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井下人员及设备定位系统方案书（简）
摘要： 井下人员位置监测（定位考勤）系统涉及计算机软件、数据库、电子电路、防爆本安电源、数字通讯、无线识别技术等方面。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。项目方案确定利用现有成熟的煤矿高速工业以太网加现场总线系统作为主传输平台，开发相应的井下人员跟踪定位传感器、人员无线标识卡等设备与系统挂接，通过井下人员跟踪定位传感器及考勤管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现井下作业人员的跟踪定位和安全管理。xiawei-1@126.com 夏纬13331816612 QQ:727523261
上海秀派电子科技有限公司(ShangHai Super Ele&Tec Co.Ltd)为专业致力于远距离射频识别（RFID）产品战略研究的高科技公司。公司坐落于上海交通大学慧谷高科技中心，为交大高科技基地的重点孵化企业,并分别与交大软件学院和信息安全学院联合建立了软件和硬件实验室。依托交通大学的技术和人才优势，经过多年的经验及产品积累，公司拥有一支一流的软、硬件队伍，可完成远距离目标识别、数据传输等产品研发、生产。
秀派公司作为目前国内RFID领域内技术和产品化的佼佼者，成功的吸引了国际著名的风险投资机构“IDG 技术创业投资基金（IDG Technology Venture Investment III, L.P.）”的入注，也是目前国内RFID行业第一家被国际风险投资投资的业内企业。
地址：上海市虹桥路333号交大慧谷高科技基地608
电话：021-64646641，64646643，64692252
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第一章 上海秀派井下人员位置监测 （定位考勤）系统方案
5.1 系统概述
上海秀派井下人员定位考勤系统是上海秀派电子科技有限公司在自主核心研发的第二代超级RFID识别端技术平台基础上，结合了国内通信、计算机等先进技术相关厂家研制的，采用目前国际上最先进的.18芯片技术的井下定位系统。上海秀派井下人员定位考勤系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据上海秀派井下人员定位考勤系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。
上海秀派井下人员定位考勤系统是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等一体的综合性运用系统。也是国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的井下定位系统。这一科技成果的实现，将为煤矿企业的安全生产和日常管理上台阶以及事故急救带来了新的契机。
5.2 系统总体设计思路
井下人员位置监测（定位考勤）系统涉及计算机软件、数据库、电子电路、防爆本安电源、数字通讯、无线识别技术等方面。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。项目方案确定利用现有成熟的煤矿高速工业以太网加现场总线系统作为主传输平台，开发相应的井下人员跟踪定位传感器、人员无线标识卡等设备与系统挂接，通过井下人员跟踪定位传感器及考勤管理专用软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现井下作业人员的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在：
1. 实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字矿山的目标。
2. 为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，通过该系统可在事故现场10～30米范围内可立刻探测该作业面工作人员及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。
3. 系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。
4. 轻松联网，BS结构，轻松实现县、市、省及更广阔地域联网监控。
5.3系统设计原理及依据
5.3.1系统设计原理
上海秀派井下人员位置监测系统是由地面监控中心主计算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，定时对井下安装的无线数据传感器进行数据巡检和信息采集，无线数据传感器将自动采集有效识别距离内的标识卡的信息，并根据系统指令，通过传输网络将相关数据传送至地面中心站。数据信息经分析处理后，将井下人员（或机车等移动目标）动态分布在主计算机界面中得以实时反映，从而实现井下安全状态在井上数字化管理的目的。
遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，将标识卡视为“上岗证”或“坑道准入证” ，按准许上岗人员实行“一人一卡”制。
1) 根据矿井监测需求，在井下坑道、峒室、作业面等地点安装具有进出方向、时间识别能力的无线数据传感器，并通过光纤数据传输接口相互连接为井下高速工业以太网，从而构成完整通讯线路。
2) 煤矿生产单位输入工作人员相关信息后，向下井工作人员颁发并装备标识卡。
3) 系统数据库记录该标识卡相对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等基本信息。
4) 进入坑道的工作人员必须随身携带标识卡，当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别，系统将读取该卡号信息，通过系统传输网络，将持卡人通过的路段、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名。如果感应的无线标识卡号无效或进入限制通道，系统将自动报警，安全监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。
5) 生产单位可根据生产计划，对该标识卡进行授权管理。授权范围包括：该员工可以准入的坑道或作业面。为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该卡准入坑道或作业面的时效管理模块及卡的失效、报失等。
6) 坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，救险队使用移动式远距离识别装置，在10-30米的范围内方便探测遇险人员的位置，便于救护工作的安全和高效运作，便于事故救助工作的开展。
7) 系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。
5.3.2 系统设计依据
（1） GA/T75《安全防范工程程序与要求》
（2） MT209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》
（3） 国家安全生产监督管理总局煤矿井下人员位置监测系统通用技术条件和使用管理规范
5.4系统功能及特点
5.4.1系统功能
实时井下人员动态显示：
1) 任一时间查询并显示井下某个地点的人数、分布情况及身份。
2) 查询一个或多个人员现在的井下实际位置、活动轨迹。
3) 记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员（如：瓦斯检测人员）是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。
丰富的人员下井考勤能力：
可对出入井人员进行统计，实现下井人员考勤记录，建立并打印人员出入井的各种信息报表（如：下井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等），方便管理人员的查询与管理。
信息多点共享：
系统中心站及网络终端可以局域网方式联网运行，使网上所有终端在使用权限范围内实现信息多点共享，供多个矿井各部门及领导同时在不同地点共享监测信息、系统综合分析信息、查询各类数据报表。
丰富的地图功能：
具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能，支持多种图形格式。鼠标和键盘均可操作，全面支持实时多任务。
禁区报警功能：
对于指定的禁区，如果有非授权人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人数及身份。
灾后急救信息：
一旦发生各类事故，上位机上立即能显示出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果。
后备电力：
系统产品的坑道壁挂式设计，保证系统在恶劣环境下能连续运转，并提供断电后2小时的供电电源。
传感器应急功能：
井下人员跟踪定位传感器与地面中心站失去联系时，仍能独立工作，自动存储人员监测数据，同时传感器具有汉字液晶显示人员编码和时钟功能，可用遥控器查询记录。
下井人员身份判别和逐一对应功能：
上海秀派的井下人员位置检测考勤系统，拥有专门的接口功能，能对下井人员身份进行迅速、群发、快速判别和逐一对应功能，确保管理到位。
5.4.2性能特点
强大的系统处理能力：
1) 采用L-H调度算法优化系统数据处理能力；
2) 高度自动化，自动监测、统计、分析信息，整个过程无需人为干涉；
3) 基于GIS技术的地理信息显示、查询系统；
4) 完善的数据分析能力；
5) 通讯距离远，可达20公里以上。
卓越的识别性能：
1) 高度的识别可靠性，100%的前端识别率；
2) 识别距离远（地面识别距离可达80米）；
3) 极高的防冲突性（每个检测点可最多同时识别200个人员）；
4) 高度的识别稳定性（误码率小于10万分之1）；
5) 快速的识别速度（最快可达到200公里/小时的识别速度）。
现场优势：
1) 环境适应性：高抗干扰性，对井下干扰源、周界环境无特殊要求；
2) 安装方便性：传感器一体化结构设计，无需外接天线或地感；
3) 运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化。
电气特性：
1) 超低功耗，无线标签在不更换电池的情况下可连续正常工作5年；
2) 方便性、安全性，标签无须外接矿灯电源，无须充电、无须更换电池；
3) 无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康。
5.5系统硬件及软件
5.5.1系统硬件特点
1、工控频段
由于采用无线的传输介质，上海秀派无线传感器网络克服了许多传统有线网络传输信息的弊病。在一些物理障碍和特殊环境下，有线网络是不可能实现的。另一方面，与传统的公网无线通讯相比，2.4G工控频段无线通讯无需无线电管制委员会批准，不需缴纳频谱占用费用。
2、低功耗
上海秀派无线传感器件在技术上采用了合理休眠模式，具有收发信息功耗低等特点，确保能在电池支持下持续工作长达 5年左右。同时，整体结构的低功耗设计既保证了设备的有效运转，又减少了应用实施的复杂性和成本。
3、设备体积小
上海秀派无线传感器网络的基本单元是硬币大小的智能计算传感设备。现代集成电路技术的集成度和产品性使得上海秀派无线传感设备的体积在不断地小，而它的功能却越来越强大。微小的体积不但使得在特殊环境下的应用成为可能，也大大降低了安装和维护的要求与成本。
4、网络容量大
一个传感网络可以容纳多达六万五千的微型智能传感器件和大量的接入点。大容量保证了网络强大的数据采集能力。同时，网络的高冗余性保证了整个网络在个别节点停止工作的情况下仍然可以正常运转。
5、精密、可靠
上海秀派无线传感器网络的精确性、可靠性、稳定性是传统方式的百倍以上。上海秀派无线传感系统核心技术目前采用独有的U-CORT算法，并结合分布式计算技术、神经网络技术、网络信息融合技术，实现网络自唤醒，自容错，自愈合。
6、运行及维护成本低
综合以上，上海秀派无线传感器网络的特性，可以看出，建网所需要的人工费用是很低的。任何一个经过授权的微型智能传感器件只要放在网络的无线信号覆盖范围内，就可自动加入网络工作，无须任何安装配置。高度智能化最大程度上降低了网络维护所需的人力和时间，加上网络节点本身价格低廉，使得上海秀派无线传感器网络的维护成本极低。
7、 技术特点：
多种信号采集
极低的电流功耗
250kbps 2.4GHZ IEEE802.15.4 兼容的射频收发
< 10us 的快速激活/睡眠状态转换
硬件层加密与身份验证安全特性
数字信号强度（RSSI）与无线连接质量（LQI）支持
高速光纤工业以太网的应用使整个系统的传输速率由几百字节提高到百兆，实现了传输速率质的飞跃，从而可实现多点并发式查询，即多个采集点同时上传数据，极大的缩短了采集时间，从而极大的提高了实时性。
先进的上海秀派无线传感器网络技术与所需的传感器相连，从而实现移动动态的采集，如瓦斯、矿压、矿温等环境参数均可实现移动动态的采集。
先进的自有技术上海秀派的应用，极大的提高了产品的可靠性和产品的识别能力。如专有的时间戳技术，即在每一个接收到的信息基础上加入采集时间信息，使整个系统更为可靠。
实现了井下人员实时跟踪定位、机车实时跟踪定位、辅助考勤、历史查询等四大重要安全管理功能。还能为灾后搜救提供探测定位功能。
整个系统留有丰富的软硬件接口，具有极大的开放性，可根据用户的需求作相应的调整。
上海秀派井下人员位置监测系统在井下可容纳640个数据传感器，每个数据传感器可同时采集200张以上标识卡信息，整个系统可容纳标识卡上亿个，足以满足现有大中型煤矿的需要。
5.6配置要求、系统图及实施步骤
5.6.1运行设备配置要求
地面中心站
地面中心站主机服务器采用工控机。
A. CPU：使用相当于Intel公司的Pentium IX或以上级别的CPU；
B. 操作系统：Windows2000以上操作系统；
C. 内存：512M以上；
D. 显卡：Windows系统兼容，含有1MB以上的显示内存，800*600分辨率以上；
E. 硬盘：10G以上。
