淺談低頻射頻識別在礦井人員管理中的應用

1、 淺談低頻射頻識別在礦井人員管理中的應用 煤礦平安生產歷來為我國各級政府所重視。事故發(fā)生后如何實施平安搶救、如何提高搜救工作效率，為煤礦各級主管部門所關注。在分析近期幾個煤礦發(fā)生的特大事故時發(fā)覺：  1、地面與井下人員的信息溝通不準時； 2、地面人員難以準時動態(tài)把握井下人員的分布及作業(yè)狀況，進行精確的人員定位； 3、煤礦事故一旦發(fā)生，搶險救災、平安搶救的效率底，搜救效果差。 為此，如何正確處理平安與生產、平安與效益的關系，如何精確、實時、快速履行煤礦平安監(jiān)測職能，有效進行礦工管理，保證搶險救災、平安搶救的高速運作顯得尤為重要和迫切。 一、目前我

2、國煤礦所用的人員管理系統(tǒng)存在的問題 我們知道，煤礦井下人員在巷道的位置是動態(tài)的，有些巷道長達幾十公里，因此，對人員的跟蹤定位是非常重要的。一旦發(fā)生突發(fā)大事，要求能夠快速推斷險區(qū)人員的數量、位置及身份，實行措施準時救助，把事故的損失和影響降到最低限度。 目前我國煤礦所采納的 “人員管理系統(tǒng)”，其工作原理大致如下：在巷道的交叉口、入井口、進入采掘面入口等安裝讀卡器；每位入井人員（如礦工及管理人員等）隨身攜帶身份識別卡；被檢人員通過讀卡器時其信息被記錄，并傳至地面監(jiān)控主機，從而達到確定入井人員位置的目的。 依據筆者的調查和已經安裝井下人員定位系統(tǒng)的煤礦反映，目前我國煤礦

3、所采納的井下人員管理系統(tǒng)，全部是基于高頻射頻識別技術或混頻射頻識別技術而設計的，在使用中普遍存在如下問題： 1、漏卡現(xiàn)象嚴峻，難以滿意精確定位的要求； 2、假如不采納光纖總線，系統(tǒng)安裝的安監(jiān)點數就會受到限制，掩蓋面有限，無法滿意大型、特大型煤礦的全礦井巷道監(jiān)測的要求； 3、不具備行進方向的推斷識別力量，不具備人員是否完全通過識別區(qū)域的推斷力量。（假設某人從井口下井，進入井口檢測分站的識別區(qū)域，此時，井口檢測分站將檢測到該人員并向地面監(jiān)控主機上報該人員的基本信息，系統(tǒng)則推斷該人員已下井，但此刻，由于某種緣由，該人員又退出井口，該人員實際上并未下井，這時就消失了系統(tǒng)誤

4、判狀況）。上述問題都是由于高頻射頻識別技術本身的技術特點受限而致，難以根本突破。正由于如此，國際上有的煤炭生產大國（如俄羅斯）已開頭選擇用低頻射頻識別技術（30300KHz）取代高頻技術，從安監(jiān)系統(tǒng)本身來提高礦井人員管理的牢靠性。 二、煤礦人員平安管理系統(tǒng)的進展 國際上煤礦人員平安管理系統(tǒng)的進展大體經過了三個階段： 第一階段：從上世紀九十年月初開頭應用礦井人員管理系統(tǒng)，但均限于高頻射頻識別技術； 其次階段：從2021年以后，世界上部分煤礦開頭采納基于混頻射頻識別技術（高、低頻混合使用）的礦井人員管理系統(tǒng)； 第三階段：從2021年開頭，基于遠距離

5、低頻射頻技術的礦井人員管理系統(tǒng)問世，并快速得到全球煤礦行業(yè)的推崇。目前該技術已日趨成熟，監(jiān)控性能已逐步穩(wěn)定，已在英國、伊朗、土耳其、西班牙、俄羅斯等10多個主要采煤國的煤礦運行。由于其安裝便利、識別精確率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、成本低等特點，大有完全取代高頻及混頻技術而實現(xiàn)“一統(tǒng)天下”的趨勢。 礦井人員管理系統(tǒng)每一次技術上的飛躍，都與煤礦平安生產的需要和科學技術的進步而密不行分。2021年以前，由于低頻射頻識別技術在礦井中的應用（尤其是在識別距離）尚欠成熟，而高頻射頻識別技術的應用已相當發(fā)達，所以，利用高頻技術來為煤礦的平安生產服務就顯得順理成章了。但是，由于2021年后，人們在低頻技術上的討

6、論取得重大突破，利用低頻射頻識別技術不僅能夠實現(xiàn)高頻技術在人員管理系統(tǒng)中的全部功能，而且可以克服高頻技術所存在的系統(tǒng)弊端，所以，低頻射頻識別技術在全世界煤礦行業(yè)快速得到推廣也就不難理解了。    三、低頻射頻識別技術與高頻射頻識別技術的性能比較 通常讀卡器和識別卡進行無線信號傳輸時所使用的頻率稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率，依據其所使用的頻率范圍不同，分為不同的頻段。下面我們從低頻和高頻電磁波的傳輸特性來分析它們在礦井人員管理系統(tǒng)中的應用特點： 1、  高、低頻電磁波傳輸的方向性 低頻電磁波的傳播是全方位的，不具方向性；而高頻電

7、磁波的傳播方向性極強,可以講是定向的（就像是手電筒發(fā)出的光束）。因此，被監(jiān)測人員在經過低頻讀卡器時，只要在其有效的識別范圍（直徑10米的范圍內），就能被精確識別到。而在經過高頻讀卡器時，要求被監(jiān)測人員精確行走到高頻電磁波傳播方向上，才能被讀卡器識別。 因此，在規(guī)定的識別區(qū)域內，采納低頻識別比采納高頻識別要有更高的精度。 2、  高、低頻電磁波的穿透性和抗干擾性 在巷道這種特區(qū)的環(huán)境里，低頻電磁波與高頻電磁波相比具有明顯的優(yōu)勢信號衰減小、凸顯出低頻電磁波的穿透力量強，所以采納低頻射頻識別技術的讀卡器和識別卡之間的無線電信號傳輸對其它物體（特殊是水汽和金屬物

8、體）的穿透性很強；而高頻電磁波由于其本身的穿透性能較弱，讀卡器和識別卡之間的物體（如水汽、人體、尤其是金屬物體等）阻擋，很有可能導致讀卡器無法識別。 另外，巷道的一些特性也會對無線電信號的傳輸帶來不利的影響，以下兩組數據表明白巷道拐彎對無線電信號傳輸的影響（表1）以及巷道傾斜對無線電信號傳輸的影響（表2）。 表1 信號頻率（MHz） 100 200 415 1000 2000 3000 4000  衰減（dB） 5.51 10.6 21.7 52.4 105 157 210  頻率越高衰減越大 表2 頻率

9、（MHz） 200 415 1000 2000 3000 4000  衰減（dB） 47.3 57.7 67.6 74.1 77.6 80.2  隨著頻率的增高，由巷道傾斜所帶來的衰減變大，拐彎越急衰減越大。 3、 由此可見，由于低頻、高頻電磁波本身的傳輸特性，打算了低頻射頻識別技術比高頻射頻識別技術的漏讀率要低得多。 4、  人員行進的方向推斷和巷道交叉口的人員定位 低頻電磁波與高頻電磁波相比，在同一范圍內，磁場區(qū)域能夠很好的被定義，這表明低頻射頻識別技術從根本上說更牢靠，也更可預見。正是低頻電磁波的這種可預見性，使得識別卡可以被定位到更精確的范圍，并供應人員定位應用的性能優(yōu)勢。 在礦井人員管理系統(tǒng)應用中，人員移動方向的識別是很重要的。在與平安相關的應用中，需首先考慮人員移動方向推斷的牢靠性。低頻讀卡器可帶兩組天線，每組天線由多路天線組成。當人員分別經過兩組天線時，充分利用低頻電