煤矿人员RTLS定位系统方案

　　一、 概述

　　1. 煤矿人员定位系统背景

　　我国是世界上最大的煤炭消费国和生产国。随着国民经济的快速增长，煤炭需求量的不断攀升。近两年来，煤炭供应紧张，随之而来的是各个煤矿生产的超负荷运转，高速发展的生产突显出煤矿安全生产各环节中对于生产隐患治理监测技术水平的落后，相应所导致的各级安全事故也不断发生。由于煤价的不断上涨，过度开采导致的事故也是有发生，如何对矿用人员定位的活动、煤车每天的运输量、瓦斯、风速、火灾、透水等数据做到实时监控，事故发生后，如何准确判定矿用人员定位特别是矿用人员定位定位的受困位置、遇险人员撤退路线、井下的环境监测情况以及及时准确地制定救援方案，这不但对事故的救援还是事前防控都是一个非常迫切要解决的问题。

　　如何加强安全生产的防范措施，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，摆到了国家各级主管部门和领导的面前。同时如何改变目前煤矿企业对矿用人员定位、资产落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息化也成为所有煤矿企业关心的问题。因此集合先进科技手段和一线煤矿安全生产需求开发面向煤矿资产和矿用人员定位的安全监管系统，建立一整套完备的具有智能监控管理、报警、矿用人员定位、 追踪等功能的煤矿人员定位实时监管系统，矿用人员定位系统将大幅度的提升煤矿工作的安全性和管理效率, 降低安全隐患、减少安全事故的发生，同时矿用人员定位系统还可以与现有的系统有效的集成并进行多方面扩展功能,完善整个煤矿人员定位系统的功能，有效地增强系统的安全性，真正意义上实现矿用人员定位、矿用井下人员定位。矿用人员定位系统对矿井人员实施安全监控，将为煤矿企业的安全生产和经营管理上台阶、上水平带来了新的契机。

　　2. 煤矿人员定位系统应用的可行性

　　实时定位系统英文是ReaTime Locating System,简称RTLS。RTLS主要采用无线射频、超声波、红外等技术对物体进行定位。无线局域网实时定位系统(Wi-Fi RTLS)利用标准的IEEE 802.11 无线局域网在室内或室外局部范围内实现跟踪识别以及类似GPS的定位功能。Wi-Fi RTLS系统的市场很广泛，涉及物流、仓储、零售、制造、学校、医院、政府、军队、交通等几乎各个领域。目前，Wi-Fi RTLS技术也逐渐被应用在煤矿上用来对人员和资产进行实时定位管理。

　　Wi-Fi RTLS煤矿人员定位系统结合了Wi-Fi 、RFID、无线传感器网络等多种技术，面向一线煤矿安全生产需求，实现了基于电子地图的煤矿矿用人员定位实时定位和监管。矿用人员定位系统无须重新搭建其他网络或设施，在企业原有无线局域网基础上即能快速部署安装，为煤矿企业提供一套完备的资产、人员追踪定位解决方案。主要功能包括：煤矿巷道电子地图浏览、区域人数分析、基站区域人员报表、地图报警、人员定位、人员实时轨迹监控、人员历史轨迹回放、人员巷道最佳路径分析等功能，为煤矿的安全生产提供了及时有效的矿用人员定位定位和监控功能，并提供了人员逃生的最佳路径分析，以信息化手段提高了煤矿的安全生产能力。

　　目前应用WiFi RTLS技术的煤矿人员定位系统在国外的一些煤矿都得到了很好的应用，矿用人员定位系统大大提高了煤矿井下作业的安全环境，并且极大程度地降低管理成本。

　　Wi-Fi RTLS煤矿人员定位系统为每个矿用人员定位佩戴一块定位标签，在安装煤矿人员定位系统管理软件后，管理人员在电脑前就可以看到每个矿用人员定位活动的区域

　　1、煤矿人员定位系统可以实时定位跟踪矿用人员定位，便于显示、查询人员情况，如：任一时间井下或某个地点究竟有多少人，这些人都是谁?每个人在井下任一时间的活动轨迹;查询一个或多个人员现在的实际位置，方便调度中心可快速正确的电话联系该人员。

　　2、煤矿人员定位系统实时显示矿用人员定位每时每刻在坑道的实时动态分布，根据井下的实际地理情况制作相应的动态图，使井下情况生动形象一目了然;

　　3、一旦发生各类事故，煤矿人员定位系统可以立即能查出有多少人遇险，遇险人员在哪里?他们是谁?同时定位标签特有的报警功能，能够在发生紧急情况时，迅速报警并显示紧急情况位置，最大限度地保障矿用人员定位的人身安全。

　　二、 煤矿人员定位系统监管的设计思路

　　1. 煤矿人员定位系统设计依据

　　GA/T75《安全防范工程程序与要求》

　　MT209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》。

　　2. 系统设计特点

　　高度自动化。系统能自动检测井下坑道工人经过该监测点的时间、地点信息，并自动实现考勤作业的统计与管理。

　　先进的通信系统。安装在井下各通道的识别系统，实时向网络服务器传送相关人员通过的数据，整个过程无需人为干预。

　　完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括工人通过坑道的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位服务。

　　系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品采用坑道壁挂式设计，无需在坑道进行现场施工，并保证系统在恶劣环境下24小时连续正常运转;

　　完善的异常情况(包括无效感应器、失效感应器进入)报警呼叫系统配置。

　　3. 煤矿人员定位系统设计原则

　　· 煤矿人员定位系统实现了矿用人员定位特别是矿用人员定位系统，矿用人员定位系统实现井下坑道作业面工作矿用人员进出的有效识别，使系统管理充分体现"人性化、信息化和高度自动化"

　　· 煤矿人员定位系统为高级管理人员提供考勤作业、人员进出限制等多方面的信息查询。

　　· 一旦发生安全事故，通过煤矿人员定位系统立刻可以知道坑道作业面工作人员的数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

　　· 安全事故发生后，通过煤矿人员定位系统的移动识别装置，可在事故现场10米范围内探测到是否有人存在，便于救护工作的及时展开。

　　· 系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。

　　三、 煤矿人员定位系统方案特点

　　煤矿人员定位系统监管解决方案主要基于无线局域网实时定位系统(Wi-Fi RTLS)，根据煤矿矿井实际定位需求，采用国际先进技术，通过Wi-Fi网络解决矿井内部的人员监控和定位问题，对矿井下各种资源进行有效控制和跟踪。煤矿人员定位系统能够及时、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矿用人员定位、设备的分布状况和每个矿工的位置和运动轨迹，以便于进行更加合理的调度和监控管理。当事故发生时，救援人员也可根据定位系统所提供的数据、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。

　　煤矿人员定位系统解决方案特点：

　　1)煤矿人员定位系统结合Wi-Fi网络，无须再重新搭建其他网络或设施，节省大量的网络建设费用，减少用户初始设备投资;

　　2)煤矿人员定位系统提供实时的矿用人员定位跟踪，可随时查找某个人位置，和在某个时间段内所经过的路径，显示出线路轨迹;

　　3)煤矿人员定位系统定位精度高，3~5米的高精确度定位，准确掌握物体或人员所处位置;

　　4)煤矿人员定位系统采用超低功耗标签设计，可更换电池标签，寿命可达到5年以上，且对人体安全、无辐射损害。

　　5)煤矿人员定位系统设计灵活性强，整个网络系统架构采用模块化结构，某一部分出现故障可以及时更换，不影响其他部件运行。

　　6)煤矿人员定位系统可视化终端平台，以电子地图形式显示人员或物品的位置和移动轨迹，还能显示环境和警报信息，便于环境监测和安全防范。

　　四、 煤矿人员定位系统方案设计

　　1. 煤矿人员定位系统的组成

　　矿用人员定位系统基于无线局域网设计，矿用人员定位系统由以下三部分组成：矿用人员定位定位标签(Wi-Fi Tag)、无线局域网接入点(Access Point)、定位服务器(Locating Server)。

　　系统工作原理：

　　1)定位标签或者无线设备周期性地发出无线信号。

　　2)接入点接收到信号后，将信号传送给定位服务器。

　　3)煤矿人员定位系统定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出标签或无线设备所处位置，并通过电子地图显示其具体位置。

　　2. 系统的拓扑结构

　　煤矿人员定位系统基于无线局域网设计，煤矿人员定位系统主要包括矿用人员定位标签 、无线局域网接入点(AP)和后端监控管理中心(定位服务器)三部分组成：

　　1)矿用人员定位标签作为无线数据采集模块佩戴在每位工作人员身上，系统通过对标签的跟踪实现对人员的跟踪定位。

　　2) AP采用2.4G支持的802.11a/b/g模式，及时采集标签的信息，传输到后端的监控中心，对井下标签设备进行控制管理。每个AP基站在井下有效覆盖范围为100米，对标签的有效精度为3-6米 。

　　3) 安装了定位服务器软件系统的监控管理中心，主要实现实时数据分析处理。分析管理标签数据，通过控制中心的电子地图监视并及时显示各现场标签的位置，数据可同时存入存储数据库，监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员位置。

　　3. 煤矿人员定位系统主要功能

　　(1)、用户管理：矿用人员定位系统方便用户信息录入，权限设置。采用部门委派管理形式，建立树形管理体系，对用户的操作请求进行权限认证。当用户请求的操作具备相应操作权限时，此用户才可以进行相应的操作，同时将本操作记录到操作日志中，当用户请求的操作不具备相应操作权限时，此用户无法进行相应操作。

　　(2)、标签信息维护：矿用人员定位系统提供标签佩戴人员信息管理、包括照片，所属部门、考勤班次、工作区域、健康状况等。

　　(3)、人员管理：矿用人员定位系统实现人员定位，实时的显示工作区域和温度传感，工作状态。实现人员合理调度。

　　(4)、监控区域管理：矿用人员定位系统支持对监控地点、地图等信息的编辑，包括新建、修改、删除。

　　(5)、绩效考勤：矿用人员定位系统可以自动统计下井时间，上井时间，生成统计报表，自动汇总考勤数据。

　　(6)、人员轨迹监控：矿用人员定位系统实时记录移动轨迹，在煤矿井下巷道发生情况时，可用于通知井下工人工作路线和安全逃生路线分析。

　　(7)、一卡通服务：矿用人员定位系统支持和一卡通集成，可以统一管理人员现金使用，购买物品等。

　　(8)、查询统计：矿用人员定位系统提供相关操作日志、报警日志的维护与查询。对整个网络监控系统的信息进行统一处理，其中包括信息的设置、信息的记录、信息的转发及信息的查询。

　　(9)、系统管理：矿用人员定位系统提供系统维护、日志查询、数据导入、数据导出、数据备份、数据上传。

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　　4. 煤矿人员定位系统特性

　　1)基于标准的无线局域网

　　无线局域网非常普及，容易搭建和管理操作;覆盖范围广，室内100米，室外300米甚至更远。无线局域网还可以用于无线上网等其他用途。

　　2)主动式监控

　　所有定位标签每隔一定时间向外主动发出信息，确保每个矿用人员定位都处于相应的安全监控区域内，为人员的监管提供最大程度的现代化高效手段。

　　3)实时定位

　　矿用人员定位系统可以实现对每个定位标签的实时定位，定位精度可达到3米范围。

　　4)防破坏设计

　　矿用人员定位系统定位标签内置导电材料形成回路从而有效防止破坏，一旦标签被切断或破坏，系统立即报警。

　　5)历史跟踪

　　矿用人员定位系统通过记录定位标签的位置，就可以实现对跟踪人员的活动路线回放，轻松实现对矿用人员定位行踪的实时控制。

　　6)全球唯一的电子编码

　　每个定位标签都有全球唯一的编码，和相应人员的信息相联，不会重复导致混乱。

　　7)多标签防冲突设计

　　无线局域网接入点可同时识别对煤矿范围中数以百计的定位标签，标签之间不会发生冲突而造成遗漏。

　　8)紧急报警功能

　　矿用人员定位标签上有报警按钮，可主动报警。矿用人员定位佩戴的定位标签在紧急或危险情况下有报警功能。

　　9)和现有系统集成

　　矿用人员定位系统可以与一卡通服务相结合，也可以无缝接入到现有的煤矿信息管理系统中，并可实现和视频监控系统的联动。

　　10)人性化设计

　　矿用人员定位标签可按人体工程学设计，无过敏反应，不伤害皮肤，并同时满足防水需求。

　　5. 煤矿人员定位系统方案优势

　　目前Wi-Fi网络的普及使得基于Wi-Fi的应用产品越来越普及，应用迅速推广，爆炸性增长。GPS定位局限性直接推动Wi-Fi定位系统应用，传统的RFID也只是门禁和考勤，不能用来做定位。随著RFID的应用不断渗透，新的RFID芯片不断问世，多频段抗干扰能力强。未来一定会被广泛应用在无线传感、无线实时定位等应用，特别是其超低功耗无线传感是其他电子标签所不及。我们正是看到了此行业的发展前景，及时推出新型的WIFI-RFID无线定位系统，打造最先进最经济最优化的实时定位系统。

　　目前基于传统的RFID技术缺少核心定位算法，只是依靠读写器做区域定位，而且盲点很多，不能提供精确定位。网频推出的WIFI-RFID实时定位系统，融合WIFI、RFID特点，后台采用基于RSSI信号强度精确定位算法，射频前端采用功耗和成本更低的有源RFID系统。下面侧重就网频的WIFI-RFID 实时定位系统和现有的WIFI-RTLS做简要对比说明。

　　6. 煤矿人员定位系统方案设计功能描述

　　1)煤矿人员定位系统定位监控

　　(1)煤矿人员定位系统实时监控

　　· 在地图上显示图标对应于标签绑定的人或物;

　　· 对标签进行实时监控，并在地图中显示标签的当前位置;

　　· 标签闪烁表示有报警;

　　· 标签分组，用不同的图标显示;

　　· 定位过程中能实时看到图标平滑移动;

　　· 搜索人员姓名、状态：

　　· 可跟踪指定的标签，地图随着标签的移动自动切换;

　　· 将鼠标移到图标上可以看到图标的信息和状态;

　　· 点击图标后可以显示人员的详细信息;

　　· 可以手动切换地图，查看指定地图上的所有标签的活动情况;

　　· 地图可以放大和缩小，调整到合适的大小;

　　· 跟踪单个标签时地图会自动切换楼层。

　　(2)煤矿人员定位系统实时告警

　　· 触发告警，弹出页面，声音报警，并且显示对应的视频录像;

　　· 点击处理后，页面可以关闭，否则会一直提醒;

　　· 实时报警列表。

　　(3)煤矿人员定位系统轨迹回放

　　· 可以自定义、修改轨迹;

　　· 移动轨迹是平滑显示的;

　　· 可以锁定一个标签，按时间段播放，显示移动(可选择有轨迹或无轨迹)，地图切换;

　　· 可以锁定一张地图，按时间段播放，显示不同标签移动，无轨迹;

　　· 轨迹回放过程中可以显示各类报警(按钮，区域，消失、振动、不动)和声音效果;

　　· 可以全屏播放;

　　· 可以保存某一段轨迹录像;

　　· 可以保存某一段数据，可调用播放;

　　· 可同时使用多个播放。

　　2)煤矿人员定位系统标签管理

　　· 标签发放，通过发卡机，自动获取标签ID;

　　· 将标签与人员绑定：将指定的人员信息和其佩戴的标签进行绑定，在系统中显示的标签即代表佩戴该标签的人员;

　　· 标签更换对应的人员;

　　· 保安信息设置：可在系统中对保安的信息进行设置和管理;

　　· 标签分组、分类：标签可以根据实际情况进行分组和分类。

　　3)煤矿人员定位系统报警管理

　　1) 按钮报警设置：矿用人员定位系统使用的矿用人员定位标签有按钮报警功能，当发生紧急情况时可按下按钮发出报警信息;

　　2) 越界报警——矿用人员定位系统可以设置某些区域属于禁区，未经允许的标签进入将发出报警信息，或某些人不能离开某个区域，一旦离开将发出报警信息;

　　3) 消失报警设置——矿用人员定位系统支持标签消失多种因素(如电池没电、标签越过信号覆盖区域等)，可以设置指定标签的消失报警条件和报警级别，如该标签消失了，将会触发相应的报警;

　　4) 电池低电报警设置——标签每隔一段时间将会向系统报告一次自己的当前电量，可以在系统中设置电量最低界限，一旦标签电量低于这个界限将会发出报警信息;

　　5) 未按规定路线报警——矿用人员定位系统可以指定某个标签在某段时间的行走轨迹，一旦发现该标签偏离指定的行走轨迹达一定的时间，发出报警信息;

　　4)煤矿人员定位系统管理

　　· 用户管理：矿用人员定位系统可设定各种用户权限，用户登录系统后根据自己的权限进行相应的操作和浏览符合权限的内容。

　　· 地图如果已经划分区域，矿用人员定位系统可设定各个标签进出各区域的条件。

　　· AP定位器管理：矿用人员定位系统实时监控AP定位器工作状态，查询历史记录。

　　5)煤矿人员定位系统统计报表

　　标签警告记录：查看所有标签或指定标签的所有警告记录;

　　查看标签报表：查看标签的重要报警，出入区域次数及停留时间统计;

　　操作历史记录：查看用户的操作历史记录;

　　可根据时间段进行数据统计;

　　统计各项工作的执行次数、单人的工作情况和闲置时间、每天各岗位的工作高峰期;

　　对各告警事件发生的时间和区域进行统计分析;

　　根据用户自定义规则，按时间段统计保安巡逻次数、时间段和间隔时间。