煤礦人員RTLS定位系統方案

　　一、 概述

　　1. 煤礦人員定位系統背景

　　我國是世界上最大的煤炭消費國和生產國。隨著國民經濟的快速增長，煤炭需求量的不斷攀升。近兩年來，煤炭供應緊張，隨之而來的是各個煤礦生產的超負荷運轉，高速發展的生產突顯出煤礦安全生產各環節中對于生產隱患治理監測技術水平的落后，相應所導致的各級安全事故也不斷發生。由于煤價的不斷上漲，過度開采導致的事故也是有發生，如何對礦用人員定位的活動、煤車每天的運輸量、瓦斯、風速、火災、透水等數據做到實時監控，事故發生后，如何準確判定礦用人員定位特別是礦用人員定位定位的受困位置、遇險人員撤退路線、井下的環境監測情況以及及時準確地制定救援方案，這不但對事故的救援還是事前防控都是一個非常迫切要解決的問題。

　　如何加強安全生產的防范措施，如何正確處理安全與生產、安全與效益的關系，如何準確、實時、快速履行煤礦安全監測職能，保證搶險救災、安全救護的高效運作，擺到了國家各級主管部門和領導的面前。同時如何改變目前煤礦企業對礦用人員定位、資產落后的管理模式，如何實現管理的現代化、信息化也成為所有煤礦企業關心的問題。因此集合先進科技手段和一線煤礦安全生產需求開發面向煤礦資產和礦用人員定位的安全監管系統，建立一整套完備的具有智能監控管理、報警、礦用人員定位、 追蹤等功能的煤礦人員定位實時監管系統，礦用人員定位系統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、減少安全事故的發生，同時礦用人員定位系統還可以與現有的系統有效的集成并進行多方面擴展功能,完善整個煤礦人員定位系統的功能，有效地增強系統的安全性，真正意義上實現礦用人員定位、礦用井下人員定位。礦用人員定位系統對礦井人員實施安全監控，將為煤礦企業的安全生產和經營管理上臺階、上水平帶來了新的契機。

　　2. 煤礦人員定位系統應用的可行性

　　實時定位系統英文是ReaTime Locating System,簡稱RTLS。RTLS主要采用無線射頻、超聲波、紅外等技術對物體進行定位。無線局域網實時定位系統(Wi-Fi RTLS)利用標準的IEEE 802.11 無線局域網在室內或室外局部范圍內實現跟蹤識別以及類似GPS的定位功能。Wi-Fi RTLS系統的市場很廣泛，涉及物流、倉儲、零售、制造、學校、醫院、政府、軍隊、交通等幾乎各個領域。目前，Wi-Fi RTLS技術也逐漸被應用在煤礦上用來對人員和資產進行實時定位管理。

　　Wi-Fi RTLS煤礦人員定位系統結合了Wi-Fi 、RFID、無線傳感器網絡等多種技術，面向一線煤礦安全生產需求，實現了基于電子地圖的煤礦礦用人員定位實時定位和監管。礦用人員定位系統無須重新搭建其他網絡或設施，在企業原有無線局域網基礎上即能快速部署安裝，為煤礦企業提供一套完備的資產、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、區域人數分析、基站區域人員報表、地圖報警、人員定位、人員實時軌跡監控、人員歷史軌跡回放、人員巷道最佳路徑分析等功能，為煤礦的安全生產提供了及時有效的礦用人員定位定位和監控功能，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能力。

　　目前應用WiFi RTLS技術的煤礦人員定位系統在國外的一些煤礦都得到了很好的應用，礦用人員定位系統大大提高了煤礦井下作業的安全環境，并且極大程度地降低管理成本。

　　Wi-Fi RTLS煤礦人員定位系統為每個礦用人員定位佩戴一塊定位標簽，在安裝煤礦人員定位系統管理軟件后，管理人員在電腦前就可以看到每個礦用人員定位活動的區域

　　1、煤礦人員定位系統可以實時定位跟蹤礦用人員定位，便于顯示、查詢人員情況，如：任一時間井下或某個地點究竟有多少人，這些人都是誰?每個人在井下任一時間的活動軌跡;查詢一個或多個人員現在的實際位置，方便調度中心可快速正確的電話聯系該人員。

　　2、煤礦人員定位系統實時顯示礦用人員定位每時每刻在坑道的實時動態分布，根據井下的實際地理情況制作相應的動態圖，使井下情況生動形象一目了然;

　　3、一旦發生各類事故，煤礦人員定位系統可以立即能查出有多少人遇險，遇險人員在哪里?他們是誰?同時定位標簽特有的報警功能，能夠在發生緊急情況時，迅速報警并顯示緊急情況位置，最大限度地保障礦用人員定位的人身安全。

　　二、 煤礦人員定位系統監管的設計思路

　　1. 煤礦人員定位系統設計依據

　　GA/T75《安全防范工程程序與要求》

　　MT209-1990《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求》。

　　2. 系統設計特點

　　高度自動化。系統能自動檢測井下坑道工人經過該監測點的時間、地點信息，并自動實現考勤作業的統計與管理。

　　先進的通信系統。安裝在井下各通道的識別系統，實時向網絡服務器傳送相關人員通過的數據，整個過程無需人為干預。

　　完備的數據統計與信息查詢軟件。系統軟件具備專用數據庫管理系統，包括工人通過坑道的信息采集和統計分析系統，考勤作業的統計與管理分析系統，顯示并打印各種統計報表資料，為高層管理人員的查詢與管理提供全方位服務。

　　系統的安全、穩定、可靠性設計。系統產品采用坑道壁掛式設計，無需在坑道進行現場施工，并保證系統在惡劣環境下24小時連續正常運轉;

　　完善的異常情況(包括無效感應器、失效感應器進入)報警呼叫系統配置。

　　3. 煤礦人員定位系統設計原則

　　· 煤礦人員定位系統實現了礦用人員定位特別是礦用人員定位系統，礦用人員定位系統實現井下坑道作業面工作礦用人員進出的有效識別，使系統管理充分體現"人性化、信息化和高度自動化"

　　· 煤礦人員定位系統為高級管理人員提供考勤作業、人員進出限制等多方面的信息查詢。

　　· 一旦發生安全事故，通過煤礦人員定位系統立刻可以知道坑道作業面工作人員的數量，保證搶險救災和安全救護工作的高效運作。

　　· 安全事故發生后，通過煤礦人員定位系統的移動識別裝置，可在事故現場10米范圍內探測到是否有人存在，便于救護工作的及時展開。

　　· 系統設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。

　　三、 煤礦人員定位系統方案特點

　　煤礦人員定位系統監管解決方案主要基于無線局域網實時定位系統(Wi-Fi RTLS)，根據煤礦礦井實際定位需求，采用國際先進技術，通過Wi-Fi網絡解決礦井內部的人員監控和定位問題，對礦井下各種資源進行有效控制和跟蹤。煤礦人員定位系統能夠及時、準確的將井下各個區域人員及設備的動態情況反映到地面計算機系統，使管理人員能夠隨時掌握礦用人員定位、設備的分布狀況和每個礦工的位置和運動軌跡，以便于進行更加合理的調度和監控管理。當事故發生時，救援人員也可根據定位系統所提供的數據、圖形，迅速了解有關人員的位置情況，及時采取相應的救援措施，提高應急救援工作的效率。

　　煤礦人員定位系統解決方案特點：

　　1)煤礦人員定位系統結合Wi-Fi網絡，無須再重新搭建其他網絡或設施，節省大量的網絡建設費用，減少用戶初始設備投資;

　　2)煤礦人員定位系統提供實時的礦用人員定位跟蹤，可隨時查找某個人位置，和在某個時間段內所經過的路徑，顯示出線路軌跡;

　　3)煤礦人員定位系統定位精度高，3~5米的高精確度定位，準確掌握物體或人員所處位置;

　　4)煤礦人員定位系統采用超低功耗標簽設計，可更換電池標簽，壽命可達到5年以上，且對人體安全、無輻射損害。

　　5)煤礦人員定位系統設計靈活性強，整個網絡系統架構采用模塊化結構，某一部分出現故障可以及時更換，不影響其他部件運行。

　　6)煤礦人員定位系統可視化終端平臺，以電子地圖形式顯示人員或物品的位置和移動軌跡，還能顯示環境和警報信息，便于環境監測和安全防范。

　　四、 煤礦人員定位系統方案設計

　　1. 煤礦人員定位系統的組成

　　礦用人員定位系統基于無線局域網設計，礦用人員定位系統由以下三部分組成：礦用人員定位定位標簽(Wi-Fi Tag)、無線局域網接入點(Access Point)、定位服務器(Locating Server)。

　　系統工作原理：

　　1)定位標簽或者無線設備周期性地發出無線信號。

　　2)接入點接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。

　　3)煤礦人員定位系統定位服務器根據信號的強弱或信號到達時差判斷出標簽或無線設備所處位置，并通過電子地圖顯示其具體位置。

　　2. 系統的拓撲結構

　　煤礦人員定位系統基于無線局域網設計，煤礦人員定位系統主要包括礦用人員定位標簽 、無線局域網接入點(AP)和后端監控管理中心(定位服務器)三部分組成：

　　1)礦用人員定位標簽作為無線數據采集模塊佩戴在每位工作人員身上，系統通過對標簽的跟蹤實現對人員的跟蹤定位。

　　2) AP采用2.4G支持的802.11a/b/g模式，及時采集標簽的信息，傳輸到后端的監控中心，對井下標簽設備進行控制管理。每個AP基站在井下有效覆蓋范圍為100米，對標簽的有效精度為3-6米 。

　　3) 安裝了定位服務器軟件系統的監控管理中心，主要實現實時數據分析處理。分析管理標簽數據，通過控制中心的電子地圖監視并及時顯示各現場標簽的位置，數據可同時存入存儲數據庫，監控人員可以通過計算機訪問存儲服務器查詢人員位置。

　　3. 煤礦人員定位系統主要功能

　　(1)、用戶管理：礦用人員定位系統方便用戶信息錄入，權限設置。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行權限認證。當用戶請求的操作具備相應操作權限時，此用戶才可以進行相應的操作，同時將本操作記錄到操作日志中，當用戶請求的操作不具備相應操作權限時，此用戶無法進行相應操作。

　　(2)、標簽信息維護：礦用人員定位系統提供標簽佩戴人員信息管理、包括照片，所屬部門、考勤班次、工作區域、健康狀況等。

　　(3)、人員管理：礦用人員定位系統實現人員定位，實時的顯示工作區域和溫度傳感，工作狀態。實現人員合理調度。

　　(4)、監控區域管理：礦用人員定位系統支持對監控地點、地圖等信息的編輯，包括新建、修改、刪除。

　　(5)、績效考勤：礦用人員定位系統可以自動統計下井時間，上井時間，生成統計報表，自動匯總考勤數據。

　　(6)、人員軌跡監控：礦用人員定位系統實時記錄移動軌跡，在煤礦井下巷道發生情況時，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：礦用人員定位系統支持和一卡通集成，可以統一管理人員現金使用，購買物品等。

　　(8)、查詢統計：礦用人員定位系統提供相關操作日志、報警日志的維護與查詢。對整個網絡監控系統的信息進行統一處理，其中包括信息的設置、信息的記錄、信息的轉發及信息的查詢。

　　(9)、系統管理：礦用人員定位系統提供系統維護、日志查詢、數據導入、數據導出、數據備份、數據上傳。

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　　4. 煤礦人員定位系統特性

　　1)基于標準的無線局域網

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

　　2)主動式監控

　　所有定位標簽每隔一定時間向外主動發出信息，確保每個礦用人員定位都處于相應的安全監控區域內，為人員的監管提供最大程度的現代化高效手段。

　　3)實時定位

　　礦用人員定位系統可以實現對每個定位標簽的實時定位，定位精度可達到3米范圍。

　　4)防破壞設計

　　礦用人員定位系統定位標簽內置導電材料形成回路從而有效防止破壞，一旦標簽被切斷或破壞，系統立即報警。

　　5)歷史跟蹤

　　礦用人員定位系統通過記錄定位標簽的位置，就可以實現對跟蹤人員的活動路線回放，輕松實現對礦用人員定位行蹤的實時控制。

　　6)全球唯一的電子編碼

　　每個定位標簽都有全球唯一的編碼，和相應人員的信息相聯，不會重復導致混亂。

　　7)多標簽防沖突設計

　　無線局域網接入點可同時識別對煤礦范圍中數以百計的定位標簽，標簽之間不會發生沖突而造成遺漏。

　　8)緊急報警功能

　　礦用人員定位標簽上有報警按鈕，可主動報警。礦用人員定位佩戴的定位標簽在緊急或危險情況下有報警功能。

　　9)和現有系統集成

　　礦用人員定位系統可以與一卡通服務相結合，也可以無縫接入到現有的煤礦信息管理系統中，并可實現和視頻監控系統的聯動。

　　10)人性化設計

　　礦用人員定位標簽可按人體工程學設計，無過敏反應，不傷害皮膚，并同時滿足防水需求。

　　5. 煤礦人員定位系統方案優勢

　　目前Wi-Fi網絡的普及使得基于Wi-Fi的應用產品越來越普及，應用迅速推廣，爆炸性增長。GPS定位局限性直接推動Wi-Fi定位系統應用，傳統的RFID也只是門禁和考勤，不能用來做定位。隨著RFID的應用不斷滲透，新的RFID芯片不斷問世，多頻段抗干擾能力強。未來一定會被廣泛應用在無線傳感、無線實時定位等應用，特別是其超低功耗無線傳感是其他電子標簽所不及。我們正是看到了此行業的發展前景，及時推出新型的WIFI-RFID無線定位系統，打造最先進最經濟最優化的實時定位系統。

　　目前基于傳統的RFID技術缺少核心定位算法，只是依靠讀寫器做區域定位，而且盲點很多，不能提供精確定位。網頻推出的WIFI-RFID實時定位系統，融合WIFI、RFID特點，后臺采用基于RSSI信號強度精確定位算法，射頻前端采用功耗和成本更低的有源RFID系統。下面側重就網頻的WIFI-RFID 實時定位系統和現有的WIFI-RTLS做簡要對比說明。

　　6. 煤礦人員定位系統方案設計功能描述

　　1)煤礦人員定位系統定位監控

　　(1)煤礦人員定位系統實時監控

　　· 在地圖上顯示圖標對應于標簽綁定的人或物;

　　· 對標簽進行實時監控，并在地圖中顯示標簽的當前位置;

　　· 標簽閃爍表示有報警;

　　· 標簽分組，用不同的圖標顯示;

　　· 定位過程中能實時看到圖標平滑移動;

　　· 搜索人員姓名、狀態：

　　· 可跟蹤指定的標簽，地圖隨著標簽的移動自動切換;

　　· 將鼠標移到圖標上可以看到圖標的信息和狀態;

　　· 點擊圖標后可以顯示人員的詳細信息;

　　· 可以手動切換地圖，查看指定地圖上的所有標簽的活動情況;

　　· 地圖可以放大和縮小，調整到合適的大小;

　　· 跟蹤單個標簽時地圖會自動切換樓層。

　　(2)煤礦人員定位系統實時告警

　　· 觸發告警，彈出頁面，聲音報警，并且顯示對應的視頻錄像;

　　· 點擊處理后，頁面可以關閉，否則會一直提醒;

　　· 實時報警列表。

　　(3)煤礦人員定位系統軌跡回放

　　· 可以自定義、修改軌跡;

　　· 移動軌跡是平滑顯示的;

　　· 可以鎖定一個標簽，按時間段播放，顯示移動(可選擇有軌跡或無軌跡)，地圖切換;

　　· 可以鎖定一張地圖，按時間段播放，顯示不同標簽移動，無軌跡;

　　· 軌跡回放過程中可以顯示各類報警(按鈕，區域，消失、振動、不動)和聲音效果;

　　· 可以全屏播放;

　　· 可以保存某一段軌跡錄像;

　　· 可以保存某一段數據，可調用播放;

　　· 可同時使用多個播放。

　　2)煤礦人員定位系統標簽管理

　　· 標簽發放，通過發卡機，自動獲取標簽ID;

　　· 將標簽與人員綁定：將指定的人員信息和其佩戴的標簽進行綁定，在系統中顯示的標簽即代表佩戴該標簽的人員;

　　· 標簽更換對應的人員;

　　· 保安信息設置：可在系統中對保安的信息進行設置和管理;

　　· 標簽分組、分類：標簽可以根據實際情況進行分組和分類。

　　3)煤礦人員定位系統報警管理

　　1) 按鈕報警設置：礦用人員定位系統使用的礦用人員定位標簽有按鈕報警功能，當發生緊急情況時可按下按鈕發出報警信息;

　　2) 越界報警——礦用人員定位系統可以設置某些區域屬于禁區，未經允許的標簽進入將發出報警信息，或某些人不能離開某個區域，一旦離開將發出報警信息;

　　3) 消失報警設置——礦用人員定位系統支持標簽消失多種因素(如電池沒電、標簽越過信號覆蓋區域等)，可以設置指定標簽的消失報警條件和報警級別，如該標簽消失了，將會觸發相應的報警;

　　4) 電池低電報警設置——標簽每隔一段時間將會向系統報告一次自己的當前電量，可以在系統中設置電量最低界限，一旦標簽電量低于這個界限將會發出報警信息;

　　5) 未按規定路線報警——礦用人員定位系統可以指定某個標簽在某段時間的行走軌跡，一旦發現該標簽偏離指定的行走軌跡達一定的時間，發出報警信息;

　　4)煤礦人員定位系統管理

　　· 用戶管理：礦用人員定位系統可設定各種用戶權限，用戶登錄系統后根據自己的權限進行相應的操作和瀏覽符合權限的內容。

　　· 地圖如果已經劃分區域，礦用人員定位系統可設定各個標簽進出各區域的條件。

　　· AP定位器管理：礦用人員定位系統實時監控AP定位器工作狀態，查詢歷史記錄。

　　5)煤礦人員定位系統統計報表

　　標簽警告記錄：查看所有標簽或指定標簽的所有警告記錄;

　　查看標簽報表：查看標簽的重要報警，出入區域次數及停留時間統計;

　　操作歷史記錄：查看用戶的操作歷史記錄;

　　可根據時間段進行數據統計;

　　統計各項工作的執行次數、單人的工作情況和閑置時間、每天各崗位的工作高峰期;

　　對各告警事件發生的時間和區域進行統計分析;

　　根據用戶自定義規則，按時間段統計保安巡邏次數、時間段和間隔時間。