礦山井下人員定位及井下工作環境監控案例

礦山井下人員定位及井下工作環境監控案例 

      
總體設想

　　以盡可能低的成本，先有效可靠地實現井下人員定位和工作環境監控的基本功能，在此基礎上再進一步以改進和增加系統的功能。因而，本方案將盡可能利用井下現有的通信設施和條件。另外，為了減少讀寫定位基站的使用數量以降低成本，人員定位采用了分區段考勤定位的方式（這也是目前煤礦井下人員定位普遍采用的方式）當然也可采用全信號覆蓋的精確定位方式（需要更多的讀寫器基站）。
 

系統方案和功能

　　根據井下的具體情況，將井下分為若干個區段，每個區段兩端皆設有一個讀寫器基站，每一個基站通過現有井下通信電纜和礦山通信系統與監控中心相連，在沒有鋪設通信電纜的地方，使用無線中繼的方式與井下通信系統相連；讀寫器基站對每一個經過或停留在其信號覆蓋區內的的無線身份卡進行讀寫，并通過無線的方式對附近幾百米范圍內的瓦斯，溫度，濕度，風速等傳感器進行數據采集和監控，同時通過無線的方式指揮報警喇叭，廣播傳達來自監控中心的報警和呼叫：

        無線身份卡：使用一節一次性5# 鋰電池驅動（煤礦井下需要使用防暴電池）電池壽命可達兩年以上。每一個無線身份卡可以有不同的封裝外型，例如別在腰帶上的BB機式，非煤礦礦山還可考慮安裝在頭盔上，無線身份卡上還可安裝一個報警按鈕，緊急情況時，工作人員可按按鈕報警，報警信號將通過讀寫器基站傳往管理控制中心；傳感器：傳感器也使用電池驅動（非金屬礦可使用1 -2 節 一次性5#鋰電池），除了每隔一定時間，例如5秒或10秒向讀寫器基站發送數據信號外，當傳感器測量的值，超過預先設定的限值時，傳感器將立即向讀寫器連續發送預警或正式報警信號；讀寫器：讀寫器通過井下供電系統取電，讀寫器定時（例如每隔30秒鐘）將所采集到的無線身份卡號，（還可包括用于進一步精確定位所需的信號強度值）以及傳感器的編號及物理量信息，打包傳往監控中心，或采用由控制中心輪巡的方式來讀取。通過發送數據包的讀寫器基站的編號和傳感器的編號，我們就能確定礦工的位置，以及不同位置，不同時間的瓦斯濃度，溫度，濕度等信息。讀寫器一接收到來自礦工或傳感器的報警信號，將立即轉發給監控中心。

　　原則上，現有井下的通信系統可以不變，我們所提供的人員定位和環境監控系統，只不過通過現有的井下通信系統，向礦井管理監控中心定時提供了人員的位置信息，和井下不同位置的工作環境條件信息而已。

關鍵技術問題

　　1．讀寫距離

　　按照2007年國家頒布的煤礦井下人員定位系統的最新規定：要求能將以5米/秒速度，同時經過一個讀寫器基站的80個礦工的無線身份卡號，完全記錄下來。這就是說，讀寫器必須要在80個礦工經過其信號覆蓋區域的有限時間內，完成所有電子標簽ID號的采集任務。因而，讀寫器的讀取速度必須要快，同時讀寫器基站的信號覆蓋范圍（與電子標簽的通信距離）要遠，讀寫可靠性要高（減少讀寫器讀寫出錯時，重新讀寫的次數）并能很好地解決信號碰撞問題。

　　2．電池壽命

　　由于無源電子標簽系統只能使用方向性要求極高的近距離讀寫方式，顯然不適用于這種應用場合，而有源電子標簽，涉及到電池的使用壽命問題和卡的價格成本問題，如果使用可充電電池（注意在存在瓦斯爆炸風險的煤礦中，對所使用的電池的種類還有一定的要求），則無疑將增加無線身份卡的生產成本和維護使用成本，如果使用一次性電池，則對卡的平均功耗有較高的要求，這就要求無線身份卡實際工作時間越少越好，這也就增加了滿足前述要求的難度。成都西谷曙光數字技術有限公司利用自身的技術優勢和專利節電技術，不僅能夠完全滿足以上讀寫速度的要求，而且能夠做到使用一節一次性5號鋰電池，可以3年不更換（相關規定為兩年），這就大大降低了整個系統的安裝成本和運營成本，并方便了使用。

　　3．礦工行走方向判別

　　由于國家在井下人員定位管理系統的規定中，表述的是分區段定位的方式，即采用記錄進出某個特定區域的井下工作人員的辦法，來確定哪些人員某個時刻在某個區域內的定位方法，因而，這就要求讀寫器基站能夠判別井下工作人員經過基站時的行走方向。使用我公司自己研制生產的袖珍定向天線，可以很容易解決這個問題。 

實施細則

　　1．  讀寫器基站的具體布置，參照國家2007年相關文件中的規定來執行。

　　2．  在有通信線攬的地方，讀寫器基站直接通過線纜與系統計算機相連接，在個別沒有通信線纜的地方，利用基站讀寫器的無線中繼功能，來與井下通信系統相連接。我們的讀寫器基站都具有RS232接口或RS485接口，或者可以通過RS232/RS485 轉以太網轉換接器，與以太網相連接。

　　3．  讀寫器與無線身份卡電子標簽在井下的可靠通信距離為100 - 150米左右，視井下的具體情況而定，在實際應用時，當無線身份卡采用某些遮擋較強的防暴封裝時，不低于80米，采用袖珍定向天線（便于判別礦工經過基站時的行走方向），通信距離大于150 米。這樣一個讀寫器可以覆蓋150 – 200米的通信距離；在可視情況下，讀寫器與傳感器之間的通信距離大于500米；讀寫器與讀寫器之間的通信距離大于1000米。

　　4．  由于采用了我們獨有的節電專利技術，無線身份卡的電池使用壽命可達三年以上，這一點已經在我們高速公路上的項目得到證實。

　　5．  無線身份卡上有一個報警按鈕，身份卡平常處于周期性工作狀態；在緊急情況下，礦工也可通過連續按壓按鈕發送報警信息。

　　6．  需要說明的是：我們向客戶提供的僅僅是通信模塊和讀寫器基站，和相應的人員定位以及傳感器數據采集軟件，以及與此模塊相關的功能保證，我們只保證我們的產品能夠按照客戶預先提出的人員位置信息采集，和傳感器數據采集方式工作，并不負責整個系統的集成，系統安裝和系統維護，模塊的防爆封裝以及申請本安認證等工作，都是由用戶自己來承擔的。在我們產品的價格中，只包括了對客戶通過電話，以及在本公司所在地進行的技術培訓服務（但不包括前往用戶所在地進行的現場技術支持的服務）。

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