概述：

為進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)，國(guó)家安全監(jiān)管總局、研究頒發(fā)《煤礦安全規(guī)程》及《煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”建設(shè)完善基本規(guī)范》，明確提出需要建設(shè)人員定位系統(tǒng)。建立一套煤礦井下人員定位管理系統(tǒng)，搭建完善的井下人員管理生態(tài)平臺(tái)，有效提高應(yīng)急救援工作效率，為井下作業(yè)人員提供的安全保障。

KJ2232J煤礦井下人員定位系統(tǒng)，基于高精度的UWB定位技術(shù)，典型定位靜止時(shí)定位誤差不大于0.3m。通過(guò)礦用本安型分站、本安型基站、標(biāo)識(shí)卡、引擎軟件等核心模塊搭建煤礦“六大系統(tǒng)”之一的人員定位系統(tǒng)。通過(guò)人員佩戴多種形式的定位標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)井下人員實(shí)時(shí)的高精度定位。井口通過(guò)性檢測(cè)裝置，檢測(cè)下井人員佩戴一張與自身身份匹配的標(biāo)識(shí)卡，從而對(duì)人員進(jìn)行各項(xiàng)安全監(jiān)管。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

人員管理系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)軟件、井口大屏幕LED檢卡顯示系統(tǒng)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、人員定位分站、人員標(biāo)識(shí)卡、信息化礦燈、手持檢卡器、避雷器、員工自助查詢終端和傳輸平臺(tái)等組成。

監(jiān)控主機(jī)：負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備及人員檢測(cè)數(shù)據(jù)的管理、分站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊、統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)、屏幕顯示、查詢打印、畫(huà)面編輯、網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。

系統(tǒng)軟件：基于三維GIS系統(tǒng)，完成人員信息編碼采集、識(shí)別、加工、顯示、存儲(chǔ)、查詢和報(bào)表打印。

傳輸平臺(tái)：礦井光纖工業(yè)以太網(wǎng)綜合信息傳輸平臺(tái)、光纜或電纜。

人員定位分站：接收標(biāo)識(shí)卡發(fā)出的無(wú)線人員編碼信號(hào)并計(jì)算出通訊距離，能就地滾動(dòng)顯示所監(jiān)測(cè)到的標(biāo)識(shí)卡卡號(hào)，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)24小時(shí)內(nèi)監(jiān)測(cè)到的所有標(biāo)識(shí)卡卡號(hào)，具備“黑匣子”功能，具有聲光報(bào)警功能。定位分站同時(shí)支持WIFI6信號(hào)覆蓋，支持IEEE802.11b/g/n/ac/ax協(xié)議，可選雙定向天線或四定向天線。

人員標(biāo)識(shí)卡：承載的人員編碼信息，將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給人員定位分站。人員標(biāo)識(shí)卡有礦燈繩式和腰卡等多種方式，支持通用充電接口，單次充電使用時(shí)間一個(gè)月以上。根據(jù)系統(tǒng)在煤礦的現(xiàn)場(chǎng)使用情況反饋，便于對(duì)人員標(biāo)識(shí)卡的管理，本方案推薦選用礦燈繩式和腰卡式人員標(biāo)識(shí)卡，用戶也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

信息化礦燈：具有礦燈和人員標(biāo)識(shí)卡的功能，支持雙向通信和定位；內(nèi)置磷酸鐵鋰電池。

手持檢卡器：手持便攜式讀卡終端，支持激光甲烷監(jiān)測(cè)功能，用于檢卡、搜救、離線考勤等功能。

井口檢卡系統(tǒng)：包括井口智能檢測(cè)門(mén)，檢測(cè)一人是否多帶卡；同時(shí)由控制計(jì)算機(jī)、檢卡器和LED大屏幕組成的井口檢卡顯示系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)顯示下井人員的卡號(hào)、姓名和班次等信息。

員工自助查詢系統(tǒng)：獨(dú)立的操作簡(jiǎn)便的查詢界面，支持觸摸屏方式?？刹樵儌€(gè)人信息、下井情況、各種補(bǔ)貼發(fā)放情況等。

系統(tǒng)組成

系統(tǒng)圖

系統(tǒng)工作原理

KJ2232J礦用人員精確定位系統(tǒng)采用的超寬帶(UWB)技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信新技術(shù)。它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒或納秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，從而具有GHz量級(jí)的帶寬。超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動(dòng)物體以及人的定位跟蹤與導(dǎo)航，且能提供十分精確的定位精度，本系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)靜態(tài)定位精度小于0.5米，動(dòng)態(tài)定位精度小于3米，通訊距離大于400米。

本系統(tǒng)支持TOF和TDOA兩種工作模式，UWB的測(cè)距原理為雙向飛行時(shí)間法，每個(gè)模塊從啟動(dòng)開(kāi)始即會(huì)生成一條獨(dú)立的時(shí)間戳 。模塊A的發(fā)射機(jī)在其時(shí)間戳上的Ta1發(fā)射請(qǐng)求性質(zhì)的脈沖信號(hào)，模塊B在Tb2時(shí)刻發(fā)射一個(gè)響應(yīng)性質(zhì)的信號(hào)，被模塊A在自己的時(shí)間戳Ta2時(shí)刻接收。有次可以計(jì)算出脈沖信號(hào)在兩個(gè)模塊之間的飛行時(shí)間，從而確定飛行距離S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C為光速)

知道了UWB的測(cè)距原理，再實(shí)現(xiàn)UWB的定位原理就很容易了。UWB的室內(nèi)定位功能和衛(wèi)星原理很相似，就是通過(guò)布置多個(gè)(2個(gè)以上)已知坐標(biāo)的定位基站，需要定位的人員或設(shè)備攜帶定位標(biāo)簽，標(biāo)簽按照一定的頻率發(fā)送脈沖信號(hào)，不斷和多個(gè)已知位置的基站進(jìn)行測(cè)距，通過(guò)一定的精確算法定出標(biāo)簽的位置。

TDOA模式定位工作流程：

（1）  每個(gè)定位標(biāo)簽以UWB脈沖重復(fù)不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)幀；

（2）  定位標(biāo)簽發(fā)送的UWB脈沖串被定位基站接收；

（3）  每個(gè)定位基站利用高敏度的短脈沖偵測(cè)器測(cè)量每個(gè)定位標(biāo)簽的數(shù)據(jù)幀到達(dá)接收器天線的時(shí)間；

（4）  定位基站通過(guò)WIFI或者以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)服務(wù)器通信；

（5）  定位引擎參考標(biāo)簽發(fā)送過(guò)來(lái)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確定標(biāo)簽達(dá)到不同定位基站之間的時(shí)間差，并利用TDOA算法來(lái)計(jì)算標(biāo)簽位置；

（6）  最后，終端設(shè)備（應(yīng)用軟件）顯示出定位標(biāo)簽的位置。

TOF模式功耗高定位精度高，TDOA模式功耗低同時(shí)定位精度略低，本系統(tǒng)可以軟件設(shè)置TOF和TDOA工作模式，根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)功耗和定位精度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

本系統(tǒng)產(chǎn)品已根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的技術(shù)要求和國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，可以滿足煤礦井下人員監(jiān)測(cè)與考勤管理的自動(dòng)化和信息化管理要求，同時(shí)可充分利用礦井已有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)資源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，有效節(jié)約投資。

KJ2232J礦用人員精確定位系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)軟硬件、信息采集處理、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、自動(dòng)控制等技術(shù)多學(xué)科綜合應(yīng)用為一體的自動(dòng)識(shí)別信息技術(shù)產(chǎn)品，該系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)煤礦坑道遠(yuǎn)距離移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行非接觸式信息采集處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)人、車、物在不同狀態(tài)（移動(dòng)、靜止）下的自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。

該系統(tǒng)集成了技術(shù)含量很高的超寬帶(UWB)通訊識(shí)別技術(shù)，采用專用通訊控制芯片實(shí)現(xiàn)可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)通信，基站及信息機(jī)為本質(zhì)安全型電路，安裝方便，作用距離遠(yuǎn)、識(shí)別無(wú)"盲區(qū)"、信號(hào)穿透力強(qiáng)、安全保密性能高、對(duì)人體無(wú)電磁污染、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可同時(shí)識(shí)別多人。

當(dāng)井下人員隨身攜帶人員標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入讀卡分站信號(hào)覆蓋區(qū)域后標(biāo)識(shí)卡立即被激活（未進(jìn)入信號(hào)覆蓋區(qū)時(shí)標(biāo)識(shí)卡處于休眠狀態(tài)不工作），經(jīng)信號(hào)沖突檢測(cè)后無(wú)須人員動(dòng)作自動(dòng)發(fā)射加密數(shù)據(jù)載波信號(hào)，將人員信息發(fā)送給讀卡分站。

讀卡分站收到標(biāo)識(shí)卡發(fā)送來(lái)的信息處理后直接傳送到地面，或通過(guò)礦用環(huán)網(wǎng)交換機(jī)接入礦井工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)給地面中心站完成礦井人員自動(dòng)跟蹤定位。地面控制中心計(jì)算機(jī)將收到的信息結(jié)合井下電子地圖(GIS)顯示在屏幕上，同時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，以備隨時(shí)查閱?？梢詫?shí)時(shí)顯示某個(gè)區(qū)域和巷道內(nèi)人員的數(shù)量和分布情況；可以顯示人員的移動(dòng)路線；可以對(duì)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和跟蹤；可以查詢特定人員在井下的實(shí)時(shí)位置?？梢詫?shí)時(shí)顯示定位信息和查詢某一歷史時(shí)刻的人員作業(yè)信息。地面管理人員可以全面、準(zhǔn)確的掌握井下人員的數(shù)量和分布情況。

系統(tǒng)功能

1、實(shí)時(shí)定位

人員定位系統(tǒng)通過(guò)二維/三維電子地圖實(shí)時(shí)顯示在崗工人、運(yùn)輸叉車、廠區(qū)車輛等位置，可查看定位人員、車輛詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)工廠人、車、物位置管理。

2、區(qū)域管理

實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)進(jìn)礦各區(qū)域人員、車輛的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)下礦人員位置的動(dòng)態(tài)管理及物資設(shè)備的有效監(jiān)控。

3、安全管理

能夠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)對(duì)進(jìn)入裝置內(nèi)的人員進(jìn)行人臉識(shí)別和定位標(biāo)簽卡識(shí)別，實(shí)現(xiàn)雙重身份驗(yàn)證，只有當(dāng)兩種身份匹配，且僅攜帶一張與被檢測(cè)人員相對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)卡時(shí)才通過(guò)。通過(guò)出入井性檢測(cè)，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控井下人數(shù)變化，當(dāng)人數(shù)超載時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，提醒管理者及時(shí)調(diào)度處理，消除安全隱患。

4、考勤管理

礦井人員定位系統(tǒng)可自動(dòng)生成人員考勒信息，記錄打卡時(shí)間及位置，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各時(shí)間段內(nèi)的個(gè)人或部門(mén)工作時(shí)長(zhǎng)信息。

5、報(bào)警

警示報(bào)警:工作超時(shí)、區(qū)域超時(shí)、不動(dòng)、井下超員等情況報(bào)警

尋呼報(bào)警: 通過(guò)系統(tǒng)主動(dòng)下標(biāo)識(shí)卡下發(fā)報(bào)警信息并生成記錄

SOS報(bào)警:人員主動(dòng)觸發(fā)SOS報(bào)警后生產(chǎn)記錄

設(shè)備故障報(bào)警:設(shè)備掉線、失電等情況報(bào)警

性檢測(cè)裝置報(bào)警:設(shè)備異常離線報(bào)警

工作面接近保護(hù)裝置交瓦:對(duì)接礦共現(xiàn)有接近保護(hù)裝置，自主設(shè)定人員-工作面液壓支架安全距離，小于安全距離觸發(fā)告警，并控制支架運(yùn)行狀態(tài)，保障人身安全視頻聯(lián)動(dòng)

6、歷史軌跡回放

支持對(duì)礦井下單人或多人的歷史軌跡查詢及回放，為事件處理提供直觀、可視化的決策依據(jù)。

7、SOS一鍵報(bào)警

提供SOS按鈕主動(dòng)報(bào)警，管理人員收到信息后，可快速定位報(bào)警工人位置，聯(lián)動(dòng)監(jiān)控視頻查看現(xiàn)場(chǎng)情況，做出緊急應(yīng)對(duì)措施。

實(shí)物系統(tǒng)圖

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

具體參數(shù)

KJ2232-F礦用本安型讀卡分站

KJ2232-F1礦用本安型基站

KJ2232-K礦用本安型標(biāo)識(shí)卡

KJ2232-S礦用本安型搜索儀