基于依雅得RFID井下定位系统方案

方案来源：上海依雅得软件科技有限公司（曹东进）

　　概述：

　　煤炭工业是我国当前安全生事故多发的重点行业，仅2009年遇难人数超过10人以上的事件就有：
　　2009年2月22日，山西西山煤电集团屯兰煤矿南四盘区发生瓦斯爆炸事故，78人遇难；
　　2009年4月4日，黑龙江鸡西市鸡冠区天源公司金利煤矿井下发生透水事故，12人遇难；
　　2009年5月30日，重庆市綦江县同华煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，30人遇难；
　　2009年6月17日，贵州黔西南州晴隆县中营镇新桥煤矿发生透水事故，16人遇难；
　　2009年9月8日，河南省灵宝市金源矿业公司王家峪矿井下发生火灾事故，13人遇难；
　　2009年9月9日，河南平顶山新华四矿瓦斯爆炸事故，54人遇难;
　　... ...

　　中国煤矿的地质埋存条件复杂，高瓦斯矿井数量较多，开采自动化程度低，95%以上要靠井工开采，矿难频频发生。以2005年为例，原煤产量21.1亿吨，死亡5983人，百万吨死亡率为2.8l，几乎是美国的100倍（美国百万吨死亡率为0.03左右）。随着安全生产的意识和监控条件大大改善，死亡率呈逐年下降趋势，但2009年的百万吨死亡率仍高达0.892，死亡人数达到了2700人，依然是发达国家的几十倍。如何在提高产能的同时加强安全生产，一旦出现事故时能快速高效地进行搜救，从而降低死亡率是每一个矿区的管理者需要思考的问题。

　　目前，我国大中型煤矿已大量装备了各种煤矿安全生产监控系统，这些系统的应用改善了我国煤矿安全生产状况。但依然还普遍存在入井人员管理困难，井上人员不能及时了解井下人员的动态分布和作业情况。一旦事故发生，就无法准确定位井下人员的位置，难以进行及时可靠的抢救，安全救护的效率低，效果不理想。

　　YYD-TDS102系统是基于最新RFID（Radio Frequency Identification）技术、实时数据采集与传输方法，以及先进软件设计理念而开发的井下人员跟踪管理系统。YYD-TDS102通过建立一个完整、灵活和实时的跟踪管理体系，对井下作业人员的位置与分布、进出巷道的权限管理、生产计划的安排、生产物资的安全流动等进行动态跟踪控制，以实现井下管理的信息化和可视化，提高煤矿开采生产管理和作业安全的水平。YYD-TDS101能够实现：
　　井下生产人员和设备的跟踪功能；
　　生产人员的考勤与日常管理功能；
　　生产中的安全监控功能。

　　YYD-TDS102井下人员跟踪管理系统

　　YYD-TDS102是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等一体的综合性运用系统，集合了射频识别、无线传输、软件编程等最新的产品与技术。

　　YYD-TDS102系统的高精度读卡器分布井下各主要场所、工作面和巷道等，当佩戴有电子识别卡的生产员工或设备通过读卡器的识别区域时，读卡器将接收到该电子识别卡的身份编号，并将该身份编码传输到井上监控中心。每个身份编码都是独一无二的，通过该身份编码，可识别每个入井出井员工或设备的移动轨迹，从而实现目标的跟踪与管理。YYD-TDS102系统实行被动式监测方式，被测目标无负担，识别距离远。井下工作人员无须增加携带装备，无须主动进行任何操作。

　　基于如上的技术设计，YYD-TDS102井下人员跟踪管理系统可以实现：

　　移动目标的跟踪：系统结合井下电子矿图，可以实时显示整个矿井以及各个盘区、煤层的人员的数量和分布；显示指定人员的移动路线；对指定人员进行定位和跟踪；查询特定人员在井下的位置。可以实时显示定位信息，也可以查询某一历史时刻的定位信息。

　　生产考勤与人员管理：能够准确统计矿工人井、升井时间，并可按班次按部门生成日考勤、月考勤统计等报表。在每一班末，对当班人员进行清点，如发现有人员丢失则报警，以便值班人员核查；如果发现人员在井下工作超过规定时间，系统自动报警并给出相关人员的名单等信息，同时通过射频标签报警以便通知相关人员。当矿井发生紧急事件时，可以快速确定人员的位置，及时开展搜救工作。

　　安全监控管理：在井下的一些重要地方、危险场所(如盲巷、水仓)等禁止进入区域设置监测分站，当有非受权人员进入时，系统给出提示和警告，防止危险情况发生，同时将相关信息记录保存。

　　YYD-TDS102系统具体设计原理和功能如下：

　　YYD-TDS102系统解决方案技术原理

　　YYD-TDS102系统采用RFID识别技术，识别载体由电子识别卡、读卡器和天线组成，其中：
　　1)    电子识别卡：识别系统的数据载体，载有标签的身份编码（ID）信息；
　　2)    读卡器：接收电子识别卡反射回的微波合成信号后，读取电子识别卡中的ID信息，然后将信息发送到地面监控中心；
　　3)    天线：在电子识别卡和读卡器间传递射频信号，控制数据的获取和通讯。
　　

　　YYD-TDS102系统由井下部分和井上部分组成，如图X所示。井下部分实现员工或者设备身份编码数据的读取，并经防爆电缆实时传输到井上部分；井上部分根据接收的各个员工和设备身份编码，匹配数据库中各身份编码对应的身份信息，如姓名、班组、工种等，并实时显示在监控屏幕上和存储在电脑数据库中备用。YYD-TDS102系统结构如图X所示： 
 

　　YYD-TDS102系统解决方案

　　井下部分以防爆电缆作为主传输途径（CAN总线形式），主要由读卡分站、电子读卡器、防爆电源等组成。读卡分站固定安装在各主要巷道的进出口，汇总该读卡分站下读卡器的数据信息。电子读卡器安装在井下主要位置或危险位置，如交叉道口、工作面、危险场所(如盲巷、掘进头等)、地面主要出入口等需要监测的地方安装，不断地进行数据巡检和信号采集。整个井下系统以分布式形式安装，以保证系统的稳定性与可靠性。电子识别卡分为员工识别卡和设备识别卡。员工识别卡由员工随身佩戴（如安装员工的安全帽上、腰带或矿灯等），不需要附加携带设备，设备识别卡安装上下井需要监控的大宗设备或移动目标上，如车辆等。

　　井上部分以以太网为主要传输的途径，包括位于监控中心的数据库服务器、监控电脑、打印机等设备。数据库服务器存储了对应电子识别卡的人员姓名或设备名称、编组、班号、考勤记录等数据信息。通过实时采集到的电子识别卡信息，匹配记录在数据库服务器的个人和设备信息，可以实时地完成井下人员与设备的跟踪定位工作。利用局域网，也可以使安监局、矿务局以及相关的客户端（相关部门），实时了解井下人员和设备情况。

　　基本原理：当携带电子的员工或设备通过读卡器的识别区域时候，读卡器将会被激活，并将该读卡器的标识信息发送给读卡器，读卡器接受到个人信息后，经处理发送到上层的读卡分站。读卡分站实时地将数据信息通过防爆电缆传输到井上。监控动态接收到各个井下电子读卡器的信息，提取数据库中存储信息。管理人员可以实时看到监控目标的情况，对不同区域或待定目标进行锁定式监控，对受控人员与设备进行动态管理与调度。确保紧急情况下可以及时采取相应的应急措施。煤矿安全信息监控系统是一个集采集、输入、存储、检索、查询与分析空间数据于一体。通过账号授权形式，可以给不同的客户端进行授权，使各个相关部门能够了解特定组成员的活动轨迹。

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　　移动目标跟踪功能

　　YYD-TDS102系统结合井下电子地图，监控中心可以实时掌握每个人在井下的位置和活动轨迹，并可动态地显示来自各个目标的在井下地图上的位置，如图XX所示。此外，监控中心能够对井下矿工的分布情况分区域实时监测。能够实时监测井下矿工总数、采煤工作面矿工总数、掘进工作面矿工总数以及井下其他区域矿工总数。日常生产时，井下人员及设备定位系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理；一旦发生事故时，救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。 
   

　　人员日常管理与考勤功能

　　YYD-TDS102系统在生产员工实时记录信息中提取每个下井人员的入、出井时间，形成考勤记录，并自动完成对全矿个人、部门以及干部的考勤信息查询与统计，按照要求输出各种信息报表，如入井时间报表、出勤月报表等。 
 

　　安全监控功能

　　YYD-TDS102系统同时能够方便地实现安全监控功能，包括：
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　　区域禁入管理功
　　当有非授权人员进入一些重要峒室、危险场所（如盲巷）等禁止进入区域时，系统给出提示和警告，同时将相关信息记录保存。
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　　紧急事件协助处理功能 
　　当矿井发生紧急事件时，系统可以及时对丢失人员进行统计，查询事故现场附近的人员信息，快速确定人员的准确位置，以便及时有效地开展搜救工作；坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。
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　　历史数据的查询和报表打印功能 
　　可对矿井人员定位、人员跟踪、考勤统计、安全监测管理、系统运行管理等信息进行长期保存，并可方便地查询历史记录。能按时间、部门等对信息进行查询和打印；
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　　瓦斯巡检监控功能
　　安检员按计划时间、到计划地点检测瓦斯浓度，避免了安全员瓦斯检验的随意性。实现检验地点、检验时刻、人员分布信息同步生成。

　　安全物资管理系统用于管理煤矿中的危险物资，如炸药、甘油、脂等。该系统主要有库存管理、物料跟踪2个功能模块。库存管理主要管理煤矿中危险物资的出入库情况；物料跟踪用于详细记录井下物资的使用情况。

　　3.5 YYD-TDS102系统的性能特点
 
　　YYD-TDS102的技术优点：
　　全自动化：生产人员和移动设备的数据采集、传输与监控完全自动化模式下进行，无需人工干预或操作；
　　有效工作距离长：有效增加识别距离，在一次通过读卡器的视场时实现多次阅读，保证盲读的可靠性；
　　高速度：每次读卡仅需 120uS, 每0.7 秒扫描全部视场内的卡，在 50 米的读卡距离内可以有效阅读 50km/小时移动目标 3 次以上；
　　性能稳定: 采用扩频技术，对现场各种干扰源无特殊要求，具有高抗干扰性；同时采用分布式采集方式，保证了系统工作的稳定性。

　　YYD-TDS102的技术指标：
　　读卡分站： 
　　电源：220V； 
　　功耗：1W； 
　　频率：2.45GHz；
　　数据接口：RS485、以太网可选；
　　工作温度：-15~65℃； 
　　识别区域：2m-100m可调； 
　　隔爆兼本质安全型。 

　　电子识别卡：
　　频率：2.45GHz； 
　　识别速率：160公里/小时以内；
　　防冲突性：可同时识别200张卡；
　　识别区域：2-100m可调； 
　　工作温度：-15~65℃；
　　使用寿命：3年以上，低电量报警，电池可换

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