā)生后，通過本系統(tǒng)的移動識別裝置，可在事故現(xiàn)場10米范圍內(nèi)探測到是否有人存在，便于救護(hù)工作的及時(shí)展開。 

　　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。 

三、方案特點(diǎn)

　　煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管解決方案主要基于無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（Wi-Fi RTLS），根據(jù)煤礦礦井實(shí)際定位需求，采用國際先進(jìn)技術(shù)，通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)解決礦井內(nèi)部的人員監(jiān)控和定位問題，對礦井下各種資源進(jìn)行有效控制和跟蹤。實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的將井下各個(gè)區(qū)域人員及設(shè)備的動態(tài)情況反映到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時(shí)掌握井下人員、設(shè)備的分布狀況和每個(gè)礦工的位置和運(yùn)動軌跡，以便于進(jìn)行更加合理的調(diào)度和監(jiān)控管理。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，救援人員也可根據(jù)定位系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解有關(guān)人員的位置情況，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。
煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管解決方案特點(diǎn)：

　　替代光纖和專線，結(jié)合Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，無須再重新搭建其他網(wǎng)絡(luò)或設(shè)施，節(jié)省大量的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用，減少用戶初始設(shè)備投資；

　　實(shí)時(shí)的人員跟蹤，可隨時(shí)查找某個(gè)人位置，和在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)所經(jīng)過的路徑，顯示出線路軌跡；

　　定位精度高，3~5米的高精確度定位，準(zhǔn)確掌握物體或人員所處位置；

　　超低功耗，可更換電池標(biāo)簽，壽命可達(dá)到5年以上，且對人體安全、無輻射損害。

　　靈活性強(qiáng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)，某一部分出現(xiàn)故障可以及時(shí)更換，不影響其他部件運(yùn)行。 

　　可視化終端平臺，以電子地圖形式顯示人員或物品的位置和移動軌跡，還能顯示環(huán)境和警報(bào)信息，便于環(huán)境監(jiān)測和安全防范。

四、 煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.     煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管系統(tǒng)的組成   

　　無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（Wi-Fi RTLS）由以下三部分組成：定位標(biāo)簽、定位器/讀寫器、定位服務(wù)器。

　　系統(tǒng)工作原理：

　　定位標(biāo)簽或者無線設(shè)備周期性地發(fā)出無線信號。

　　接入點(diǎn)接收到信號后，將信號傳送給定位服務(wù)器。

　　定位服務(wù)器根據(jù)信號的強(qiáng)弱或信號到達(dá)時(shí)差判斷出標(biāo)簽或無線設(shè)備所處位置，并通過電子地圖顯示其具體位置。

無線局域網(wǎng)RTLS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)工作原理示意圖

　　2.     系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　基于無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（Wi-Fi RTLS）的網(wǎng)頻煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管解決方案主要應(yīng)用結(jié)構(gòu)如下：

　　如上圖所示，無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)主要由系統(tǒng)由定位標(biāo)簽 、定位器/讀寫器(AP)和后端監(jiān)控管理中心（定位服務(wù)器）三部分組成：

　　1）定位標(biāo)簽作為無線數(shù)據(jù)采集模塊佩戴在每位工作人員身上，系統(tǒng)通過對標(biāo)簽的跟蹤實(shí)現(xiàn)對人員的跟蹤定位。

　　2) AP采用2.4G支持的802.11a/b/g模式，及時(shí)采集標(biāo)簽的信息，傳輸?shù)胶蠖说谋O(jiān)控中心，對井下標(biāo)簽設(shè)備進(jìn)行控制管理。每個(gè)AP基站在井下有效覆蓋范圍為100米，對標(biāo)簽的有效精度為3-6米 。

　　3) 安裝了定位服務(wù)器軟件系統(tǒng)的監(jiān)控管理中心，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理。分析管理標(biāo)簽數(shù)據(jù)，通過控制中心的電子地圖監(jiān)視并及時(shí)顯示各現(xiàn)場標(biāo)簽的位置，數(shù)據(jù)可同時(shí)存入存儲數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控人員可以通過計(jì)算機(jī)訪問存儲服務(wù)器查詢?nèi)藛T位置。

　　3.     應(yīng)用系統(tǒng)的主要功能

　　(1)、用戶管理：用戶信息錄入，權(quán)限設(shè)置。采用部門委派管理形式，建立樹形管理體系，對用戶的操作請求進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證。當(dāng)用戶請求的操作具備相應(yīng)操作權(quán)限時(shí)，此用戶才可以進(jìn)行相應(yīng)的操作，同時(shí)將本操作記錄到操作日志中，當(dāng)用戶請求的操作不具備相應(yīng)操作權(quán)限時(shí)，此用戶無法進(jìn)行相應(yīng)操作。

　　(2)、標(biāo)簽信息維護(hù)：標(biāo)簽佩戴人員信息管理、包括照片，所屬部門、考勤班次、工作區(qū)域、健康狀況等。

　　(3)、人員管理：人員定位，實(shí)時(shí)的顯示工作區(qū)域和溫度傳感，工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)人員合理調(diào)度。

　　(4)、監(jiān)控區(qū)域管理：對監(jiān)控地點(diǎn)、地圖等信息的編輯，包括新建、修改、刪除。

　　(5)、績效考勤：統(tǒng)計(jì)下井時(shí)間，上井時(shí)間，生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，自動匯總考勤數(shù)據(jù)。

　　(6)、人員軌跡監(jiān)控：實(shí)時(shí)記錄移動軌跡，在煤礦井下巷道發(fā)生情況時(shí)，可用于通知井下工人工作路線和安全逃生路線分析。

　　(7)、一卡通服務(wù)：可以統(tǒng)一管理人員現(xiàn)金使用，購買物品等。

　　(8)、查詢統(tǒng)計(jì)：相關(guān)操作日志、報(bào)警日志的維護(hù)與查詢。對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，其中包括信息的設(shè)置、信息的記錄、信息的轉(zhuǎn)發(fā)及信息的查詢。

　　(9)、系統(tǒng)管理：系統(tǒng)維護(hù)、日志查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)上傳。

　　4.     煤礦人員實(shí)時(shí)定位監(jiān)管系統(tǒng)特性

　　1)  基于標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)

　　無線局域網(wǎng)非常普及，容易搭建和管理操作；覆蓋范圍廣，室內(nèi)100米，室外300米甚至更遠(yuǎn)。無線局域網(wǎng)還可以用于無線上網(wǎng)等其他用途。

　　2)  主動式監(jiān)控

　　所有定位標(biāo)簽每隔一定時(shí)間向外主動發(fā)出信息，確保每個(gè)井下人員都處于相應(yīng)的安全監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，為人員的監(jiān)管提供最大程度的現(xiàn)代化高效手段。

　　3)  實(shí)時(shí)定位

　　可以實(shí)現(xiàn)對每個(gè)定位標(biāo)簽的實(shí)時(shí)定位，定位精度可達(dá)到3米范圍。

　　4)  防破壞設(shè)計(jì)

　　定位標(biāo)簽內(nèi)置導(dǎo)電材料形成回路從而有效防止破壞，一旦標(biāo)簽被切斷或破壞，系統(tǒng)立即報(bào)警。

　　5)  歷史跟蹤

　　通過記錄定位標(biāo)簽的位置，就可以實(shí)現(xiàn)對跟蹤人員的活動路線回放，輕松實(shí)現(xiàn)對井下人員行蹤的實(shí)時(shí)控制。

　　6)  全球唯一的電子編碼

　　每個(gè)定位標(biāo)簽都有全球唯一的編碼，和相應(yīng)人員的信息相聯(lián)，不會重復(fù)導(dǎo)致混亂。

　　7)  多標(biāo)簽防沖突設(shè)計(jì)

　　無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)可同時(shí)識別對煤礦范圍中數(shù)以百計(jì)的定位標(biāo)簽，標(biāo)簽之間不會發(fā)生沖突而造成遺漏。

　　8)  警察緊急報(bào)警功能

　　定位標(biāo)簽上有報(bào)警按鈕，可主動報(bào)警。井下人員佩戴的定位標(biāo)簽在緊急或危險(xiǎn)情況下有報(bào)警功能。

　　9)  和現(xiàn)有系統(tǒng)集成

　　定位標(biāo)簽可以與一卡通服務(wù)相結(jié)合，也可以無縫接入到現(xiàn)有的煤礦信息管理系統(tǒng)中，并可實(shí)現(xiàn)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動。

　　10)  人性化設(shè)計(jì)

　　定位標(biāo)簽可按人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，無過敏反應(yīng)，不傷害皮膚，并同時(shí)滿足防水需求。、