上海聚來井下人員及設備定位系統(tǒng)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(tǒng)。也是國內技術最先進、運行最穩(wěn)定、設計最專業(yè)化的井下定位系統(tǒng)。這一科技成果的實現(xiàn),將為煤礦企業(yè)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。
一、系統(tǒng)概述
上海聚來射頻電子技術有限公司基于第三代RFID技術研發(fā)的井下人員、設備定位跟蹤系統(tǒng)是采用目前國際上最先進的BEST-RFID技術的井下定位系統(tǒng)。能夠及時(無輪巡、無延時)、準確(無錯碼、無漏卡)地將井下各個區(qū)域人員及設備的動態(tài)情況反映到地面計算機系統(tǒng),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(fā)生時,井下人員可以通過持有的定位卡片向地面機房求救,救援人員也可根據(jù)上海聚來井下人員及設備定位系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、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。
第三代RFID技術---BESTRFID---又稱卓越RFID。是從第一代RFID不能準確無誤識別人員信息—--到第二代RFID只能單讀頭較準確識別,再到第三代BESTRFID---卓越RFID能網絡化、多方向、多讀頭,(兩個以上、單一子網即多可達上百個,整個網絡可達上千個)同時準確識別人員定位信息的本質性飛躍。
第三代RFID技術---BESTRFID,又稱卓越RFID,應用0.13um芯片制造工藝,依靠世界頂尖的射頻電子技術專家,整合國際上最領先的天線技術、光通信技術、工業(yè)以太網傳輸技術、數(shù)據(jù)庫處理技術、計算機軟件技術、地理信息系統(tǒng)技術、互聯(lián)網技術、工程結構學技術、井下應急救災技術等多學科的綜合課題攻關,全面、完善、徹底地解決了井下人員定位系統(tǒng)中遇到的前兩代RFID無法突破的技術瓶頸問題。
前兩代RFID技術雖然在一些應用中能解決單一讀頭識別,但當系統(tǒng)要求兩個以上讀頭組成系統(tǒng)網絡,用于識別人員信息和定位時,會出現(xiàn)人員信息、定位數(shù)據(jù)延時達10秒、10個以內讀頭數(shù)據(jù)延時就達30秒,10個以上讀頭,數(shù)據(jù)延時高達三、五分鐘以上甚至十數(shù)分鐘的不治之癥。并且,多讀頭時數(shù)據(jù)傳輸較慢。因數(shù)據(jù)輪巡,各讀頭數(shù)據(jù)只能分批上傳,造成井下人員的定位信息忽前忽后,定位軌跡上下亂竄。根本不能即時有效反應井下人員的位置信息。更突出的問題是,整套子系統(tǒng)讀頭數(shù)量不能超過30個,超過時就要增加通信箱,造成數(shù)據(jù)延時成倍增加,延時達五分種甚至十幾分鐘,井下30秒,人就可能移動一百米,五分種以上的人員定位信息,人員就更加無法確定去向。這樣的系統(tǒng)根本就不再有人員定位價值。再者,嚴重的是,前兩代系統(tǒng)不具有方向性,或方向性只能在兩個讀頭間,單進單出。不能進行三、四、五、六分巷以及整個定位系統(tǒng)方向性判別。
第三代BESTRFID不僅單一讀頭與卡片間能完美地達到超高速識別、超遠距離識別、超低功耗、超大流量識別,而且較前兩代RFID而言,BESTRFID真正實現(xiàn)了RFID技術的網絡化應用和高速即時數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹⒍嘧x頭(兩個以上、單子網就多可達上百個)同時準確識別的難題,更重要的是識別數(shù)據(jù)甄別、上傳不再有輪巡、延時。各讀頭之間都有方向性,都能有效判斷方向性,而且井下、井上同一時間觸發(fā),一秒鐘內上位機判別,沒有延時。
第三代BESTRFID同時也解決了前兩代RFID技術感應距離短、防沖突能力差的致命弱點。多頻段多頻道碰撞性轉移,杜絕了沖突的可能。其各項技術指標在同類產品中均處于行業(yè)領先地位,開創(chuàng)了真正的超遠距離、真正網絡化、高速移動條件下、超低功耗發(fā)射、真正即時傳輸?shù)淖R別技術的新紀元。
第三代BESTRFID,由上海聚來射頻電子技術有限公司融合國際一流RFID技術專家、計算機軟、硬件、網絡專家、光通信專家、煤礦非煤礦搶險救災搜救專家綜合課題攻關的成果研發(fā)成功。 [nextpage]
二、系統(tǒng)總體設計思路
井下人員定位跟蹤及考勤管理系統(tǒng)涉及計算機軟件、數(shù)據(jù)庫、電子電路、防爆本安電源、數(shù)字通訊、無線識別RFID技術、井下工業(yè)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(wěn)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(xiàn)有成熟的高速工業(yè)以太網系統(tǒng)作為主傳輸平臺,開發(fā)相應的井下人員跟蹤定位基站、人員無線編碼發(fā)射器等設備與系統(tǒng)掛接,通過井下人員跟蹤定位基站及考勤管理專用軟件與主系統(tǒng)以標準的專用數(shù)據(jù)庫進行后臺數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)井下作業(yè)人員的跟蹤定位和安全管理。系統(tǒng)總體設計主要體現(xiàn)在:
1.實現(xiàn)煤礦井下作業(yè)人員進出的有效識別和監(jiān)測監(jiān)控,使管理系統(tǒng)充分體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動化”,實現(xiàn)數(shù)字礦山的目標。
2.為煤礦管理人員提供人員進出限制、考勤作業(yè)、監(jiān)測監(jiān)控等多方面的管理信息,一旦發(fā)生安全事故,通過該系統(tǒng)可在事故現(xiàn)場10~30米范圍內可立刻探測該作業(yè)面工作人員及其數(shù)量,保證搶險救災和安全救護工作的高效運作。
3.系統(tǒng)設計具備安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。
4.輕松聯(lián)網,BS結構,輕松實現(xiàn)縣、市、省及更廣闊地域聯(lián)網監(jiān)控。
三、系統(tǒng)設計原理及依據(jù)
1、系統(tǒng)設計原理
井下人員定位管理及搜救系統(tǒng)是由地面監(jiān)控中心主計算機在系統(tǒng)軟件支持下,通過數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集器進行數(shù)據(jù)信息采集,無線數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送至地面中心站。數(shù)據(jù)信息經分析處理后,將井下人員(或機車等移動目標)動態(tài)分布在主計算機界面中得以實時反映,從而實現(xiàn)井下安全狀態(tài)在井上數(shù)字化管理的目的。
遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則,將標識卡視為“上崗證”或“坑道準入證”,按準許上崗人員實行“一人一卡”制。
(1)根據(jù)礦井監(jiān)測需求,在井下坑道、峒室、作業(yè)面等地點安裝無線數(shù)據(jù)采集器,并通過電纜/光纖數(shù)據(jù)傳輸接口相互連接為井下高速工業(yè)以太網,從而構成完整通訊線路。
(2)煤礦生產單位輸入工作人員相關信息后,向下井工作人員頒發(fā)并裝備標識卡。
(3)系統(tǒng)數(shù)據(jù)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。
(4)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(tǒng)的地點時被系統(tǒng)識別。系統(tǒng)將讀取該卡號信息,通過系統(tǒng)傳輸網絡,將持卡人通過的路段、時間等資料傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)管理,并可同時在地理信息大屏幕墻上出現(xiàn)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(tǒng)將自動報警,安全監(jiān)控中心值班人員接到報警信號,立即執(zhí)行相關安全工作管理程序。
(5)生產單位可根據(jù)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(yè)面。為防止無關人員和非法人員進入坑道或作業(yè)面,系統(tǒng)設置該卡準入坑道或作業(yè)面的時效管理模塊及卡的失效、報失等。
(6)坑道一旦發(fā)生安全事故,監(jiān)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10-30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。
(7)系統(tǒng)可自動生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理等方面的報表資料,提高管理效益。[nextpage]
2、系統(tǒng)設計依據(jù)
(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》
(3)國家安監(jiān)總局《煤礦井下人員位置管理系統(tǒng)標準(建議)
四、八大性能優(yōu)勢
1、整套系統(tǒng)控制流和數(shù)據(jù)流不輪詢,無延時:真正標準CAN技術+井下工業(yè)以太網平臺。系統(tǒng)從芯片設計起就定制為CAN+工業(yè)以太網結構,不論定位傳感器有多少(2-112個)都不用系統(tǒng)輪詢,數(shù)據(jù)再沒有延時。解決了同類產品當系統(tǒng)要求兩個以上讀頭組成系統(tǒng)網絡,用于識別人員信息和定位時,會出現(xiàn)人員信息、定位數(shù)據(jù)延時達10秒、10個以內讀頭數(shù)據(jù)延時就達30秒,10個以上讀頭,數(shù)據(jù)延時高達三、五分鐘以上甚至十數(shù)分鐘的不治之癥。從而從根本上解決了因數(shù)據(jù)輪詢,各讀頭數(shù)據(jù)只能分批上傳,造成井下人員的定位信息忽前忽后,定位軌跡上下亂竄,不能即時有效反映井下人員的位置信息的問題。
2、防碰撞功能。多頻段多頻道碰撞性轉移,杜絕了沖撞的可能。
3、無誤碼亂碼。從設計結構和技術協(xié)議上保證了BEST-RFID產品不會出現(xiàn)任何亂碼現(xiàn)象。BEST-RFID采用獨有的校驗冗余糾錯算法,并結合分布式計算技術、神經網絡技術、網絡信息融合技術,實現(xiàn)網絡自喚醒、自容錯、自愈合、無誤碼、無亂碼。
4、系統(tǒng)自檢功能。當系統(tǒng)部分設備發(fā)生故障時,一秒鐘內上位機判別,并初步判斷故障原因,能輸出和打印相關信息報表。
5、可靠、有效的緊急呼救功能。每張定位卡片上自帶專門設計、被《中華人民共和國專利法》-功能型專利保護的緊急呼救裝置。當井下人員遇險時,持卡人員方便有效地向地面機房、搜救人員呼救。監(jiān)控機房可第一時間根據(jù)呼救報警,結合有效手段,對井下求救和災害信息進行辨別處置,必要時向井下發(fā)出廣播信息。搜救人員使用手持探測設備可以查找遇險人員。
6、卡片標簽低電壓報警功能。卡片電池使用時間可達五年以上,在長期使用后,電池將要耗盡時,可自動提示更換卡片電池。BEST-RFID出現(xiàn)低電壓提示后,電池仍能正常使用一月以上。
7、精確空間定位功能。在讀頭有效識別距離間隔下,卡片在各讀頭間可實現(xiàn)精確區(qū)域定位。在讀頭依次排列下,讀頭間隔為最小定位精度,讀頭間隔10-2000米以上可調。
8、結構緊湊、防潮、抗干擾、安裝方便。全套系統(tǒng)本安型結構設計,ABS抗靜電外殼;徹底防潮結構設計,最惡劣井下環(huán)境也能長時間穩(wěn)定工作;環(huán)境適應性,高抗干擾性,對井下干擾源、周界環(huán)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。