發布日期：2022-05-20 點擊率：110
一、系統概述
由于礦山生產的特殊性，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災害時刻都在威脅礦井工作人員的生命安全，礦井重大災害及傷亡事故隨時都有可能發生。目前，礦山井下普遍存在入井人員管理困難，難以及時掌握井下人員的動態分布及作業情況，一旦事故發生，對井下人員的搶救缺乏可靠信息，搶險救災、安全救護的效率低。因此礦山行業迫切需要井下人員跟蹤定位管理系統，實時掌握每個人在井下的位置及活動軌跡，對礦山的安全生產將有積極作用，在一定程度上減少人員傷亡。同時，上傳的位置信息也可以用做工作人員的考勤記錄。我們在分析一些礦山發生的特大事故時發現：
（1）地面與井下人員的信息溝通不及時；
（2）地面人員難以及時動態掌握井下人員的分布及作業情況，難以對人員進行精確定位；
（3）一旦礦山事故發生，搶險救災、安全救護的效率低，搜救效果差。
（4）不能準確把握安全監察人員到位狀況。
井下人員跟蹤定位管理及考勤管理系統可以實現對礦山井下人員全方位安全生產管理。該系統是由礦井地面監控中心主計算機在軟件數據庫的支持下，通過傳輸接口和巷道鋪設的有線傳輸系統，定時對井下通訊基站進行數據巡檢和信號采集，將其接收到的基站區間內的人員信息收發卡發射的數字信號，經軟件數據處理，將井下人員（含機車等移動目標）動態分布在井上監控中心的電子地圖上，使得管理人員可以動態掌握井下人員的分布狀況，特別是在事故情況下可以非常清晰知道遇困人員的位置，方便快速施救。系統可以實現井下井上人員雙向報警，井上指揮中心也可以對井下人員進行點名呼叫或廣播呼叫，達到雙向通訊。
礦山井下人員定位考勤及管理系統是在對現有較先進的礦山監控設施集成的基礎上，對井下人員跟蹤、定位、考勤及雙向通訊，從而實現礦山井下人員的安全生產管理功能。該系統是由礦井地面監控中心主計算機在服務器軟件的支持下，通過傳輸接口和巷道鋪設的有線傳輸系統，定時對井下通訊基站進行數據巡檢和信號采集，經過軟件數據處理后將井下人員（含機車等移動目標）動態分布在井上監控中心得以實時反映，從而達到井下人員情況在井上實時監控和雙向通訊管理的目的。井下人員定位系統能通過電子地圖，將人員情況反映到井下巷道圖中。
二、系統功能及特點
“精確時間定位，精確空間定位”是本系統設計的宗旨。系統對每一個下井人員的時間，以及某個時間點、某個時間段在某個位置，都給予精確定位。系統提供多項查詢功能。
井下人員定位跟蹤及考勤管理系統涉及計算機軟件、數據庫、電子電路、防爆本安電源、數字通訊、無線識別RFID技術、井下工業以太網、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有成熟的高速工業以太網系統作為主傳輸平臺，開發相應的井下人員跟蹤定位基站、人員無線編碼發射器等設備與系統掛接，通過自主開發的井下人員跟蹤定位管理及考勤管理專用軟件與主系統的標準專用數據庫進行后臺數據交換從，而實現井下作業人員的跟蹤、定位和安全管理。
（一） 網絡功能
通過方便靈活的用戶管理功能和各種權限的設置，使用戶在局域網內任意一臺電腦上都可進行信息查看和操作管理。
1、在礦內、集團內、局內可進行聯網監測，可供礦領導在其辦公室內直觀了解井下各類人員動態信息。
2、設置了管理權限,只有專業管理人員才能對管理數據進行增、刪、改等操作。
（二）設備功能
1、實現井上與井下的雙向通訊（呼叫及尋呼功能）：分為普通尋呼和緊急尋呼。具備尋呼延時功能，如果當前尋呼人員未在基站信號范圍內，則尋呼會在人員到達基站信號范圍內進行，保證尋呼的有效性。被尋呼人員是否響應呼叫信號，系統給與提示并保存記錄，以供查詢。
井下人員可以向井上緊急報警（含報警確認功能），為緊急救助提供信息。井上對井下人員的點名尋呼及廣播尋呼，點名尋呼包括普通呼叫和緊急呼叫。
廣播尋呼：對某基站內或則井下所有人員進行尋呼，并啟動該基站配置的聲光報警器，用于突發事件處理和特殊管理功能的需要。系統自動保存記錄，以供查詢。
2、可監控動態目標的最大移動速度15米/秒。
3、整個系統可容納最大基站數量不小于64個，每個基站能夠同時接收的人員信息收發卡的數量大于100個。
4、井下基站與人員信息卡的無線通訊距離
地面開闊地帶：最大160m
井下：最大80m
5、定位功能：人員定位：通過實時分布、歷史分布、軌跡回放和人員跟蹤等功能快速確認井下人員目前和歷史分布情況。如果被跟蹤人員在檢測范圍內，則通過其卡號定位其目前的位置，如果被檢測人員沒有在檢測范圍內，系統則自動定位到其最后被檢測到的位置。
（三）、管理功能
1、井下人員分布管理
實時分布：能顯示當前井下人員每時每刻在巷道的實時動態分布情況及人員數量。
實時跟蹤：能夠實時的對井下人員位置進行跟蹤監測。直觀地反映出井下特定人員的分布位置。
歷史分布：能顯示過去某時刻的井下人員分布位置。
軌跡回放：能夠對某一歷史時段的任意人員的移動過程通過動畫的方式顯示出來。
2、禁區管理功能
能進行禁區的設置，并對違章進入禁區人員進行聲光報警，井上管理部門也同時報警并進行記錄和考核。分為單站禁區管理和區域禁區管理。可以設置某一類工種或則某一類卡號人員禁止進入某一個設定的禁區范圍，也可以設定某一個特定的人禁止進入設定的禁區范圍。在單站禁區管理中，如果有被設定未允許人員進入禁區基站信號范圍，則對進入人員進行報警提示；系統保存記錄，以供查詢。在區域禁區管理中，可根據進入和離開區域的人員數量自動開啟和停止報警，主要適用于井下行車不行人的車道以及規定禁止進入場所的安全管理，也可以用于實現對重要區域的監管。
3、礦車運行管理統計功能：可以根據需要實現車輛的出入管理、運行統計、動態跟蹤。
4、考勤和報表：能對員工的出勤進行考核，并生成考勤報表。可對各類數據進行統計匯總，并生成礦方管理需要的各類報表。可生成任意日期范圍、任意人員屬性（工種、卡號、職務等）的下井人員考勤信息報表，并可根據礦山內部管理需要靈活定制。可以生成日、月、季度、年等報表。生成的報表可以打印或則存為電子文檔。
5、突發事件管理功能：一旦發生各類事故，能立即查出井下人員分布、姓名，遇險人員具體位置。并能收取未斷線基站的實時數據，提高搶險效率和救護效果。
6、報警功能：系統具有完善的監測識別能力，能夠對多種事先設定的違禁行為進行動態報警，并且保存記錄。
7、雙向呼叫功能：系統根據需要（特別是緊急情況下）可以對井下工作人員進行個別和集體呼叫；井下人員也可以通過隨身攜帶的RFID卡呼叫地面主機。（注此功能指的是手持式定位芯片，如放在礦燈內，礦燈內沒有另外的外接開關，則不太好實現）
8、 超時報警：井下人員工作時間超時報警，可分類設置也可以單獨設置下井工作人員的工作時間上限，超過設定的工作時間，系統則自動給其本人發報警信號，同時系統也會彈出提示對話框，并且保存記錄，以供查詢。
9、 超員報警：對下井工作人員數量進行實時監控，系統自動監測當前下井的人數是否合符設定的下井人數，如果超過事先設定的下井人數，系統給與報警提示。
10、測距功能：根據需要，系統可以自動測量任意兩點之間的距離，此距離是礦井的實際距離。
(四)、 系統特點
設計井下坑道地理信息地形圖，可放大、查詢坑道各處的各種資料、信息，如放火及救援、生產設備分布信息、坑道環境信息、人員分布信息等。根據需要主要坑道安裝監控設備，也可以將提前拍下的坑道環境的實圖存儲到地形圖上，為管理人員提供信息查詢資料。
如果發生安全事故，查詢系統可知坑道內人員的數量名單、進出口位置、事故發生位置，久遠設備位置等信息，保證搶險救災的高效運作。系統的特點主要體現到以下幾個方面：
1、 高度自動化。系統能自動檢測井下坑道人員經過該監測點的時間、地點信息，并自動實現對人員的考勤作業、統計及監測管理。
2、先進的通信系統。安裝在礦山井下各通道的無線信息采集設備，實時將采集到的信息傳送到井下專用處理傳輸分站，并通過井下現場總線實時向地面的網絡服務器傳送相關人員通過的數據，整個過程無需人為干預。
3、完備的數據統計與信息查詢軟件。系統軟件具備專用數據庫管理系統，包括工人通過坑道的信息采集和統計分析系統，考勤作業的統計與管理分析系統，顯示并打印各種統計報表資料，為高層管理人員的查詢與管理提供全方位的服務。
4、系統的安全、穩定、可靠性設計。系統產品采用坑道壁掛式設計，保證系統在惡劣的環境下能連續正常運轉，并提供斷電后2小時的供電電源。
5、完善的異常情況報警功能。系統能夠自動識別非法人員進入，包括無卡非法進入、無效卡、失效卡、黑名單卡進入。
6、監控范圍靈活。可根據礦山的實際情況、技術要求及重點監控的范圍和區域來確定通訊基站的間距與數量。
7、多種高新技術集成。本系統集成了無線數據傳輸、CAN總線有線傳輸、微波通訊、微電腦技術、在線編程和多層次軟件技術。在微電腦技術 中，采用了高度功能集成，使系統具有了模數轉換、輸入識別、濾波、存儲、巡檢、傳輸、在線寫入等多種功能。更主要是能進行井上與井下的雙向尋呼，井上與井下某人員的尋呼和井下人員向井上緊急報警。如礦領導需要緊急呼叫井下一位員工，可點擊軟件雙向通信按鈕，出現一菜單，輸入人員信息收發卡號，確認后發出信息，員工識別卡發出信號,員工收到信息后可以通過井下電話同地面聯系
8、投資少收益大。根據礦井目前狀況，進行相關設備的增添和改造，使各級管理人員具備查詢、統計、控制等管理手段，實現遠距離信息化管理。與國內外類似設備相比較，該設備成本低,傳輸距離長,集成度較高，可節省投資50%以上。
9、多功能：實現了井下人員實時監控定位，軌跡回放，井上對井下傳呼、報警，井下向井上報警，考勤，超時，超員及禁區管理等多項管理功能。
10、安全性：本系統中采用的所有設備，均是符合國家安標的產品，防爆、阻燃、抗干擾。
11、抗強電壓大電流：本系統采用多重逼雷措施，避雷器采用法國歐申電氣的產品。同時在每個基站及本安電源內采用了專用電路防患措施。
12、高容量：一個中心站主機容納64個通信基站,最多可容納6400個信息卡；每站可同時監控100個以上的信息卡，滿足大中型礦山的需要。整個系統低電壓、低工耗、本質安全型，確保了礦山井下使用的安全性。
13、 自動檢測：系統自動檢測基站運行狀態，便于出現故障及時維護。
14、 監控范圍靈活：可根據礦山的實際情況、技術要求及重點監控的范圍和區域來確定基站的間距。
15、 多種高新技術集成：本系統集成了無線數據傳輸、CAN總線有線傳輸、微波通訊、微電腦技術、在線編程和多層次軟件技術。在微電腦技術中，采用了高度功能集成，使系統具有了模數轉換、輸入識別、濾波、存儲、巡檢、傳輸、在線寫入等多種功能。井上與某井下人員的尋呼和井下人員向井上緊急報警。
16、 系統界面合理：系統界面以簡單美觀操作方便為主題，只需要簡單設置就可以實現復雜的功能。
三、 系統設計原則
1、實現礦山井下作業人員進出的有效識別和監測監控，使管理系統充分體現“人性化、信息化和高度自動化”，實現數字礦山的目標。
2、 為礦山管理人員提供人員進出限制、考勤作業、監測監控等多方面的管理信息，一旦發生礦山安全事故，通過該系統立刻可以知道該作業面工作人員及其數量，保證搶險救災和安全救護等搜救工作的高效運作。
3、 系統設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。
4、輕松連網，BS結構，可以非常方便地實現縣、市、省以及更廣闊區域的連網監測。
5、遵循“統一發卡，統一裝備，統一管理”的原則，將標識卡視為“上崗證”或則“坑道準入證”，按準許上崗人員實行“一人一卡”。一個卡號對應一個人，嚴格規范管理，杜絕一切事故發生的潛在隱患。更方便管理。
四、系統構成及工作原理
1、系統構成
井下人員跟蹤定位管理及考勤管理系統井上設備主要包括：中心站主機、軟件數據庫、傳輸接口等；井下設備主要包括：通訊基站，聲光報警器，防爆電源，信息收發卡等組成。
傳輸接口及每個通訊基站配備一臺本安電源，所有電源不共地。（按中國的標準要求每個基站要配一個防爆電源，將礦山的AC127V電變為DC12V給基站供電，如客戶沒有此要求基站可做到從井下電源直接取電，可不用這個防爆電源。聲光報警器是指可在井下安裝一些喇叭和警燈進行報警，但目前礦山基本都取消了這個功能。
2、工作原理：
井下人員定位跟蹤管理及考勤管理系統是由地面監控中心主計算機在系統軟件的支持下，通過數據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據采集器進行數據信息采集，無線數據采集器將自動采集有效識別距離內的標識卡的信息，并無間斷、即時地通過傳輸網絡將相關數據傳送至地面中心站。數據信息經分析處理后，將井下人員（或機車等移動目標）動態分布在主計算機界面中得以實時反映，從而實現井下安全狀態在井上數字化管理的目的。
根據礦井監測需求，在井下坑道、峒室、作業面等地點安裝無線數據采集器，并通過電纜/光纖數據傳輸接口相互連接為井下高速工業以太網，從而構成完整通訊線路。
礦山生產單位輸入工作人員相關信息后，向下井工作人員頒發并裝備標識卡。
系統數據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，當持卡人員經過設置識別系統的地點時被系統識別。系統將讀取該卡號信息，通過系統傳輸網絡，將持卡人通過的路段、時間等資料 進入坑道的工作人員必須隨身攜帶標識卡，當持卡人員經過設置識別系統的地點時被系統識別。系統將讀取該卡號信息，通過系統傳輸網絡，將持卡人通過的路段、時間等資料傳輸到地面監控中心進行數據管理，并可同時在地理信息大屏幕墻上出現提示信息，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，系統將自動報警，安全監控中心值班人員接到報警信號，立即執行相關安全工作管理程序。
生產單位可根據生產計劃，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面。為防止無關人員和非法人員進入坑道或作業面，系統設置該卡準入坑道或作業面的時效管理模塊及卡的失效、報失等。
坑道一旦發生安全事故，監控中心在第一時間內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80米的范圍內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。
下井后打開員工識別卡開關，即開始向接收站無線發射自身的ID號 ,接收站收到上述信號后，存儲于自身CPU中，待中心站巡檢時，通過傳輸系統和傳輸接口，有線傳送至中心站數據庫,中心站對數據庫中的數據進行判別、分析、處理，實現各管理功能.
系統可自動生成考勤作業的統計與管理等方面的報表資料，提高管理效益。
五、系統主要技術指標
1、 系統容量
一個中心站主機容納64個通信基站,可容納6000多個員工電子識別卡；每通信基站同時監控100個員工電子識別卡。
2、 中心站主機
地面中心站主機采用中高檔服務器。
CPU：使用相當于Intel公司的Pentium IV或以上級別的CPU；
操作系統：Windows2000/WindowsXP以上操作系統；
應用軟件：采用高級語言開發的井下人員定位跟蹤及考勤管理軟件；
內存：512M；硬盤：80G；
3、 通訊基站：
電氣性能:
工作電壓:DC12V；
工作電流:≤380mA ；
容量:每個基站可容納100個人員信息收發卡的信息；
傳輸速率：4800bps；
4、 傳輸接口
工作電壓：DC5V（±10%）；工作電流：≤100mA；
通訊速率：4800bps；傳輸距離:≥10Km；
5、傳輸誤碼率：≤10-6
6、傳輸系統：
銅芯雙絞線傳輸，型號為PUYVP,截面積1.5平方毫米(導線直流電阻不大于 12.5Ω/km，線對工作電容不大0.06μF/km，電感不大于0.8mH/km), 安全標志；
豎井電纜：鎧裝屏蔽1×4×1.38；
聲光報警器：供電電壓：DC12—15V；
工作電流：小于50mA；防爆標志：Exib I；
防爆電源：傳輸接口非本安端由普通交直流模塊輸出直流5V的穩壓電源供電；傳輸接口本安端由輸出直流5V的CSTI-I型防爆電源組件供電，其輸入AC220V , 輸出本安參數5V/1.5A；
基站由輸入AC127V, 輸出本安參數12V/1.1A 的KDW29型隔爆兼本安電源供電。電壓波動范圍:-25―+10%；
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