發布日期：2022-05-20 點擊率：111
一、 系統概述 無線射頻識別技術（RFID）是采用電子芯片進行非接觸自動管理的一種先進技術，當出入人員佩戴裝有射頻識別芯片的身份卡通過門口，無需任何操作，便可完成從身份識別、身份驗證到通行記錄的全過程操作。并可以和后臺管理系統進行通信，為下井人員的安全管理提供實時、可靠的技術保證。 工作原理 實時井下人員動態顯示功能 豐富的人員下井考勤能力 人員定位系統示意圖
煤炭作為基礎能源，長期以來為我國的經濟增長做出了巨大貢獻，我國能源消耗的70%來自煤炭，在整個國民經濟發展中一直占據著主導地位。但另一方面，由于煤炭工業本身的產業結構，其采礦設備裝置、從業人員素質及科學技術水平等諸多方面與其他行業相比存在著巨大差距。特別是近年來，煤礦事故的數量不斷增加，如何加強安全生產，提高搜救工作效率，擺到了國家,各級主管部門和領導的面前。發生這些特大事故的原因主要是：
(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,進行精確人員定位；
(3)一旦煤礦事故發生，搶險救災、安全救護的效率低，搜救效果差。為了維護煤礦安全生產，國家安監總局、國家煤監局等四部委出臺了《煤礦企業勞動定員管理的若干指導意見》?！兑庖姟芬幎?，在煤礦生產過程中，礦井口要掛牌標明井下實際作業人數。這也是國家相關部門為了在一旦出現煤安事故好及時組織搶險的最低的技術措施底線。
煤礦工人作業強度大，工作壓力重，加上各種現實的因素存在，很難要求每個下井人員都自覺的在下井前進行身份簽到，為此，如何正確處理安全與生產、安全與效益的關系，如何準確、實時、快速履行煤礦安全監測職能，有效進行礦工管理，保證搶險救災、安全救護的高效運作顯得尤為重要和緊迫。面對新形勢、新機遇和新挑戰，國家各級主管部門的領導對安全生產工作提出了很高的要求和期望。同時如何改變目前煤礦企業對井下人員落后的管理模式，如何實現管理的現代化、信息化也成為所有煤礦企業關心的問題。我們認為，建立以災害預防、事故救助、電子信息化管理為主要目標的信息化和智能化建設勢在必行。
"十五"期間，煤炭工業電子信息化建設在"九五"發展的基礎上，圍繞煤炭工業改革發展的戰略任務，以信息和知識資源的開發利用為核心，結合煤炭工業實際需要，重點進行煤礦生產安全監測監控、自動控制與企業管理系統等方面的信息化建設工作，已納入安全生產企業的經營管理日程。作為RFID 技術的領先者，北京聯信永益科技有限公司采用了國際最新的RFID 技術，開發了 "井下人員及設備定位系統"，這一系統的實現，將為煤礦企業的安全生產和經營管理上臺階、
上水平帶來了新的契機。
井下人員管理系統屬于煤礦安全管理系統范疇。在受控管理區域、出入口、主要設備控制中心機房、貴重物品的庫房等重要部位的通道口，安裝讀卡器自動控制裝置，通過中心控制室井下人員管理保安管理軟件進行管理和監控，系統采用計算機多任務分布式處理方式，能夠對各通道口的位置、通行對象及通行時間等情況進行實時控制或設定程序自動控制。這項技術已經廣泛應用于政府機關、企業、金融、公安部門、軍事基地、智能小區、學校、高級酒店等出入口保安管理，并起到了重要的作用。
二、 RFID 介紹
1. RFID 概念
RFID 是Radio Frequency Identification 的縮寫，即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象，可快速地進行物品追蹤和數據交換。識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID 技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。為ERP、CRM 等業務系統完美實現提供了可能，并且能對業務與商業模式有較大提升。RFID 技術誕生于第二次世界大戰期間，它是傳統條碼技術的繼承者，又稱為“電子標簽”。美國軍方早在20 世紀后半葉就開始研究RFID 技術，目前這項技術已經廣泛使用在武器和后勤管理系統上。美國在"伊戰"中利用RFID 對武器和物資進行了非常準確地調配，保證了前線彈藥和物資的準確供應。
近年來， RFID 因其所具備的遠距離讀取、高儲存量等特性而備受矚目。目前包括沃爾瑪在內的很多跨國公司已開始采用RFID 技術輔助企業管理，同時，國外也有多家倉庫采用RFID 技術實現倉儲自動化管理。據有關權威數據顯示，射頻識別產品在全世界的銷量以每年25.3%的比例增長。
2. RFID 系統組成
標簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信。
閱讀器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標簽信息的設備。
天線（內置）：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。有些系統還通過閱讀器的RS232 或RS485 接口與外部計算機(上位機主系統)連接，進行數據交換。
3. RFID 技術特征
1） 數據的讀寫（Read Write）機能：只要通過RFID Reader 即可不需接觸，直接讀取信息至數據庫內，且可一次處理多個標簽，并可以將物流處理的狀態寫入標簽，供下一階段物流處理用。
2） 容易小型化和多樣化的形狀：RFID 在讀取上并不受尺寸大小與形狀之限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外，RFID 電子標簽更可往小型化與應用在不同產品。因此，可以更加靈活地控制產品的生產，特別是在生產線上的應用。
3） 耐環境性：紙張一受到臟污就會看不到，但RFID 對水、油和藥品等物質卻有強力的抗污性。RFID 在黑暗或臟污的環境之中，也可以讀取數據。
4） 可重復使用：由于RFID 為電子數據，可以反復被覆寫，因此可以回收標簽重復使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養的需要。
5） 穿透性：RFID 若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆的話，也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質金屬的話，就無法進行通訊。
6） 數據的記憶容量大：數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對卷標所能擴充容量的需求也增加，對此RFID 不會受到
限制。
7） 系統安全：將產品數據從中央計算機中轉存到工件上將為系統提供安全保障，大大地提高系統的安全性。
8） 數據安全：通過校驗或循環冗余校驗的方法來保證射頻標簽中存儲的數據的準確性。
三、 系統功能
井下人員及設備定位系統是北京聯信永益科技有限公司與相關機構研制的，采用目前國際上最先進的RFID 技術的井下定位系統。井下人員及設備定位系統能夠及時、準確的將井下各個區域人員及設備的動態情況反映到地面計算機系統，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度管理。當事故發生時，救援人員也可根據井下人員及設備定位系統所提供的數據、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。
井下人員及設備定位系統是集井下人員考勤、跟蹤定位、災后急救、日常管理等一體的綜合性運用系統。也是國內技術最先進、運行最穩定、設計最專業化的井下定位系統。這一科技成果的實現，將為煤礦企業的安全生產和日常管理上臺階以及事故急救帶來了新的契機。利用RFID 系統進行井下人員管理管理，可有效的改善不足、消除漏洞。工作人員將小標簽（身份卡）放在身上的任何位置（口袋、提包都可），正常通過設有RFID 設備的大門，系統都將自動記錄下出入信息。
一方面，對于管理人員來說，希望能夠加強安全保衛工作，對人員進出進行有效管理，以防范安全事故的發生；另一方面，對于進出的人員來說，希望能夠減少繁復的手續，能夠在合法的前提下進行快速、順暢的通行。智能井下人員管理系統利用計算機和自動識別技術進行人員井下人員管理管理，可以有效的協調方便快捷的出入方式與嚴格的安全防范之間的矛盾，減少了對大樓的大門、工作室的人員進出的管理難度。
A) 利用智能井下人員管理系統，可以有效地記錄持卡人通行的精確時間，并對沒有卡片的人員進行報警處理；
B) 通過管理中心的主機系統可以實時監察所有在巷道內的人員名單；
C) 記錄的進出時間信息可以同時用于一段時間內的安全檢查，考勤管理以及其他一些應用。
1) 任一時間井下某個地點究竟有多少人，這些人的身份；
2) 查詢一個或多個人員現在的井下實際位置；
3) 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，或進行各項數據的檢測和處理，從根本上盡量杜絕因人為因素而造成的相關事故；
4) 可實現多點共享供多個領導同時在不同地點查看。
豐富的地圖功能
具有放大、縮小、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。
禁區報警功能
對于指定的禁區，如果有人員進入，實時聲音報警，并顯示進入禁區的人員。
人員軌跡查詢
可查找某個人在某個時間段內所經歷的路徑，并在圖中畫出線路軌跡。
可對出入井人員進行統計，實現下井人員考勤記錄，建立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）。
災后急救信息 一旦發生各類事故，上位機上立即能顯示出事故地點的人員數量、人員信息，人員位置等信息，大大提高搶險效率和救護效果。
四、 系統組成及工作原理
1. 系統組成
井下人員及設備定位系統設備主要包括：中心站主機、數據通訊箱、B 多功能分站、煤礦用無線標識傳感器以及煤礦用無線標識卡。
2. 工作原理
首先在井下需要進行人員跟蹤的區域和巷道中根據現場具體需要放置一定數量的無線標識傳感器，通常情況下一個地點只需要放置一個即可跟蹤此地點進出人員情況。將無線標識傳感器與通過傳輸總線與地面計算機連接，同時將多功能分站與無線標識傳感器連接提供工作電源。這樣就完成了一個由井上電腦通過電纜連接井下無線標識傳感器的系統架設。
然后為需要進行人員跟蹤定位的下井人員佩帶一個無線標識卡，當下井人員進入井下以后，只要通過或接近放置在巷道內的任何一個無線標識傳感器，無線標識傳感器便會馬上感應到信號，并上傳到中心站主機，這樣中心站主機的軟件就可判斷出具體信息（如：身份，位置，具體時間），同時可把它顯示在控制中
心的大屏幕或電腦顯示屏上，并做好備份。
管理者可以根據大屏幕上或電腦上的分布示意圖查看某一區域，計算機即會把這一區域的人員情況統計并顯示出來。中心站主機會根據一段時間的人員出入信息整理出這一時期的每個下井人員的各種出勤報表。另外一旦井下發生事故，可根據電腦中的人員分布信息馬上查出事故地點的人員情況，然后可再用特殊的探測器在事故處進一步確定人員位置，以便幫助營救人員以準確快速的方式營救出被困人員。礦車和其他設備的管理原理大致相同。
3. 系統設計原則
（1）實現井下坑道作業面工作人員進出的有效識別，使系統管理充分體現"人性化、信息化和高度自動化"；
（2）為高級管理人員提供考勤作業、人員進出限制等多方面的信息查詢；
（3）一旦發生安全事故，通過該系統立刻可以知道坑道作業面工作人員的準確數量，保證搶險救災和安全救護工作的高效運作；
（4）安全事故發生后，通過移動識別裝置，可在事故現場范圍內探測到是否有人存在，便于救護工作的及時展開；
（5） 系統設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。
4. 系統設計依據
（1）GA/T75《安全防范工程程序與要求》
（2）MT209-1990《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求》
5. 系統設計特點
高度自動化：系統能自動檢測井下坑道工人經過該監測點的時間、地點信息，并自動實現考勤作業的統計與管理；
先進的通信系統：安裝在井下各通道的識別系統，實時向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；
完備的數據統計與信息查詢軟件：采用L-H 調度算法優化系統數據處理能力，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服務；
統的安全、穩定、可靠性設計：系統產品采用坑道壁掛式設計，無需在坑道進行現場施工，并保證系統在惡劣環境下24 小時連續正常運轉；
完善的異常情況(包括無效標識卡、失效標識卡進入)報警呼叫系統配置；
方便性：人員下井時刷卡，對于非持卡人員系統則自動報警提示，通過管理系統的設置，管理中心可以對出入的人員進行實時監控；
可靠性：射頻感應，穩定可靠，自身具有判斷能力；
靈活性：能聯網運行，可隨時進行注冊或取消卡的操作等；
多用性：一卡既可用于井下人員管理，又可以巡更、考勤、消費等管理綜合在卡上，做到“一卡通”，提高管理效率和水平；
兼容性：系統能連接不同廠商的設備，具有連接不同協議、不同接口設備的能力，能夠適合用戶提供的多種通信接口和通信規程；
開放性：系統數據庫接口采用開放式結構，以適合用戶要求。同時提供數據庫的二次開發接口，使用戶具有自主擴展系統的能力；
先進的系統平臺：采用Windows 網絡操作系統以及高實時性的動態數據庫技術，具有較高的實時數據處理能力；基于GIS 技術的地理信息顯示、查詢系統；
6. 設備優勢
高度的識別可靠性，100%的前端識別率；
識別距離遠（識別距離可達10-30 米以上）；
極高的防沖突性（每個檢測點可最多同時識別200 個人員）；
高度的識別穩定性（誤碼率小于10 萬分之1）；
快速的識別速度（最快可達到200 公里/小時的識別速度）。
通訊距離遠，可達20 公里。
應用廣泛、安裝簡單、操作方便。
7. 現場優勢
環境適應性：高抗干擾性，對井下干擾源、周界環境無特殊要求；
安裝方便性：傳感器一體化結構設計，無需外接天線或地感；
運行可靠性：內部電路高度集成化，器件故障率最小化。
8. 電氣特性
超低功耗，無線標簽在不更換電池的情況下可連續正常工作5 年；
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；
無輻射，對人體和環境無任何影響，更安全更健康。
五、 系統設計方案
本系統遵循"統一發無線標識卡、統一裝備、統一管理"的原則，按準許上崗人員和班組實行"一人一無線標識卡"制，該無線標識卡可視為"上崗憑證"或"坑道準入證"。具體方案如下：
（1）礦類生產單位在所有坑道中均安裝一定數量的無線標識傳感器，具體位置根據現場情況而定，以滿足輻射區域為準；
（2）礦類生產單位向有關人員頒發并裝備無線標識卡，無線標識卡安裝在安全帽或其它的合適位置；
（3）發無線標識卡時將無線標識卡所對應員工的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務、本人照片等登錄在系統數據庫中；
（4）安全生產部門對該無線標識卡進行授權后即生效。授權范圍包括：該員工可以有資格進入作業面的坑道，感應器的時效、失效、掛失等，
以防止無關人員和非法人員進入坑道；
（5）進入坑道的人員必須佩戴裝有無線標識卡的安全帽。當此人經過坑道的識別監測點時，立即被系統識別，并通過系統網絡的信息交換，將此人通過的路段、時間等信息傳輸至井上安全監控中心記錄，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。
（6） 坑道一旦發生安全事故，安全監控中心在第一時間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 米的范圍內方便探測遇險人員的位置，便于救護工作的安全和高效運作。
六、 系統硬件
1. 無線標識傳感器
煤礦用無線標識傳感器是一種射頻識別設備，專用于識別人員佩帶的無線標識卡，安裝于巷道中需要檢測人員的地點。這種型號的傳感器采用了先進的RFID 技術，集成當今最先進的0.18uM 的微波芯片技術，使 RFID 的性能和原來的微波技術相比得到了本質的改進，徹底解決了遠距離、大流量、超低功耗、高速移動的標識物的識別和數據傳輸難題，而且成本較以往大大降低，同時也解決了中低頻電磁波技術感應距離短防沖突能力差的致命弱點。同時SUPER-RFID 技術融合了：
1、加密計算與認證，確保數據安全，防止鏈路竊聽與數據破解；
2、使用頻道隔離技術，多個設備互不干擾；
3、先進的防碰撞技術，支持多標簽讀寫。
煤礦用無線標識傳感器的最大特點就是可在較大的范圍內同時快速、可靠的識別許多無線標識卡，并具有微功率、識別率高、高抗干擾性、穩定可靠等優點。而且結構設計合理、體積小巧，非常便于安裝和維護。
主要技術指標：
1) 識別距離：10－30m 可調；
2) 識別速度：200 公里/小時以內；
3) 防沖突性：可同時識別200 張以內無線標簽卡；
4) 工作頻率：2.4GHz - 2.5GHz ISM 微波段，125 個頻道，頻道帶寬8MHz；
5) 射頻功率：－20dBm – 0dBm 可調，最大峰值功率1 毫瓦；
6) 接收靈敏度 ：－90dBm；
7) 工作環境溫度：－40℃ - 60℃；
8) 供電：18V DC；
9) 最大工作電流：< 100mA。
（無線標識傳感器圖片）
2. 煤礦用無線標識卡
煤礦用無線標識卡是專用來被無線標識傳感器識別的電子標簽，由礦工下井時隨身佩帶。
它是一種有源射頻標識卡，采用本安電路設計。J 煤礦用無線標識卡也采用RFID 技術。該產品最大特點是：多個標簽可在較大的范圍內同時被識別，并具有無線微功率、穩定可靠等優點，同時體積小便于攜帶或安置。
主要指標：
1) 標準尺寸：60×35×6mm；
2) 識別距離：30－50m 可調；
3) 工作頻率：2.4GHz - 2.5GHz ISM 微波段，125 個頻道，頻道帶寬8MHz；
4) 射頻功率：小于-3dBm；
5) 接收靈敏度 ：－90dBm；
6) 工作環境溫度：－40℃ - 60℃；
7) 工作電流：小于5uA；
8) ID 號全球唯一；
9) 電池一次性使用壽命5 年以上。
（煤礦用無線標識卡圖片）
3. 硬件安裝步驟以及注意事項
1) 安裝步驟
A. 對照井下位置地圖，大概估算布線走向及長度，確定分站及無線傳感器的布置點；
B. 鋪設井下電源線及通訊數據線；
C. 設置電源分站：根據井下電網電壓（660V 或380V），在地面上調節分站,即更換保險盒內的保險絲管，660V 用0.2A,380V 用0.5A(出廠默認660V)；
D. 下井前焊接好大小航空接頭,并連同焊接好的接線拿至井下。（電源航空接頭用于無線傳感器和分站之間的連接，通訊航空接頭用于傳感器與通訊線路之間的連接）；
E. 確定分站內部保險絲與井下電網電壓一致后將分站運至井下相應位置，分別完成無線傳感器與分站之間的連接及分站與井下原有（380V 或660V）線路之間的連接；
F. 安置井下無線傳感器；
G. 通電檢測線路；
H. 確認線路連接完好后，于PC 上進行人員及卡號資料錄入；
I. 分發卡片并準備運行井下人員定位系統軟件。
2) 注意事項
A. 分站最好安置在井下有380V 或660V 線路經過的地方；
B. 在所約定安置無線傳感器的位置余留線長2 米左右；
C. 焊接通訊航空接頭時要包好數據線的屏蔽層；
D. 下井前帶上分站開關操縱桿；
E. 傳感器高度要適中（1.5~2 米），正面對準巷道另一壁；
F. 為了保證讀卡的準確率卡片最好固定于員工礦帽上；
G. 管線敷設后應用500V 的兆歐表測其對地絕緣電阻，應不小于20 兆歐；
H. 系統接地：中心室至接地體的工作接地應穿入固定的保護套管，工作接地與保護接地必須分開。
七、 系統軟件界面
1）系統主菜單：
2)設置讀頭巡檢配置表
設置讀頭巡檢配置表。單擊后，彈出分站巡檢表，選中（√）井下安裝的讀頭號，全部選好后，按 保存。雙擊分站檢配置表的空白區，不保存退出。調度程序僅向這些讀頭發送命令和讀取數據。一個圓點代表一個讀頭。當讀頭運行正常，顏色是 綠色，通信中斷是紅色。移動鼠標到某一個圓點，將顯示該讀頭的有關安裝信息。
3）查詢當前井下人員的數量及區域分布情況圖上 代表讀頭。系統安裝后初次運行時是沒有的，通過本子程序的初始化，在地圖上產生讀頭圖標。
A. 初始化
系統運行開始時刪除一些表記錄和讀頭圖標定位。要根據實際情況執行。
B. 清空實時數據表
將實時數據表中的記錄清除，同時清除人員圖層上的人員圖標。
C. 從讀頭管理表產生讀頭圖標
要產生讀頭圖標，完成以下2 步：
(1)單擊此子菜單，系統將根據讀頭管理表中的記錄，產生讀頭圖標，并
將圖標全部暫放在地圖中間位置。
(2)使用讀頭移動工具，將讀頭圖標移到安裝的位置。單擊移動讀頭，將十字箭頭光標移到讀頭圖標上，按下鼠標左鍵，將讀頭移到適當位置。逐步將讀頭圖標移到安裝位置。
D. 圓形區域內人員
鼠標單擊圓形區域內人員，然后移動鼠標到地圖上某點，按下左鍵，拉動鼠標，離開此點，畫出一個虛線圓，放開左鍵，查出此圓形區域內的人員，人員圖標紅色閃爍，人員刷新按鈕為禁止刷新， ，同時在左下方的網格列表中顯示有關數據，如下。在表格區域單擊鼠標右鍵，彈出打印此表格選擇。在表格區域用鼠標左鍵單擊讀頭號，將用箭頭指出讀頭所在。按將清除網格列表。要恢復人員圖層自動刷新，請點擊按鈕 ，變為人員圖層自動刷新狀態
E. 矩形區域內人員
方法如求圓形區域內人員, 不過是虛線矩形內的人員。
F. 人員圖象信息
鼠標單擊人員圖象信息，然后移動鼠標到地圖上某個人員，按下左鍵，將在網格列表中顯示一條該人員的有關數據。同時在地圖右上方顯示該人員的標簽號姓名和部門。雙擊此顯示區域，將清除顯示。
4) 統計考勤功能,任一指定井下人員當天或指定日期的活動蹤跡可具體顯示每個下井人員切確的下井時間和上井時間。并根據工種（規定足班時間），判斷不同類別的人員是否足班，從而確定其該次下井是否有效。在月統計報表中對下井時間、下井次數（有效次數）等分類統計，便于考核。還可打印月考勤報表、任意時間段下井統計等有關報表。
八、 系統工作流程
1） PC 機監控軟件發送配置通訊箱命令（配置內容主要為串口波特率（9600）等及要巡檢的無線傳感器的地址（出廠時通過內置的撥動開關設置，切記同一礦中號碼不能重復），直至配置成功！
2） 數據通訊箱向井下發送地址和控制命令,無線傳感器地址如匹配巡檢命令所包含的地址便向通訊箱逐條發送數據和狀態信號。
3） 數據通訊箱將井下傳感器發來的數據和狀態信號轉換成RS-232 標準信號，與地面主機進行串口通訊。
4） PC 機井下人員監控軟件及時根據所接受的數據更新電子地圖的內容，并保存數據以便隨時統計信息。
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