基于RFID技术的矿山人员安全装备检查系统

韦民鸿，石嵩

基于RFID技术的矿山人员安全装备检查系统

韦民鸿，石嵩

（北京市劳动保护科学研究所，北京 100054）

现代化煤矿企业安全生产要求不断提高，为了解决矿山人员安全装备漏戴、误戴以及人工检查方式效率低、人工耗费大的问题，提出了基于RFID技术的矿山人员安全装备检查系统。根据RFID技术的工作原理与技术特点，系统采用出入井检查模块、井下检查模块和监控中心管理模块三模块结合的系统构架，通过光纤以太环网+CAN总线结构进行高速数据传输，实现矿山人员安全装备自动检查与违规报警、各部门人员工作考勤以及特殊场所门禁功能，对煤矿企业加强矿工安全监管、提高人员管理水平、保障矿山安全生产具有重要的意义。

RFID技术；矿山人员；安全装备检查；系统构造

近年来，中国煤炭行业不断发展，煤炭年产量从2000年的9.98亿吨增长到2018年的36.83亿吨。煤炭作为中国现在以及未来一段时间内的主要能源，抓好煤矿的生产与安全管理是行业未来发展的重中之重。煤矿工人作为高危职业，相关法规规定入井人员必须穿戴安全帽、矿灯以及自救器等安全防护装备，以保障矿工人身安全，减少事故发生和减轻事故损害。为了防止漏戴、误戴安全装备的情况出现，煤矿企业会对矿山人员进行安全装备检查。目前，矿山人员安全装备检查主要依赖人工完成，存在着人工耗费大、效率低、容易出现漏检和误检等问题[1-2]。因此，笔者基于射频识别（RFID）技术，设计了矿山人员安全装备检查系统。系统通过使用RFID技术识别安全装备上的电子标签来实现安全装备的自动检查，以提高检查效率和准确率，降低人工成本，保障矿山安全生产，减少事故发生，降低事故损害。

1 射频识别技术的技术组成与原理

射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种通过无线射频方式来获取物体相关数据的目标识别技术，利用射频进行空间耦合进而实现非接触自动识别。一般来说，RFID系统由应答器、阅读器和应用系统软件三部分组成。应答器也称为电子标签，主要负责存储数据以及与阅读器进行信息传输，并根据供电方式分为无源标签、有源标签和半有源标签。阅读器也称为读写器，由收发天线、频率发生器、调制电路、存储器等组件构成，主要功能为控制与标签的通信过程以及与应用系统软件的通信。应用系统软件则负责与读写器进行数据的互相传递，将接收的信息加以处理与管理。RFID系统的工作原理是读写器通过天线发出射频信号，当电子标签处于信号覆盖范围内时，无源电子标签凭借感应电流获得能量并激活，激活后的电子标签发射信号给读写器，而有源电子标签则主动发送信号给读写器，无需通过耦合获得能量，读写器在接收信号后，将获取的信息解码传输给应用软件，由应用系统软件对信息进行处理与存储[3-4]。RFID技术可进行非接触式远距离识别，可同时识别目标多，具有快速扫描识别、形状多样化、体积小、可适应恶劣环境、可重复读写、适用性强等特点，而且每一枚RFID电子标签都有全球唯一编码，其存储区能写入数据信息，可作为唯一标识。因此RFID技术在中国煤矿行业中，对煤矿设备管理、人员井下定位与路径跟踪以及矿难救援有较好的应用[5]。

2 矿山人员安全装备检查系统结构

2.1 系统整体架构设计

矿山人员安全装备检查系统由三部分组成：出入井检查模块、井下检查模块与监控中心管理模块。检查模块设备主要由监测分站、识别卡、中继器与警报器等组成。监控中心管理系统配备监测中心主机、数据库服务器、数据采集器、环网交换器、显示器、监控中心操作台、传输接口等设备以及相应系统软件。系统传输网络采用光纤以太环网+CAN总线结构。针对系统的信号传输距离长、井下环境电磁干扰强的问题，采用光纤作为井下环形主干网络通讯介质。各监测分站与环网交换机之间通过CAN总线进行连接，采用双绞线电缆作为传输介质。矿山人员安全装备检查系统结构如图1所示。

2.2 出入井检查模块

出入井检查模块主要进行出入井人员管理与安全装备检查。安全帽、矿灯与自救器等安全装备都内置有唯一编码的电子标签，且标签唯一编码录入数据库中的矿山人员信息表中。表内有姓名、职工ID、籍贯、区队班组、安全帽标签编码、自救器标签编码、矿灯标签编码、入井状态、入井时间、出井时间等相关数据信息。当下井人员佩戴安全装备进入布置在井口的RFID识别区域时，读写器将自动读取安全装备上的电子标签的信息，通过与数据库信息进行对比，判断下井人员是否将安全装备佩戴齐全。如果佩戴齐全，检查系统会允许下井，并将人员信息与时间信息记入软件系统；反之检查系统将发出报警，并拒绝其下井。

图1 系统结构图

人员出井通过井口RFID识别区时，检查系统对人员信息和出井时间进行核对与记录，将信息传输到监控中心并存储至数据库。出入井安全装备检查流程如图2所示。

图2 出入井安全装备检查流程图

2.3 井下检查模块

井下检查模块主要进行井下人员作业期间的安全装备检查与提醒。在井下主要行人巷道与硐室布设监测分站，当井下人员经过监测区域时，RFID读写器会自动读取人员所佩戴的安全装备上的电子标签，并将数据通过光纤传输至监测中心主机，系统软件将存储安全装备信息和时间信息，并和数据库对应信息进行对比。如果井下人员安全装备佩戴不齐全，则检查系统会将通过警报器发出报警，提醒井下人员随身佩戴安全装备。

2.4 监控中心管理模块

监控中心管理模块起信息管理、信息实时监控的作用。管理人员可通过监控中心操作台对人员信息、安全装备信息进行管理，获取下井人员的信息并实时监测其安全装备佩戴信息，通过监控屏幕进行显示，对安全装备佩戴不合格的违规信息进行记录，对违规人员进行提醒与处罚。

3 系统功能

3.1 安全装备自动检查与违规报警

系统通过布置在出入井口和井下巷道的监测分站对人员所佩戴的安全装备进行识别，与数据库中的人员与装备信息进行对比，如果判断煤矿人员少戴、漏戴安全装备，则系统通过警报器对煤矿工人进行提醒与报警。软件系统对煤矿工人的违规信息进行记录与统计，煤矿企业可根据违规信息对安全装备检查不合格的的煤矿工人进行违规处理，对违规工人进行处罚与相应的安全培训，以增强煤矿工人的安全意识，督促工人将安全装备佩戴齐全，保障煤矿工人自身安全。

3.2 考勤

利用安全装备检查系统自动识别安全装备的电子标签信息，系统可以对出入井的人员信息和时间信息进行记录与统计，实现对煤矿各部门、各班组、特殊工种的工作时间与人员信息的考勤功能。系统可对人员考勤信息进行实时查询、历史查询，按照年度、季度、月份进行信息统计。

3.3 特殊场所的门禁功能

由于煤矿特殊的井下环境和作业情况，井下部分巷道以及特殊硐室等区域需要严格控制进出该区域的人员。因此在该区域安设RFID监测分站，对进出人员进行管控，禁止不符合规定的人员进入该区域，实现特殊场所门禁功能，防止无关人员随意进入该区域而发生意外事故。

4 结语

随着煤矿行业自动化程度和安全生产水平的提高，自动化信息采集和人员管理系统会逐渐推广普及。基于RFID技术的矿山人员安全装备检查系统，将RFID技术与安全装备相结合，摆脱了过去低效的人工检查方式，实现出入井和井下矿山人员安全防护装备的全时段自动化识别、检查与违规报警，具有出入井人员考勤以及特殊场所门禁功能，有助于加强矿工安全监管，增强矿工安全意识，提高煤矿的人员管理水平和安全管理水平，在实际煤矿安全生产中具有重要的应用价值。

［1］王志勇，赵洁阳，康静.煤矿工人个体安全防护装备的创新与改进［J］.中国个体防护装备，2012（3）：38-40.

［2］武玉梁.矿井出入口智能检控系统的设计与实现［J］. 中国安全生产科学技术，2012，8（Suppl 1）：5-8.

［3］胡宇轩.物联网关键技术之RFID概述［J］.电子世界，2018（3）：11-13.

［4］邓泽群.射频识别RFID技术及其应用［J］.中外企业家，2019（24）：131.

［5］王亓剑，贾长森，倪志平.RFID技术在中国煤矿行业中的应用［J］.产业与科技论坛，2017，16（18）：69-70.

TD744

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.040

2095－6835（2019）23－0092－02

韦民鸿（1994—），男，广西梧州人，硕士研究生，研究方向为电磁辐射防护与技术。石嵩（1963—），男，黑龙江人，研究生导师，研究员，研究方向为电磁场与微波技术。

〔编辑：张思楠〕