井下人員設備定位跟蹤、考勤(位置監(jiān)測)系統(tǒng)方案

1、上海齊維井下人員設備定位跟蹤、考勤（位置監(jiān)測）管理系統(tǒng)方案書上海齊維信息科技有限公司二零零九年一月井下人員設備定位跟蹤、考勤管理系統(tǒng)1、系統(tǒng)的技術方案1.1 系統(tǒng)概述上海齊維信息科技有限公司基于第三代RFID技術和GIS技術研發(fā)的井下人員、設備定位跟蹤系統(tǒng)是采用目前國際上最先進的RFID技術的井下定位系統(tǒng)。能夠及時（無輪巡、無延時）、準確（無錯碼、無漏卡）地將井下各個區(qū)域人員及設備的動態(tài)情況反映到地面計算機系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時掌握井下人員、設備的分布狀況和每個礦工的運動軌跡，以便于進行更加合理的調(diào)度管理。當事故發(fā)生時，井下人員可以通過持有的定位卡片向地面機房求救，救援人員也可根據(jù)上海齊維井

2、下人員及設備定位系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解有關人員的位置情況，及時采取相應的救援措施，提高應急救援工作的效率。第三代RFID技術是從第一代RFID不能準確無誤識別人員信息-到第二代RFID只能單讀頭較準確識別，再到第三代REFINERFID能網(wǎng)絡化、多方向、多讀頭，（兩個以上、單一子網(wǎng)即多可達上百個，整個網(wǎng)絡可達上千個）同時準確識別人員定位信息的本質性飛躍。第三代RFID技術應用0.13um芯片制造工藝，依靠世界頂尖的射頻電子技術專家，整合國際上最領先的天線技術、光通信技術、工業(yè)以太網(wǎng)傳輸技術、數(shù)據(jù)庫處理技術、計算機軟件技術、地理信息系統(tǒng)技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、工程結構學技術、井下應急救災技術

3、等多學科的綜合課題攻關，全面、完善、徹底地解決了井下人員定位系統(tǒng)中遇到的前兩代RFID無法突破的技術瓶頸問題。前兩代RFID技術雖然在一些應用中能解決單一讀頭識別，但當系統(tǒng)要求兩個以上讀頭組成系統(tǒng)網(wǎng)絡，用于識別人員信息和定位時，會出現(xiàn)人員信息、定位數(shù)據(jù)延時達10秒、10個以內(nèi)讀頭數(shù)據(jù)延時就達30秒，10個以上讀頭，數(shù)據(jù)延時高達三、五分鐘以上甚至十數(shù)分鐘的不治之癥。并且，多讀頭時數(shù)據(jù)傳輸較慢。因數(shù)據(jù)輪巡，各讀頭數(shù)據(jù)只能分批上傳，造成井下人員的定位信息忽前忽后，定位軌跡上下亂竄。根本不能即時有效反應井下人員的位置信息。更突出的問題是，整套子系統(tǒng)讀頭數(shù)量不能超過30個，超過時就要增加通信箱，造成數(shù)據(jù)

4、延時成倍增加，延時達五分種甚至十幾分鐘，井下30秒，人就可能移動一百米，五分種以上的人員定位信息，人員就更加無法確定去向。這樣的系統(tǒng)根本就不再有人員定位價值。再者，嚴重的是，前兩代系統(tǒng)不具有方向性，或方向性只能在兩個讀頭間，單進單出。不能進行三、四、五、六分巷以及整個定位系統(tǒng)方向性判別。第三代RFID不僅單一讀頭與卡片間能完美地達到超高速識別、超遠距離識別、超低功耗、超大流量識別，而且較前兩代RFID而言，真正實現(xiàn)了RFID技術的網(wǎng)絡化應用和高速即時數(shù)據(jù)傳輸?shù)?、多讀頭（兩個以上、單子網(wǎng)就多可達上百個）同時準確識別的難題，更重要的是識別數(shù)據(jù)甄別、上傳不再有輪巡、延時。各讀頭之間都有方向性，都能有

5、效判斷方向性，而且井下、井上同一時間觸發(fā)，一秒鐘內(nèi)上位機判別，沒有延時。第三代RFID同時也解決了前兩代RFID技術感應距離短、防沖突能力差的致命弱點。多頻段多頻道碰撞性轉移，杜絕了沖突的可能。其各項技術指標在同類產(chǎn)品中均處于行業(yè)領先地位，開創(chuàng)了真正的超遠距離、真正網(wǎng)絡化、高速移動條件下、超低功耗發(fā)射、真正即時傳輸?shù)淖R別技術的新紀元。上海齊維井下人員及設備定位系統(tǒng)是集井下人員考勤、跟蹤定位、災后急救、日常管理等一體的綜合性運用系統(tǒng)。也是國內(nèi)技術最先進、運行最穩(wěn)定、設計最專業(yè)化的井下定位系統(tǒng)。這一科技成果的實現(xiàn)，將為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和日常管理上臺階以及事故急救帶來了新的契機。1.2 系統(tǒng)總體設

6、計思路井下人員定位跟蹤及考勤管理系統(tǒng)涉及計算機軟件、數(shù)據(jù)庫、電子電路、防爆本安電源、數(shù)字通訊、無線識別RFID技術、井下工業(yè)以太網(wǎng)、井下施工等方面。因此，在設計方案時，除了考慮其功能外，在穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力、容錯能力及異常保護等方面也進行了充分考慮。項目方案確定利用現(xiàn)有成熟的高速工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)作為主傳輸平臺，開發(fā)相應的井下人員跟蹤定位基站、人員無線編碼發(fā)射器等設備與系統(tǒng)掛接，通過井下人員跟蹤定位基站及考勤管理專用軟件與主系統(tǒng)以標準的專用數(shù)據(jù)庫進行后臺數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)井下作業(yè)人員的跟蹤定位和安全管理。系統(tǒng)總體設計主要體現(xiàn)在：1.實現(xiàn)煤礦井下作業(yè)人員進出的有效識別和監(jiān)測監(jiān)控，使管理系統(tǒng)充分

7、體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動化”，實現(xiàn)數(shù)字礦山的目標。2.為煤礦管理人員提供人員進出限制、考勤作業(yè)、監(jiān)測監(jiān)控等多方面的管理信息，一旦發(fā)生安全事故，通過該系統(tǒng)可在事故現(xiàn)場1030米范圍內(nèi)可立刻探測該作業(yè)面工作人員及其數(shù)量，保證搶險救災和安全救護工作的高效運作。3.系統(tǒng)設計具備安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。4.輕松聯(lián)網(wǎng)，BS結構，輕松實現(xiàn)縣、市、省及更廣闊地域聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。1.3系統(tǒng)設計原理及依據(jù)1.3.1系統(tǒng)設計原理井下人員定位管理及搜救系統(tǒng)是由地面監(jiān)控中心主計算機在系統(tǒng)軟件支持下，通過數(shù)據(jù)傳輸接口和沿巷道鋪設的通訊光/電纜，無間斷、即時地對井下安裝的無線數(shù)據(jù)采集器進行數(shù)據(jù)信息采集，無線數(shù)

8、據(jù)采集器將自動采集有效識別距離內(nèi)的標識卡的信息，并無間斷、即時地通過傳輸網(wǎng)絡將相關數(shù)據(jù)傳送至地面中心站。數(shù)據(jù)信息經(jīng)分析處理后，將井下人員（或機車等移動目標）動態(tài)分布在主計算機界面中得以實時反映，從而實現(xiàn)井下安全狀態(tài)在井上數(shù)字化管理的目的。遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，將標識卡視為“上崗證”或“坑道準入證”，按準許上崗人員實行“一人一卡”制。· 根據(jù)礦井監(jiān)測需求，在井下坑道、峒室、作業(yè)面等地點安裝無線數(shù)據(jù)采集器，并通過電纜/光纖數(shù)據(jù)傳輸接口相互連接為井下高速工業(yè)以太網(wǎng)，從而構成完整通訊線路。· 煤礦生產(chǎn)單位輸入工作人員相關信息后，向下井工作人員頒發(fā)并裝備標識卡。

9、 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫記錄該標識卡相對應人員的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務、本人照片、有效期等基本信息。 進入坑道的工作人員必須隨身攜帶標識卡，當持卡人員經(jīng)過設置識別系統(tǒng)的地點時被系統(tǒng)識別。系統(tǒng)將讀取該卡號信息，通過系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡，將持卡人通過的路段、時間等資料傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)管理，并可同時在地理信息大屏幕墻上出現(xiàn)提示信息，顯示通過人員的姓名。如果感應的無線標識卡號無效或進入限制通道，系統(tǒng)將自動報警，安全監(jiān)控中心值班人員接到報警信號，立即執(zhí)行相關安全工作管理程序。 生產(chǎn)單位可根據(jù)生產(chǎn)計劃，對該標識卡進行授權管理。授權范圍包括：該員工可以準入的坑道或作業(yè)面。為防止無關人

10、員和非法人員進入坑道或作業(yè)面，系統(tǒng)設置該卡準入坑道或作業(yè)面的時效管理模塊及卡的失效、報失等。 坑道一旦發(fā)生安全事故，監(jiān)控中心在第一時間內(nèi)可以知道被困人員的基本情況，救險隊使用移動式遠距離識別裝置，在10-30米的范圍內(nèi)方便探測遇險人員的位置，便于（進行安全高效的救護、救助工作）救護工作的安全和高效運作，便于事故救助工作的開展。 系統(tǒng)可自動生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理等方面的報表資料，提高管理效益。1.3.2 系統(tǒng)設計依據(jù)（1）GA/T75安全防范工程程序與要求（2）MT209-1990煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術要求（3）國家安監(jiān)總局煤礦井下人員位置管理系統(tǒng)標準（建議）稿1.4系統(tǒng)功

11、能及特點1.4.1系統(tǒng)功能20項卓越的功能特點，源自第三代RFID在井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的卓越性能發(fā)揮，確保了上海齊維井下人員定位跟蹤系統(tǒng)與前兩代系統(tǒng)相比較，堪稱一個劃時代的完善產(chǎn)品。電子鷹眼人員實時定位信息GIS地圖控制窗口系統(tǒng)主界面圖1、精確時間定位整套系統(tǒng)控制流和數(shù)據(jù)流不用輪巡，上百讀頭數(shù)據(jù)刷新以毫秒來計算，在定位傳感器（2-512個）網(wǎng)絡有效覆蓋范圍內(nèi)，上位機軟件真正做到“所見即所得”，即時讀取和上傳人員位置信息，沒有時間延時，真正做到定位時間精確到秒。2、精確空間定位：在讀頭有效識別距離間隔下，卡片在各讀頭間可實現(xiàn)精確區(qū)域定位。在讀頭依次排列下，讀頭間隔為最小定位精度，讀頭間隔10-

12、2000米以上可調(diào)。3、整體系統(tǒng)任一讀頭都能有效識別方向：每個讀頭和卡片都有方向識別信息，整套系統(tǒng)內(nèi)的任一讀頭都有判別卡片多方向性運動的能力，在三、四、五、六以上多分支巷道處，各分支單一讀頭，就能準確判斷方向，成倍降低安裝成本。4、系統(tǒng)杜絕第二代RFID產(chǎn)品不可避免的亂碼現(xiàn)象，確保數(shù)據(jù)和卡片識別真正萬無一失：0.13um 加CAN+內(nèi)置協(xié)議的獨特芯片集成創(chuàng)新技術，從本質上超越了第二代RFID技術的性能。從設計結構和技術協(xié)議上保證了REFINERFID產(chǎn)品不會出現(xiàn)任何亂碼現(xiàn)象。5、不輪巡，無延時：真正意義上及時井下人員動態(tài)顯示：1) 系統(tǒng)從芯片設計起就定制為CAN+工業(yè)以太網(wǎng)結構，不論定位傳感器

13、有多少（2-512個）都不用系統(tǒng)輪巡，數(shù)據(jù)再沒有延時。2) 真正任一時間查詢并顯示井下某個地點的人數(shù)、分布情況及身份。3) 查詢一個或多個人員現(xiàn)在的井下實際位置、活動軌跡。4) 有實際意義（精確到秒，而不是數(shù)分鐘以上的輪巡）的記錄有關人員在任一地點的到/離時間和總工作時間等一系列信息，可以督促和落實重要巡查人員（如：瓦斯檢測人員）是否按時、到點的進行實地查看，或進行各項數(shù)據(jù)的檢測和處理，從根本上盡量杜絕因人為因素而造成的相關事故。6、光纖、電纜傳輸方式自由選擇：依照井下實際情況和客戶要求，可自由選擇CAN和TCP/IP接口協(xié)議，搭入已建或在建、新建光纖井下以太網(wǎng)或電纜直鋪方式。7、真正即時準確

14、、豐富的人員下井考勤能力：可精確到毫秒級的對出入井人員進行統(tǒng)計，實現(xiàn)下井人員考勤記錄，建立并打印人員出入井的各種信息報表（如：下井時間報表、出勤月報表、加班報表、缺勤報表等等），方便管理人員的查詢與管理。8、卡片安裝自如方便，不受使用位置的限制：根據(jù)客戶需要，提供各種安裝方式，帽卡、胸卡、腰卡、礦帽、礦燈電池上，準確無誤識別，確保根據(jù)管理需要自如安裝。9、信息多點共享：系統(tǒng)中心站及網(wǎng)絡終端可以局域網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)運行，使網(wǎng)上所有終端在使用權限范圍內(nèi)實現(xiàn)信息多點共享，供多個礦井各部門及領導同時在不同地點共享監(jiān)測信息、系統(tǒng)綜合分析信息、查詢各類數(shù)據(jù)報表。10、豐富的GIS地圖功能：具有GIS的放大、縮小

15、、移動、標尺測距、視野控制、中心移動、土層控制、地圖打印等功能，支持多種圖形格式。鼠標和鍵盤均可操作，全面支持實時多任務。11、禁區(qū)或設備故障報警功能：對于指定的禁區(qū)，如果有非授權人員進入，實時聲音報警，并顯示進入禁區(qū)的人數(shù)及身份。系統(tǒng)同時擁有自檢功能，當系統(tǒng)部分設備發(fā)生故障時，上位機軟件能及時反應，并初步判斷故障原因，能輸出和打印相關信息報表。12、災后急救信息：一旦發(fā)生各類事故，上位機上立即能顯示出事故地點的人員數(shù)量、人員信息，人員位置等信息，并結合礦井地圖，能夠使救災人員快速判斷并確定事故應急預案，大大提高搶險效率和救護效果。13、后備電力：系統(tǒng)產(chǎn)品的坑道壁掛式設計，保證系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下

16、能連續(xù)運轉，并提供斷電后較長時間的供電電源，采用多組后備電池，能提供長達2-4小時斷電保護。14、基站應急功能：井下人員跟蹤定位基站與地面中心站失去聯(lián)系時，基站仍能獨立工作，自動存儲人員監(jiān)測數(shù)據(jù)。1.4.2 性能特點1、超低的功耗，超高的靈敏性能：1)0.13um的芯片制造工藝，造就了卓越REFINE-RFID的性能。2)真正的超低功耗，是第二代RFID產(chǎn)品的十分之一以下，在同樣發(fā)身射功率條件下，有效傳感距離超過第二代RFID產(chǎn)品一倍以上。3)真正的超高靈敏度，同樣的-10db，有效識別距離是第二代RFID的一倍以上。4)獨特的超小型高性能天線設計，可以滿足任何場地和空間應用需要。2、強大的系

17、統(tǒng)處理能力：1)采用G-W算法優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力；2)高度自動化，自動監(jiān)測、統(tǒng)計、分析信息，整個過程無需人為干涉；3)基于GIS技術的地理信息顯示、查詢系統(tǒng)；4)完善的數(shù)據(jù)分析能力；5)通訊距離遠，可達40公里以上。3、卓越的識別性能：1)高度的識別可靠性，100%的前端識別率；2)識別距離遠（識別距離方便可調(diào)，可達1-180米以上）；3)極高的防沖突性（每個檢測點可最多同時識別8000個卡片）；4)高度的識別穩(wěn)定性（誤碼率小于10的-9次方）；5)快速的識別速度（最快可達到200公里/小時的識別速度）。4、現(xiàn)場優(yōu)勢：1)全套系統(tǒng)本安型結構設計，ABS抗靜電外殼。2)徹底防潮結構設計，最惡劣

18、井下環(huán)境也能長時間穩(wěn)定工作。3)環(huán)境適應性：高抗干擾性，對井下干擾源、周界環(huán)境無特殊要求；4)安裝方便性：傳感器一體化結構設計，無需外接天線或地感；5)運行可靠性：內(nèi)部電路高度集成化，器件故障率最小化。6)讀頭、卡片有自動自檢復位結構，能長年運行不虛報、漏報。5、電氣特性：1)超低功耗，無線標簽在不更換電池的情況下可連續(xù)正常工作5年；2)方便性、安全性，標簽無須外接礦燈電源，無須充電、無須更換電池；3)無輻射，對人體和環(huán)境無任何影響，更安全更健康。4)所有設備均適合井下使用，具備防水、防震、防腐、防潮、阻燃等等功能。5)正常工作環(huán)境條件：溫度-40-85，相對濕度40%-70%，大氣壓力80k

19、pa-106kpa6)抗電磁干擾:10V/m0.11000MHzAM調(diào)幅電磁波1.5系統(tǒng)硬件及軟件1.5.1系統(tǒng)硬件特點1、超級集成，全雙工無線傳輸：0.13um 工藝，造就了超低功耗、超高靈敏度、超遠距離傳輸、超高速度識別、超大容易識別、超低誤亂率。2、工控頻段由于采用無線的傳輸介質，無線傳感器網(wǎng)絡克服了許多傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡傳輸信息的弊病。在一些物理障礙和特殊環(huán)境下，有線網(wǎng)絡是不可能實現(xiàn)的。另一方面，與傳統(tǒng)的公網(wǎng)無線通訊相比，2.4G工控頻段無線通訊無需無線電管制委員會批準，不需繳納頻譜占用費用。3、超低功耗卡片標識器件在技術上采用了合理休眠模式，具有收發(fā)信息功耗低等特點，確保能在電池支持下持續(xù)

20、工作長達5年左右。同時，整體結構的低功耗設計既保證了設備的有效運轉，又減少了應用實施的復雜性和成本。4、設備體積小現(xiàn)代集成電路技術的集成度和產(chǎn)品性使得上海齊維無線傳感設備的體積在不斷地小，而它的功能卻越來越強大。微小的體積不但使得在特殊環(huán)境下的應用成為可能，也大大降低了安裝和維護的要求與成本。5、網(wǎng)絡容量大大容量保證了網(wǎng)絡強大的數(shù)據(jù)采集能力。同時，網(wǎng)絡的高冗余性保證了整個網(wǎng)絡在個別節(jié)點停止工作的情況下仍然可以正常運轉。6、精密、可靠上海齊維無線傳感系統(tǒng)核心技術目前采用獨有的校驗冗余糾錯算法，并結合分布式計算技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術、網(wǎng)絡信息融合技術，實現(xiàn)網(wǎng)絡自喚醒、自容錯、自愈合、無誤碼、無亂碼。7

21、、運行及維護成本低任何一個經(jīng)過授權的微型智能傳感器件只要放在網(wǎng)絡的無線信號覆蓋范圍內(nèi)，就可自動加入網(wǎng)絡工作，無須任何安裝配置。高度智能化最大程度上降低了網(wǎng)絡維護所需的人力和時間，加上網(wǎng)絡節(jié)點本身價格低廉，使得上海齊維無線傳感器網(wǎng)絡的維護成本極低。8、技術特點：多種信號采集；極低的電流功耗；<10us的快速激活/睡眠狀態(tài)轉換；硬件層加密與身份驗證安全特性；數(shù)字信號強度（RSSI）與無線連接質量（LQI）支持。9、傳輸快、速率高高速光纖工業(yè)以太網(wǎng)的應用使整個系統(tǒng)的傳輸速率由幾百字節(jié)提高到百兆，實現(xiàn)了傳輸速率質的飛躍，從而可實現(xiàn)多點并發(fā)式查詢，即多個采集點同時上傳數(shù)據(jù)，極大的縮短了采集時間，從

22、而極大的提高了實時性（真正意義上的多點并發(fā)，從芯片設計就獨有的。）而不是第二代RFID依靠各種轉換卡、轉換器，把232或485轉成CAN或TCP/IP，這只能使干線傳輸?shù)膮f(xié)議變成CAN或TCP/IP，但各單一傳感器輸出仍保存著485輪巡的本質特點，系統(tǒng)網(wǎng)絡化特點根本就不具備，系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)信號還要依靠輪巡實現(xiàn)。10、移動動態(tài)采集先進的無線傳感器網(wǎng)絡技術與所需的傳感器相連，從而實現(xiàn)移動動態(tài)的采集，如瓦斯、礦壓、礦溫等環(huán)境參數(shù)均可實現(xiàn)移動動態(tài)的采集。11、可靠性高先進的自有技術的應用，極大的提高了產(chǎn)品的可靠性和產(chǎn)品的識別能力。如專有的時間戳技術，即在每一個接收到的信息基礎上加入采集時間信息，使整個

23、系統(tǒng)更為可靠。12、多功能實現(xiàn)了井下人員實時跟蹤定位、機車實時跟蹤定位、準確的考勤、歷史查詢、緊急呼救、小區(qū)廣播、無卡禁入、低電壓和禁區(qū)報警、輔助災后搜救等九大重要安全管理功能。13、開放性整個系統(tǒng)留有豐富的軟硬件接口，具有極大的開放性，可根據(jù)用戶的需求作相應的調(diào)整。14、高容量井下人員管理及搜救系統(tǒng)在井下可容納1000個數(shù)據(jù)采集器，每個數(shù)據(jù)采集器可同時采集8000張以上標識卡信息，整個系統(tǒng)可容納標識卡上億個，足以滿足現(xiàn)有大中型煤礦的需要。1.6配置要求、系統(tǒng)圖及實施步驟1.6.1運行設備配置要求地面中心站地面中心站主機采用工控機。A.CPU：使用相當于Intel公司的PentiumIV或以上級別的CPU；B.操作系統(tǒng)：Windows2000以上操作系統(tǒng)；C.內(nèi)存：512M以上；D.顯卡：Windows系統(tǒng)兼容，含有16MB以上的顯示內(nèi)存，1280*800分辨率以上；E.硬盤：40G以上。1.6.2 系統(tǒng)圖1.6.3 實施步驟1)根據(jù)礦山需求，進行礦圖研究，實地考察，并與礦山主管人員確定無線數(shù)據(jù)采集器安裝數(shù)量、相應安裝位置等基本要求。2)確定主干網(wǎng)絡結構及相應的數(shù)據(jù)傳輸接口數(shù)量、安裝位置。3)敷設物理鏈路及光纜、電纜等，如已有光纜，可利用此光纜的剩余芯數(shù)搭建。豎井或斜井電纜應采用鎧裝加強光纜或電纜，固定敷