煤矿井下人员定位系统的现状和发展

煤矿井下人员定位系统的现状和发展

唐兆广

中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015

摘要：煤矿安全生产关系人民群众的生命和财产的安全，各级政府一贯对煤矿的安全生产十分重视。煤矿井下作业远离地面，地形复杂，煤矿事故频发。井下人员实时监控和操作人员的定位是安全生产的重要保证。因此，探讨煤矿井下人员定位系统的现状和发展具有重要的意义。本文首先对射频识别技术进行了概述，详细探讨了整个系统的基本结构组成，旨在促进煤矿行业的安全生产。

关键词：煤矿；井下人员；定位系统；RFID

近些年来随着我国经济的快速发展，为了追求短期的经济利益，使得各种的煤矿安全事件频频发生，国家对于煤矿安全方面的投入也是越来越多，但是现实是目前的煤矿人员的安全措施仍然不到位。相关的人员管理中还是采取人为管理，使得各种事故频频发生，这是由于人为操作所以出错的机会大一些，而且一旦事故发生之后，地面人员不能够知道井下人员的具体分布的情况，使得救援的工作非常难开展，这一点在实际中都已经被广泛的验证了。为了解决这个问题，对于井下工作人员的定位技术的研究课题也就被提上了日程，这种技术可以保证在井下人员需要帮助的时候可以被很方便的找到进而提供各种协助，可以极大地减少各种的伤亡事故的发生，各方面的损失也会变得更少。因此，探讨煤矿井下人员定位系统的现状和发展具有重要的意义。

1射频识别技术概述

射频识别（RadioFrequenceIdentification，RFID）技术起源于二战时期，由最初只在军事领域的应用慢慢发展到现在在民用各个领域的应用，RFID迎来了一个崭新的发展时期。目前，RFID得到了世界各国的广泛关注，大量应用于公路收费、停车场管理、身份识别等方面。

RFID技术是利用无线射频方式进行非接触双向通信，自动识别目标对象获取相关信息数据的无线通信技术。RFID系统一般包括终端机、RFID中间件、读写器和标签几个部分。读写器利用射频信号自动识别电子标签的信息，将信息打包通过中间件发送给上位机，识别过程无需人工干预，可以自动完成信息的传输与处理，可工作于各种恶劣环境，在识别高速运动的物体和同时识别多个标签上有很好的应用。

基于RFID的人员定位系统从无源射频近距离识别阶段、有源微波远距离识别阶段到现在的双向识别通信阶段一共经历了三个阶段。本文设计采用有源微波远距离识别的方案，该方案具有通信距离远，可靠性好，识别速度快等的优点。

2整个系统的基本结构组成

2.1电子标签

为了使得定位技术可以有最好的实用性以及最好的推广的方便性，系统的考虑到重量、成本与运行的维护各方面的情况，本文介绍的方案则主要是一种集成天线的无源电子标签，这种标签的作用半径可以达到十米，无源电子标签在读出器的作用距离之外的话是没有作用的，只有在电子标签的相应的距离之内，接受了读写器的射频能量才能够有反应，进而开始工作的过程。电子标签工作所需要的能量通过电磁耦合单元或天线，以非接触的方式传送给电子标签.每个标签都有一个全球唯一的lD号码――UID（通常为制造时间），可以进行读写、覆盖、增加的操作，可将每一个矿工的个人信息写入其专属卡中，以便读写器进行识别.为了适应煤矿的各种极端条件，此次设计的电子标签进行了防水与防高温的设计，即使在这些极端的情况下也依然会正常的工作。在具体地使用中，考虑到电子标签的易携带性，可以考虑把电子标签和矿灯的电源放在一起，这样可以获得很长的使用寿命。

2.2读写器

由于对整个系统进行整体考虑，考虑到各方面的成本因素并且对煤矿进行实地考察后发现，采用单方面的只读器会获得较好的效果，这种标签在有效的工作范围内，只能够进行电子标签的发射信号的读取，并不能够来对电子标签进行读写操作。在这里采用的工作频段在902～928MHz频段，每个信道占20dB的带宽，约达到50kHz和500kHz之间.与天线配合控制，经过跳频，有效范围可达8～10m，采用ISQl8000―6协议.读写器可与标签以50～100次/s的频率通信，即可识别50～100个/s对象，这种技术标准是完全可以满足煤矿的工作要求的，在实际中可以考虑把读写器固定的安装，固定位置的读写器可以对电子标签进行完全的识别，而且还可以极大地忍受各种的恶劣的情况并且在没有可见光的情况下也是可以读出的，在高温以及外界的粉尘的情况下也可以正常的工作。

2.3天线

本系统采用的天线具有以下的特点，即足够小，可以方便的粘贴到任何的地方，有着各个方向的信号接收的覆盖面，可以获得最大的信号的接收，不论具体的人员处于什么方向上，天线的极化都有可能与读写器之间的询问信号相互的匹配到一起，价格非常便宜。而且具体的依据RFID的工作频段的不一样，电子标签也可以主要分为近距离的感应天线以及远距离的辐射的天线这两种类型，由于系统的需要所以选择了远距离的辐射天线场辐射天线主要有电场偶极子天线、对称振子天线以及微带天线，通常是谐振式的，一般取为半波长。

2.4单片机

单片机的主要功能就是可以管理读写器以及网络接口模块的通讯接口部分，主机需要与单片机进行连接进而来访问电子标签。使用在煤矿的工作条件下的单片机需要具备以下的特点：即价格便宜、节省能量、具有较高的处理速度、体积较小而且具备很好地防爆特点。本系统主要采用的是美国的超低能耗的单片机C8051F30x.C8051F30x单片机具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件，特别是它在设法保持CISI结构及指令系统不变的情况下对指令运行实行流水线作业推出了CIP.51的CPU模式整个指令集的平均运行速度是8051的9.5倍.这种高速的指令运行速度使系统具有了很高的处理速度。

3结束语

综上所述，探讨煤矿井下人员定位系统的现状和发展对提升安全生产信息化管理水平具有重要的作用，因此要进一步加强煤矿井下人员定位系统研究，这样才能促进煤矿行业的安全生产。

参考文献

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作者简介

唐兆广，男，1966.04.09，江苏兴化人，大学本科，毕业院校：武汉测绘学院，专业：无线电技术。