2022年2022年矿井RFID人员定位跟踪系统方案 .pdf

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1、1 矿井 RFID 人员定位跟踪系统一 概述井下煤炭开采作业安全生产会遇到所谓的四大害：瓦斯、煤粉尘、透水、塌方，导致了大部分井下事故，例如瓦斯爆炸，透水或塌方等事故。和国外矿井相比，国内大部分煤矿的生产条件和环境更为恶劣，加上煤炭需求非常强烈，短期内安全生产措施往往跟不上，使得煤炭安全生产非常不乐观，严重威胁到矿工的生命安全保障。当务之急，积极利用现代高新技术，改造煤炭安全生产的老旧技术，确实保障煤炭安全生产。射频识别 RFID 是继互联网技术发展之后涌现的新一代技术，被誉为 21 世纪十大新技术之一。中低频RFID 技术已经应用于一卡通、门禁、身份证、票证等领域，取得了很好的社会效果。然而

2、，这种被动式 RFID 阅读距离短，阅读率低等限制了更为广泛的应用。无源 RFID 技术主要朝降低单品管理的标签成本方向发展。主动有源RFID 技术近年来成为世界各国研发的重点和新方向，主动式 RFID 标签克服了无源标签的操作距离短、识别率低等缺点。不仅如此，主动式RFID 标签技术具有非常强的适应性和可扩展性，开始和传感技术以及通讯等技术融合，为RFID 技术开辟了新的应用前景。例如，微波段的RFID 技术和无线保真Wi-Fi 通讯技术结合可以实现无线区域定位，填补了GPS 定位不能在地下和复杂环境下工作的空缺。主动式 RFID 的新技术和新功能包括：双向通讯功能、名师资料总结-精品资料欢

3、迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 9 页 -2 主动报警、自动报警、无线传感、无线定位、环境记录等等。可以说，RFID 技术已经超越了数据自动采集的原始范畴，还具备了自动报警等智能化因素，在资源开采、生产制造、安防和生命保障等领域发挥以前不可想象的作用。我们公司在有源RFID 基础技术开发上投入了大量的研发资金，创造性地融合无线保真Wi-Fi 技术和微波 RFID 射频技术，实现了区域无线精确定位，和无线传感等技术。在多信道、超宽带、调频技术上获得了一些列的突破，保证 RFID 标签在复杂环境下正常工作，在世界上处于领先地位。目前，已经完成矿井RFID 人员定位系统的应用开发，可以实现身份

4、识别，井下人员定位，瓦斯无线报警等功能。二 RFID 定位系统应用特征1、定位：RFID 身份识别和井下定位技术帮助实现矿井下作业人员的跟踪管理，并且为矿难援救提供定位等科学依据；2、预警：RFID 井下无线报警技术能够实现井下灾害的预警，进行灾害预报，并配合井下人员跟踪系统，组织矿工安全疏散；3、统一指挥调度：RFID 技术和网络技术，计算机技术结合在一起，可以在地面上对井下作业环境，生产管理，灾害预警，和应急事件处理等整个过程实现实时监控，为矿上领导统一指挥，统一调度提供强有力的工具；4、政府安全管理：如果煤炭生产单位和政府相关机构联网，可以在政府的监控中心对全省内的所有矿井进行实时监控，

5、在第一名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -3 时间内获得灾害预报和发生的信息，对灾害发生应急反应。三 RFID 定位原理无线实时定位跟踪系统，该系统工作频率为2.45GHz，是基于无线网中的到达时间差TDOA（Time Difference Of Arrival）和接收信号强度指示RSSI（Receiver Signal Strength Indicator）两种定位算法，并与无线保真（Wi-Fi）技术和射频识别（RFID）相结合可实现实时定位和跟踪。TDOA（Time Difference Of Arrival）到达时间差定位技术是根据不同基站接收到的同一

6、移动终端信号在传输路径上的时延差异实现终端定位。TDOA 算法不是直接利用信号到达时间，而是用多个基站接收到信号的时间差来确定移动台位置。移动台定位于以两个基站为焦点的双曲线方程上。确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，两条双曲线即为移动台的二维位置坐标。在实际应用中，通常采用最小均方误差算法，通过使非线性误差函数的平方和取得最小这一非线性最优化来估计移动台位置。图 2 TDOA 基本原理图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 9 页 -4 RFID 电子标签、信号接收器、和定位引擎服务器等组成定位系统，根据三点决定坐标定位原理，实现平面定位。RFID 电

7、子标签每 2 秒发射一次信号，信号接收器接收数字信号，通过有线网络传到定位引擎。定位引擎则用TDOA 或者 RSSI 算法快速计算出标签的空间坐标（X，Y）。图 1 定位图四 主要设备RFID 电子标签，定位接受器，卡口侦测器：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 9 页 -5 图 2a RFID 标签图 2b 定位接收器图 2c RFID 卡口侦测器五 系统架构系统主要包括终端子系统、数据采集子系统、监控中心子系统和数据传输子系统四级系统组成。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -6 六 井下部署图 10：井下射频定位示意图名师资料总

8、结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -7 七 系统功能入口：在矿井入口安装必要的卡口设备，可以进行快速而准确的自动化人员数量统计工作，给收工时离开矿井的人数统计作必要的参照，防止不必要的工作失误。坑道：在范围很大的坑道内，安装必要的数量的定位接收器，接收设备发送的信号，每时每刻都在进行着人员的定位工作，并把必要的信息已高度可视化的方式反馈到指挥中心，方便后勤管理人员进行人员安全的实时管理。作业面：在最容易发生危险的作业面，由于每个矿井工作人员都携带报警标签，当突发安全事故的时候，可以通过按下标签上的紧急按钮，将信息发送到指挥中心，有关人员的所有相关重要信息就都会显示在后

9、勤管理的大屏幕上了。一般情况下，作业面相对安全，作业面的工人也处在坑道内定位接收器的定位范围内。如果作业面的范围也很大，为了确保定位精确与快速，可以加装一定数量定位器。这样在信号比较弱的地方，对井下工作人员的人身安全也有了更大保障。应急避难地：返回地上：当工作一天结束时，人员返回地上，如果发生卡口处人员统计与进入是不符合的情况，将发生应急报警机制，通知指挥人员，快速找出丢失人员所在。对于丢失统计的名单核对出的人员，根据其工作编号进行定位查找工作，可以发现他的所名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -8 在位置，不会造成混乱。预警机制：预警机制分 被动预警和主动预

10、警 两种，前一种是当特定的危险条件接近要发生的情况是举发出警报，显示在报警的大屏幕上，主动式报警则是更多通过管理人员进行自主式的找到工作手动报警：手动报警主要用于已经发生了事故和可能发生事故的情况下，通过标签上的按钮触发报警，快速通知指挥中心。定位分析：实时定位可以保证系统每时每刻都能检测到在它的范围内人员的移动情况，并可以进行查询。准确地知道工人所在位置。人员历史移动轨迹与最近记录：系统除了可以看到当前的工作人员坐在位置，还可以通过系统数据库查询每个携带标签的井下工人的历史移动轨迹记录。当系统和井下人员失去联系的时候，可以查询最近1 分钟内的存储数据，查找到特定人员最接近的所在位置，进行援救

11、。历史记录的另外一个好处是它能够在平时统计每个井下人员下工作人员移动状况矿难救援人员的查找：发生矿难事故的时候，查找失踪人员一致时比较头疼的问题，侦测器直接针对失踪人员身上的标签进行主动式探测，只要在它的接收范围50米内，人员都可以被快速的查找到。矿难人员可以按纽报警，系统接收到报警信号，表明人员生命存在，最大限度地提高活人救援的成功率。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -9 各种传感器与现有定位系统的接驳：行业内有专业的各种传感器，可以对各种可能产生危害气体如瓦斯等进行传感和探测，基于医疗方面的经验，我们使用类似的方式可以将传感器接入系统，刺激信号的改变。浅显的讲就是只要有破坏性气体，系统就被传感器强制报警，饱经给指挥中心快速提示，进行人员疏散，保证了必要的安全。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 9 页 -