基于精准定位系统的煤矿井下设备管理系统设计

摘" 要：设备管理通常需要人工通过设备管理信息系统进行管理，存在设备实际安装位置与系统数据不准确，以及还因矿井设备多，人工管理难度高的问题。如何综合应用井下现有的各类系统，实现不同系统数据融合，实现设备管理精准、精细化管理的目标，成为该设计的研究内容。作者结合煤矿的几大系统，分析出精准定位系统更加适合与设备管理系统打通，实现设备位置、历史轨迹的精准跟踪及设备电子围栏管理等功能，有效促进设备管理的准确性、安全性、实时性。

关键词：精准定位；煤矿；井下设备；管理设备；围栏

中图分类号：TD76" " " 文献标志码：A" " " " " "文章编号：2095-2945（2024）35-0134-04

Abstract： Equipment management usually requires manual management through equipment management information systems， which may result in inaccurate installation locations and system data. Additionally， due to the large number of mine equipment， manual management is difficult. The research focus of this design is to comprehensively apply various existing systems underground， achieve data fusion between different systems， and achieve the goal of precise and refined equipment management. The author combines several major systems in coal mines to analyze that precision positioning systems are more suitable for integration with equipment management systems， achieving accurate tracking of equipment location and historical trajectory， electronic fence management， and other functions， effectively promoting the accuracy， safety， and real-time management of equipment.

Keywords： precise positioning; coal mine; underground equipment; management equipment; fence

国内煤矿井下使用的设备种类数量非常多，尤其是笔者所在的煤炭集团，是一个大型的矿井集群。煤矿设备多，矿井互相调配使用，煤矿井田大、布置复杂，设备多，设备管理难度较高，但是在设备管理上存在一个问题，即设备使用历史、设备具体使用位置、设备组合情况不够准确，需要依靠人工维护设备位置、调配信息，设备的管理难度较高。结合井下现有的系统情况，结合精准人员定位系统，增加设备定位功能模块，有助于推动设备管理更加科学和精准，提高设备的管理智能化。

结合笔者多年的煤矿经验，好多煤矿都在使用信息化系统对井下设备全生命周期进行管理，受设备的移动变化和设备检修更换等影响，人工管理的成本极高，导致通过平台管理的积极性大大降低，不利于设备管理的持续和广泛的应用。设备在井下安装位置不透明，无法直观分析到设备安装量，经常需要人工统计，不利于设备跟踪。设备维护与巡检管理难。井下环境复杂、设备分布杂散，管理人员很难直观分析设备是否按时检修与保养。

早期的人员定位系统主要是为实现井下的应急救援，当发生事故时能较好地搜索井下人员，便于监控跟踪井下人员信息。随着现代煤矿智能化建设、定位精度的提高，人员定位系统不仅是定位与监控的工具，还具备了数据分析、决策支持、异常预警和风险控制等各类功能，这些成为了矿工安全的重要保障技术。

王顼提出通过精准的定位与围栏实现人员、车辆的闯入识别，以此来预防事故发生和保障作业人员的安全。韩小俊研究了基于精准定位的电子围栏应用，主要基于井下现有的UWB精确人员定位系统和已经相对成熟的AI视频技术，实现对重点区域的全程可视化监控、预警，对井下作业人员的精准位置信息进行实时监测，同时关联控制采掘机械，有效预防安全事故的发生。

由此可见，精准定位系统已随着煤矿智能化建设水平的提高，越来越多地应用在了环境、设备安全、人员接近和车辆管理领域，本文重点从人员定位系统+设备管理系统的建设方面进行了设计，基于人员定位+设备的思路，笔者认为在井下可以对车辆、机电设备、采煤机、支架、掘锚机和梭车等设备通过安装定位卡，扩展精准定位应用空间，拓宽设备管理的路径，提升井下设备管理质量、效率，实现对设备的全生命周期管理，从而提升煤矿安全管理水平。

1" 主要实现设备管理目标

煤矿设备是矿井的重要安全生产要素，也是企业生存和发展的基础保障，是企业的核心资产，因管理不到位极易造成设备损坏、人员伤害和威胁煤矿安全生产，因此参考国家、行业、企业对于设备管理的要求与规范，本系统设计重要实现以下目标：①在设备搬家后能够自动、实时更新设备位置信息和区队信息。②在检查时可以通过检查人位置自动识别附近的设备信息便于查询历史隐患信息。③为了满足管理人员对设备安装情况的直观了解，系统提供了GIS一张地图的功能。实时查看设备的分布、安装状态及相关信息。这不仅提高了决策的效率和准确性，还为设施的整体规划和优化提供了有力支持。④对于井下的管理人员，可以通过手机APP快速查看设备故障数据、设备图纸、检修记录和故障记录等关键信息。只需在设备附近区域，即可获取附近设备所有数据，为现场决策提供了有力支持。同时，现场还可以实现隐患整改情况的核实，确保隐患得到及时、有效的处理。⑤通过基于定位系统实现设备定位，自动地图提示，节省巡检投入，规范巡检流程，实现井下设备巡检与人员轨迹相结合，防止巡检数据造假和检修记录造假，与实际不符，有效提升设备管理质量。

2" 系统架构

基于SOA的面向服务框架设计，系统应在易用性、可靠性、安全性方面进行设计。业务功能涵盖了资产台账管理、点检与维护管理、故障与维修管理、物资备件管理、运行与能源管理、分析报表和数据采集等。

软件展示与使用终端包含APP、PC、GIS大屏。系统使用B/S架构，提高易用性，系统可在移动APP实现现场查询与录入操作，后台实现相关数据管理与计算。采用时序数据库存储设备轨迹数据，关系数据库存储业务数据。

系统应采用统一身份认证平台，使用煤矿统一的管控平台进行集成，做好与ERP、人员主数据等平台的集成，做到系统数据融合与共享，降低系统运维成本。

系统需要实时对接人员定位系统接口数据，将定位数据实时缓存到内存数据库中，便于实时计算临时存储动态变化数据，减少对人员定位系统的访问频率，降低系统负荷。系统的整体架构如图1所示。

3" 系统核心功能

3.1" 设备运行管理

设备管理时需要匹配或维护设备技术参数、设备安装位置、设备采购记录、设备调配、设备检修、设备润滑、设备隐患管理、设备巡检和设备报废等信息。

设备在入井时必须绑定设备定位识别卡，并关联设备的基本信息。标识卡作为识别“上岗证”，只有持有标识卡的设备才允许入井，否则无法实现定位与跟踪。

3.2 设备资产管理

设备管理系统软件建设了统一的设备信息库，对设备的种类、品牌、规格、型号、技术参数、用途、功能、编号、生产厂家、生产时间和设备价格等信息进行统计管理。对于大型煤矿企业应全公司统一建立编码管理，各矿井互相调剂设备时唯一跟踪码始终不变更，便于全生命周期追踪设备。通过平台实现设备和生命周期状态管理，准确统计选型、采购、安装、调配、检修、回收和报废的全过程，保证现场生产可靠运行。

3.3" 设备自动注册

设备自动注册，按照设备定位区域所在的工作面、巷道信息自动注册到设备管理平台中，减少人工注册管理的成本。

按照定位位置自动匹配设备的具体位置，同一区域的设备按照定位数据自动化分为同一区域。设备管理不再像传统管理一样手动在系统中登记设备的安装位置，位置变动时不能实时更新信息，影响设备管理的准确性。

系统与人员定位系统实现无缝对接，共享位置数据。设备的位置不仅可以根据其物理位置自动确定，还可以与在该区域工作的人员信息相关联，为设备管理和人员调度提供更加全面的视角。这种集成化的管理方式不仅提高了设备管理的智能化水平，还有助于优化资源配置，提升整体运营效率。

3.4" 检修管理

设备检修时，检修作业人员定位系统自动关联周边设备，检修作业人员可直接在系统中选择离自己最近的设备进行检修登记，检修时可拍照或录像。

不同的设置可以设置不同的检修保养周期，通过平台进行配置，如设备巡检周期、设备润滑周期等标准和要求进行初始配置，系统根据历史的巡检记录、润滑记录、检修记录进行自动匹配；通过GIS大屏画面展示设备的检修状态；通过大屏实现检修异常的告警提醒，及时发现问题，提醒作业人员及时处置。

针对不同设备类型，配置相关的检修标准，如润滑管理时可配置设备润滑量、润滑油标准、润滑周期。系统分析润滑记录，自动计算润滑时间。当润滑时间到达时，系统会通过消息通知提醒运维人员，降低因润滑不到位造成的设备故障与损坏。

3.5" 设备隐患管理

人员定位、设备定位均可能通过精准定位系统实时取得数据，相关人员在隐患查处、整改时均可通过定位系统与现场实现相匹配。本平台可实现隐患的记录、整改、验收均与定位数据匹配。

隐患记录。管理人员可通过手机APP查询周边的设备隐患情况，也可以通过手机录入设备隐患信息，自动关联设备的位置信息。

隐患整改。检修人员在收到隐患整改通知后，必须到达现场，处置完成时实时录入处置情况，并通过移动终端拍照记录反馈整改情况。系统自动记录人员位置、后台匹配人员位置与隐患设备的位置，防止假整改，假处置情况的发生，提升隐患整改质量。

隐患整改情况的验收。管理人员通过APP自动弹出设备的故障记录和整改记录，并与现场设备的情况进行匹配，实现对设备故障的闭环管理，大大降低整改不彻底的风险，全面提升设备隐患的记录—整改—验收全过程的信息化管控。

3.6" 设备电子围栏

电子围栏是基于井下人员定位系统地图及系统定位数据为基础，通过在地图区域的任意位置画出不规则多边形作为电子围栏区域，当设备定位坐标出现在围栏内部或远离时可实时识别。维护界面如图2所示。

电子围栏程序开发时，计算不规则多边形判断某坐标点在区域内还是外时可通过射线法（也称奇偶规则或交叉数算法）。射线法要求多边形的边不相交。从待判断的点出发，沿任意方向引一条射线，然后计算这条射线与多边形各边的交点个数。如果交点个数为奇数，则点在多边形内部；如果交点个数为偶数，则点在多边形外部；如果射线恰好经过多边形的顶点，则需要根据具体情况进行特殊处理。

设备电子围栏主要实现以下功能。

禁止安装区域告警。可设置指定电子围栏区域禁止某个设备或者全部设备安装。通过在GIS平台上绘画出电子围栏，实现禁止设备进入该区域，有效监管煤矿井下特定巷道禁止安装某些设备的要求，当有移动设备或禁止某些设备出现在某些区域时，使用电子围栏识别，并能自动告警。

安装超过规定上限告警。即通过设置电子围栏区域设备安装上限，当超过规定设备数量时产生告警。

非法移除设备告警。当设置的某电子围栏区域指定设备不得移出时，当检测到设备不在指定的电子围栏区域时，产生告警。

3.7" GIS融合大屏

在调度指挥中心GIS大屏中融合实时显示设备运行状态，当设备出现异常停机、隐患风险时大屏可视化告警展示，便于调度员研判后通过平台通知运维人员处置风险。GIS对于设备围栏监护、运行监控产生的异常均可实时处置，提升整体设备管理的及时性。大屏可分图层进行配置，可根据业务需要配置是否显示设备图层。

4" 测试应用效果

设备管理应用精准定位系统后，可以有效地识别分布在井下各位置设备的情况，通过自动计算和规划，结合设备管理系统数据，有助于提升井下设备的管理水平，更加精准地分析井下设备隐患、故障、检修不到位的集中区域，有针对性地对设备进行管控。

通过设备的精准定位，可有效地识别设备所在的位置，做到设备实时位置的管理、设备出现或者离开指定的区域时告警提醒，尤其是涉及安全生产时能起到技术保安的作用。

测试人员定位系统提供的数据实时性极高，完全能满足设备管理对定位准确性的要求，同时通过电子围栏模拟测试，系统均能正常产生告警数据。相关告警数据如图3所示。

通过对系统的应用有效提升了矿井设备管理的规范性，对隐患的排查更加便捷，对设备隐患的治理更加及时，有效提升了设备管理的精细化水平。

5" 结论

该系统充分利用精准定位系统，并融合应用于煤矿井下设备的管理，充分利用人员定位、设备实时联网定位技术，有针对性地设计了系统架构，并设计了设备检修、设备隐患、设备围栏等核心功能模块，验证了设计的可行性，整体方案是基于现有的精准定位系统，不用重新建设定位系统，能充分利用现有软硬件资源，减少系统建设的成本，有利于资源节约和数据共享。总之，通过融合定位系统能在一定程度上提升设备管理技术手段，也能为矿井设备实现精益化管理提供更多解决方案。

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