基于RFID技术煤矿井下人员定位系统研究

徐强 刘小春

摘要：本文对基于RFID技术的井下人员定位系统进行了研究，介绍了人员定位系统所使用的技术、系统主要组成结构、工作原理。井下人员定位系统是依靠井下网络，实现了无线与有线通讯相结合简单高效的人员跟踪与定位系统；可实现井下人员和矿井机车定位、运动轨迹查询，全矿部门、班组、特殊岗位和特殊工种的考勤、硬件设备维护管理、生产调度指挥以及突发情况的报警。建立可靠实用的煤矿井下人员定位系统， 对于提高矿山管理水平、保证安全生产有着极其重大的意义。

关键词：RFID；识别卡；人员定位系统；系统结构；生产调度

中图分类号： TP202 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）08（c）-0000-00

目前以及今后一段时间煤炭仍然是能源的主体，我国是世界上产煤最多的国家，百万吨煤产量的死亡率高于世界平均水平。由于煤矿井下环境的特殊性和复杂性，矿山井下的生产及安全管理较其他行业相比具有一定的难度。采用射频识别技术（ RFID） 构建的井下人员定位管理系统在提高矿山安全生产，加强灾害预防， 减少事故发生，提高搜救效率体现出其较为优越的实用性。

1射频识别技术

无线射频识别（ Radio Frequency Identify，RFID），是一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号在阅读器和电子标签（识别卡）之间进行非接触双向数据传输， 从而获得其相关特征信息以达到目标识别和数据交换目的[1]。射频识别技术可同时识别多个标签，识别高速运动物体，适用于各种恶劣环境下工作。

RFID系统是由阅读器（Reader）、识别卡（TAG）、天线及应用软件系统四个部份所组成[2]。其工作原理是阅读器发出一定频率的射频信号，识别卡进入磁场后接收该信号，产生感应电流获得能量，然后将存储在芯片中的产品信息以一定的射频信号发送出去，阅读器读取信息解码后，送至应用系统进行有关数据处理。

射频识别技术按应用频率的不同分为低频（135KHz以下）、高频（13.56MHz）、超高频（860M～960MHz）、微波（2.4G～5.8G）。根据相关文献资料，国内煤矿井下人员定位系统阅读器和识别卡之间的通信频率主流是：433MHz 、915 MHz和2.4G Hz[3]。无源识别卡读写距离近，价格低；有源识别卡需要电池供电，适用于远距离读写的应用场合。

2井下人员定位系统结构与功能

2.1 井下人员定位系统结构

井下人员定位管理系统是为适应煤矿管理需求，开发生产的集井下人员定位、考勤、硬件设备维护、日常管理等于一体的综合性应用系统。井下人员定位系统由井上与井下两部分设备组成。系统的地面设备由监控中心监测主机及软件、交换机、共享打印机、UPS等组成。井下设备以RS 485信号作为主要传输途径，配备相应的煤矿井下人员监测分站、安全型识别卡、中继器等。井上-井下信息传输部分根据煤矿现有网络状况，选择基于光纤、以太网、通信电缆等多种传输方式和设备。

井下人员定位管理系统网络结构如图1所示。

图1 井下人员定位管理系统结构

2.2 井下人员定位系统工作原理

井下人员定位管理系统能跟踪井下人员和机车的动态分布情况、数量以及其所在的位置，在现场的使用中，要在井下的在巷道、作业面的交叉道口和人员可能经过的通道中安装监测分站，将它们与地面管理中心的计算机联网。

每个入井工作人员佩戴识别卡（每辆矿车安装识别卡）， 识别卡平时处于睡眠状态，当下井人员（或矿车）进入井下以后， 通过或接近放置在巷道内的任何一个监测分站，被监测分站发出的无线加密电信号激活，发射出唯一的加密识别码无线电信息。监测分站自动检测识别卡信息，并把数据信息传给地面计算机，计算机软件能够准确确定该下井人员（或矿车）的具体信息（个人信息、所在位置、通过的时间等），同时把它显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上[4]。系统工作流程如图2。

控制中心的计算机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员（或矿车）的各种信息报表。另外一旦井下发生事故，可根据电脑中的人员定位分布信息马上查出事故地点的人员情况，然后可再用移动式远距离识别装置在事故处进一步确定人员位置，以便帮助营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。

图2 系统工作流程图

2.3 系统软件功能

（1）选择跟踪、实时跟踪、位置查询和个人定位等功能：可以选择各井下特定人员或机车跟踪其在矿井的运行情况；实时显示各井下人员或机车现在的位置状态及其来源地。能够清楚地反映井下人员及机车活动情况；选定矿井工作面，可以显示此段区域内的井下人员或机车分布情况；显示特定人员的运动轨迹，并可显示其历史运动方向。

（2）考勤功能：通过对下井工作人员的入井、升井时间以及在井下各区域的停留工作时间的记录与统计，完成对全矿部门、班组、特殊岗位和特殊工种的考勤信息实时查询、历史查询、统计；按照要求输出各种信息报表（如下井时间报表、出勤月报表等）和打印；用户管理和注册等。

（3）硬件信息管理功能：对数据监测分站的名称进行管理，对识别卡信息进行录入；具有告警信息实时显示及历史告警查询功能，告警内容包括采集器故障、识别卡电池电量不足、下井超时、禁区闯入、系统参数测试和设定等重要内容。

（4）生产调度管理功能。通过对数据信息查询，矿井可以根据井下人员和矿车实际分布情况实时进行生产调度，已达到优化资源配置，提高生产效率的目的[5]。

3 总结

基于RFID技术的井下人员定位管理系统，可使管理人员方便地了解全矿井各区域的巷道人员分布、车辆数目，准确掌握矿车的分布、作业工人情况、安全物资所在位置，从而科学合理、有效地进行调度，减少经济投入，提高经济效益，提高矿井开采作业安全的水平。该系统技术发展日益成熟， 应用日益普遍，能够充分满足煤矿现场实际要求。井下人员定位管理系统的推广使用对提高整个煤矿的生产效率和安全管理水平具有重要的意义，是矿井安全生产管理系统发展的新趋势。

参考文献

[1] 闫广超，沈 斌，王家海. 井下巷道无线射频识别阅读器多目标约束优化选址方法[J]. 煤炭学报 ， 2012，（09）

[2] 李俊杰， 赵立厂， 赵亮. 基于超高频射频技术的井下物资运输管理系统[J]. 工矿自动化 ， 2011，（06）

[3] 尚亮， 李文峰， 李白萍. 井下无线人员定位搜救系统最佳工作频率研究[J]. 煤矿安全 ， 2008，（03）

[4] 赵海涛，逄明祥，郑丰隆，王凤瑛. 基于射频识别的矿车定位监测系统[J]. 煤矿机械 ， 2010，（11）

[5] 张 华 ， 魏 臻. 无线射频识别技术 RFID 及其应用[J]. 计算机安全 ， 2007，（07）

[6] 黄绪勇， 李国义， 杜 鹏，. 基于射频技术的井矿智能标识卡的设计[J]. 煤矿机械 ， 2010，（03）

[7] 温 良. 基于AT86RF230煤矿井下无线传感器网络的网关设计.煤矿机械 ， 2011，（08）

[8] 邱理科. 煤矿井下人员定位系统原理及应用[J]. 煤矿现代化 ， 2007，（01）