第一節(jié) 井下人員定位系統(tǒng)國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀

1990年8月美國(guó)安菲斯公司利用超低信號(hào)的穿透力研制開(kāi)發(fā)的可實(shí)現(xiàn)超低頻信號(hào)穿透巖層進(jìn)行傳輸?shù)臒o(wú)線急救通訊系統(tǒng)（PED，即PersonalEmergencyDevice系統(tǒng)），該系統(tǒng)能夠提供一些預(yù)先編制好的緊急信息，這些信息在緊急情況出現(xiàn)時(shí)自動(dòng)生成。這些警告信息由礦井工作人員預(yù)先制定，在緊急情況發(fā)生時(shí)，可以在最短的時(shí)間內(nèi)，將警告發(fā)送給井下全部或相應(yīng)的工作人員。任意井下人員可以通過(guò)PED系統(tǒng)與其他工作人員進(jìn)行通訊。呼叫人在接通PED通話系統(tǒng)后，數(shù)字化的聲音將提示呼叫人輸入他要呼叫的PED接收機(jī)代碼和電話分機(jī)的號(hào)碼。在通話結(jié)束后，信息將會(huì)生成并傳達(dá)給呼叫之人。

隨著射頻識(shí)別技術(shù)的興起，國(guó)外也加快了這一領(lǐng)域的發(fā)展，并成功地將其應(yīng)用到了井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中。澳大利亞芒特艾薩礦用公司開(kāi)發(fā)了一種人員探測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)礦工進(jìn)入危險(xiǎn)地帶。在南非的德里方丹礦，安裝了一種人員跟蹤系統(tǒng)，它使用由澳大利亞ISD公司制造的一種射頻識(shí)別系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)試用頂板安裝的天線，用來(lái)監(jiān)控裝在每個(gè)礦工帽上的小型無(wú)源信標(biāo)。

第二節(jié) 井下人員定位系統(tǒng)國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

一、技術(shù) 發(fā)展 分析

以RFID為核心的井下人員定位系統(tǒng)是現(xiàn)在的發(fā)展主流，但是對(duì)于在精確定位上RFID仍存在許多不足之處，因此FRID技術(shù)和GIS技術(shù)的結(jié)合為實(shí)現(xiàn)井下人員精確定位提供很好的技術(shù)支持。隨著WIFI技術(shù)的不斷成熟，手機(jī)定位逐漸成為了井下定位系統(tǒng)的主流，WIFI手機(jī)良好的通訊效果以及基站的靈敏識(shí)別使得人員定位系統(tǒng)更加精確。MESH網(wǎng)絡(luò)在不久的將來(lái)也將應(yīng)用在井下人員定位系統(tǒng)，使得定位系統(tǒng)更有效的服務(wù)于井下礦業(yè)安全生產(chǎn)。

二、主要 技術(shù)工藝 流程或特點(diǎn)

（一）基于RFID的定位系統(tǒng)

1、RFID技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，即RadioFrequencyIdentification)是從20世紀(jì)80年代起走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類(lèi)物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動(dòng)或靜止)下的識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。與同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同的是RFID系統(tǒng)的射頻識(shí)別卡和讀卡器之間不用接觸就可完成識(shí)別。它具有以下特點(diǎn)：

(1)操作方便，工作距離長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別；

(2)無(wú)硬件接觸，避免了因機(jī)械接觸而產(chǎn)生的各種故障，使用壽命長(zhǎng)；

(3)射頻識(shí)別卡無(wú)外露金屬觸點(diǎn)，整個(gè)卡片完全密封，具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能，適合在惡劣環(huán)境條件下工作；

(4)對(duì)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)隨機(jī)序列的加密，并有完善、保密的通信協(xié)議?？▋?nèi)序列號(hào)是唯一的，制造商在卡出廠前已將此序號(hào)固化，安全性高；

(5)卡內(nèi)具有防碰撞機(jī)制，可同時(shí)對(duì)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；

(6)信號(hào)的穿透能力強(qiáng)(可穿透墻壁、路面、衣物、人等)，數(shù)據(jù)傳輸量小，抗干擾能力強(qiáng)，感應(yīng)靈敏，易于維護(hù)和操作。

2、系統(tǒng)功能

典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分：射頻識(shí)別卡和讀卡器。系統(tǒng)通過(guò)井下放置的各個(gè)讀卡器來(lái)讀取為井下人員配發(fā)的唯一識(shí)別卡信息，并對(duì)信息進(jìn)行上傳處理從而完成對(duì)井下人員的定位。

當(dāng)下井人員進(jìn)入井下以后，只要通過(guò)或接近放置在坑道內(nèi)的任何一個(gè)讀卡器，讀卡器即會(huì)馬上感應(yīng)到信號(hào)同時(shí)立即上傳到控制中心的計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)馬上就可判斷出具體信息，同時(shí)把它顯示在控制中心的大屏幕或電腦顯示屏上并做好備份，管理者也可以根據(jù)大屏幕上或電腦上的分布示意圖點(diǎn)擊井下某一位置，計(jì)算機(jī)即會(huì)把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計(jì)顯示出來(lái)。同時(shí)控制中心的計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)一段時(shí)間的人員出入信息整理出這一時(shí)期的每個(gè)下井人員的各種出勤報(bào)表。如出勤率、總出勤時(shí)間、遲到/早退記錄、未出勤時(shí)間等。另外一旦井下發(fā)生事故，可根據(jù)電腦中的人員分布信息馬上查出事故地點(diǎn)的人員情況，在事故處確定人員位置，以便營(yíng)救人員以準(zhǔn)確快速的方式營(yíng)救出被困人員。

（二）基于WIFI的定位系統(tǒng)

1、WIFI技術(shù)

WIFI全稱WirelessFidelity，采用802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到54Mbps，另外它的有效距離也很長(zhǎng)，同時(shí)也與已有的多種設(shè)備兼容。

其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

(1)無(wú)線電波的覆蓋范圍廣，基于藍(lán)牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50英尺左右(約合15m)，而WIFI的半徑則可達(dá)100m。

(2)WIFI手機(jī)的無(wú)線通信質(zhì)量非常好，就是在嘈雜的環(huán)境下，也能有很好的過(guò)濾功能。

(3)WIFI技術(shù)傳輸速度非?？?，可以達(dá)到11Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。

(4)WIFI手機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在網(wǎng)絡(luò)上的工作效率更高。

2、系統(tǒng)功能

利用井下以太網(wǎng)絡(luò)，在井下設(shè)立若干基站，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋井下巷道，利用WIFI手機(jī)、固定電話等終端設(shè)備來(lái)進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)井上與井下的語(yǔ)音調(diào)度以及井下對(duì)井上、井下對(duì)井下之間的信息反饋。為生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急救援、安全監(jiān)控等提供可靠的依據(jù)。

（三）GIS結(jié)合的定位系統(tǒng)

1、GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)(GIS，GeographicInformationSystem)是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對(duì)在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和 分析 。GIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺(jué)化效果和地理 分析 功能與一般的數(shù)據(jù)庫(kù)操作(例如查詢和統(tǒng)計(jì) 分析 等)集成在一起。這種能力使GIS與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其在廣泛的公眾和個(gè)人、企事業(yè)單位中解釋事件、預(yù)測(cè)結(jié)果、 規(guī)劃 戰(zhàn)略等中具有實(shí)用價(jià)值。

2、系統(tǒng)功能

(1)通過(guò)基于GIS技術(shù)的地理信息實(shí)時(shí)顯示、查詢井下情況。主要內(nèi)容是任一時(shí)間井下或某個(gè)地點(diǎn)究竟有多少人，這些人都是誰(shuí)?每個(gè)人在井下任一時(shí)間的活動(dòng)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)度中心可快速正確地用電話聯(lián)系該人員；查詢有關(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。如瓦斯檢測(cè)人員、溫度檢測(cè)人員、通風(fēng)人員等是否按時(shí)到地點(diǎn)進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)試和處理，從根本上杜絕因人為因素而造成的相關(guān)事故；可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)共享，供多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)同時(shí)在不同地點(diǎn)查看。

(2)了解井下人員每時(shí)每刻在巷道中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分布，并根據(jù)井下的實(shí)際地理情況制作相應(yīng)的動(dòng)態(tài)圖，使井下情況一目了然。

（四）MESH技術(shù)

無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)(無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò))也稱為“多跳(multi-hop)”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

在傳統(tǒng)的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)中，每個(gè)客戶端均通過(guò)一條與AP相連的無(wú)線鏈路來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，用戶如果要進(jìn)行相互通信的話，必須首先訪問(wèn)一個(gè)固定的接入點(diǎn)(AP)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)中，任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：

(1)無(wú)論固定組網(wǎng)還是移動(dòng)組網(wǎng)，都能夠迅速按需形成任意拓?fù)洌?/p>

(2)拓?fù)湓庥龉?jié)點(diǎn)高速、高頻變換時(shí)，無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)能夠自動(dòng)調(diào)整拓?fù)洳⒕S持連接；

(3)能夠采用靈活的多跳傳輸，可隨需擴(kuò)展，非常適合有線不方便或成本很高的場(chǎng)合；

基于無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的以上優(yōu)點(diǎn)和煤礦井下環(huán)境惡劣、組網(wǎng)復(fù)雜等特殊條件，無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)很適合在煤礦井下應(yīng)用。

第三節(jié) 井下人員定位系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)趨勢(shì) 研究

井下人員定位系統(tǒng)的技術(shù)核心是井下通信技術(shù)，井下通信經(jīng)歷了有線通信和無(wú)線通信兩個(gè)過(guò)程。隨著信息化的發(fā)展，無(wú)線通信方式將越來(lái)越體現(xiàn)出它的優(yōu)越之處。從射頻識(shí)別技術(shù)到WIFI技術(shù)甚至到MESH網(wǎng)絡(luò)在井下的應(yīng)用都將為井下定位提供更可靠的技術(shù)支持。同時(shí)對(duì)于井下人員定位系統(tǒng)的上位顯示也將逐步向GIS信息顯示方向發(fā)展。井下無(wú)線通信的無(wú)縫連接以及上位系統(tǒng)的精確顯示將是今后井下人員定位系統(tǒng)的發(fā)展方向。

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