矿井人员定位系统(201X.5.8下午)伍云霞ppt课件

矿井人员定位系统 伍云霞博士副教授中国矿业大学 北京 主要内容 一 相关政策和标准二 系统的作用和意义三 人员定位系统功能四 系统整体结构五 系统网络结构六 系统无线通讯技术七 系统建设八 存在问题及解决方案 相关政策 1 国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知 国发 2010 23号 要求煤矿和非煤矿山要安装监测监控系统井下人员定位系统紧急避险系统压风自救系统供水施救系统通信联络系统等技术装备 相关政策 2 安监局关于 建设完善煤矿井下安全避险 六大系统 的通知 安监总煤装 2010 146号 要求建设完善煤矿井下人员定位系统 发挥井下人员定位系统在定员管理和应急救援工作中的作用 3 安监局 煤矿井下安全避险 六大系统 建设完善基本规范 试行 安监总煤装 2011 33号 按照 煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范 AQ1048 2007 的要求 建设完善井下人员定位系统 必须满足 煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件 AQ6210 2007 的要求等 相关标准 1 AQ6210 2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件 2 AQ1048 2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范 人员定位系统作用 人员定位系统作用 1 遏制超定员生产 通过监控入井人数 进入采区 采煤工作面 掘进工作面等重点区域人数 遏制超定员生产 2 防止人员进入危险区域 通过对进入盲巷 采空区等危险区域人员监控 及时发现误入危险区域人员 防止发生窒息等伤亡事故 人员定位系统作用 3 及时发现未按时升井人员 通过对人员出 入时刻监测 可及时发现超时作业和未升井人员 以便及时采取措施 防止发生意外 4 加强特种作业人员管理 通过对瓦斯检查员等特种作业人员巡检路径及到达时间监测 及时掌握检查员等特种作业人员是否按规定的时间和线路巡检 人员定位系统作用 5 加强干部带班管理 通过对带班干部出入井及路径监测 及时掌握干部下井带班情况 加强干部下井带班管理 6 煤矿井下作业人员考勤管理 通过对入井作业人员 出 入井和路径监测 及时掌握入井工作人员是否按规定出 入井 是否按规定到达指定作业地点等 人员定位系统作用 7 应急救援与事故调查技术支持 通过系统可及时了解事故时入井人员总数 分布区域 人员的基本情况的等 若事故时 系统不被完全破坏 还可在事故后2小时内 系统有2小时备用电源 掌握被困人员的流动情况 在事故后7天内 识别卡电池至少工作7天 若识别卡不被破坏 可通过手持设备测定被困人员和尸体大致位置 以便及时搜救和清理 人员定位系统作用 8 持证上岗管理 通过设置在人员出入井口的人脸 虹膜等检测装置 检测入井人员特征 与上岗培训 人脸 虹膜数据库资料对比 没有取得上岗证的人员不允许下井 特殊情况 如上级检查等 需经有关领导批准 并存储纪录 9 具有紧急呼叫功能的系统 调度室可以通过系统通知携卡人员撤离危险区域 携卡人员可以通过预先规定的紧急按钮向调度室报告险情 人员定位系统功能 人员定位系统功能 AQ1048 2007标准规定功能要求位置监测管理存储 报警 显示 打印 查询等 人员定位系统功能 还应具有人机对话自诊断网络通讯 人员定位系统功能 监测功能携卡人员出 入井时刻 出 入重点区域时刻 出 入限制区域时刻等监测携卡人员出 入巷道分支方向携卡人员出 入避难硐室或可移动式救生舱时刻对乘坐电机车等各种运输工具的携卡人员进行准确识别识别多个同时进入识别区域的标识卡标识卡工作是否正常和每位下井人员携带1张卡唯一性检测功能 人员定位系统功能 管理功能携卡人员下井总数出 入井时刻下井工作时间超时人员总数以上数据显示 打印 查询及报警 当前井下人员分布 单击 此处 可以对姓名为 肖正伟 的职工的活动轨迹进行跟踪 如下图 肖正伟 当天在井下的活动轨迹 特定的人员进行井下跟踪 双击当前位置可以调出员工马亚军的活动轨迹 蓝色的是当天的活动轨迹 灰色的是昨天的活动轨迹 员工当前位置查询 单击 当前位置 将调出员工的近期活动轨迹 井下员工查询 目前在井下作业的所有职工 鼠标停在表格中的 在此停留 字段上将显示下边的图片 员工分布查询 超时员工查询 人员定位系统技术指标 主要技术指标 1 最大位移速度不得小于5m s 2 并发识别数量不得小于80 3 漏读率不得大于10 4 4 识别卡与分站之间的无线传输距离不小于10m 5 工作时间 不可更换电池的识别卡的电池寿命应不小于2年 可更换电池的识别卡的电池寿命应不小于6个月 采用可充电电池的识别卡 每次充电应能保证识别卡连续工作时间不小于7d 人员定位系统整体结构 人员定位系统整体结构 整体结构地面监控中心监控主机系统软件数据传输接口传输平台交换机等井下无线信号及数据采集设备读卡分站识别器标识卡 人员定位系统整体结构 地面监控中心监控主机整个系统设备及人员检测数据的管理分站实时数据通讯统计存储屏幕显示查询打印画面编辑网络通讯 人员定位系统整体结构 地面监控中心系统软件完成人员信息采集 识别 编辑远程数据联网上传网页发布 人员定位系统整体结构 地面监控中心数据传输接口井上的组成部分与井下设备进行通讯 井下无线信号及数据采集设备读卡分站矿用电源箱动态目标识别器人员标识卡 人员定位系统整体结构 井下无线信号及数据采集设备读卡分站收集识别器采集的数据上传至地面中心站 矿用电源箱隔爆兼本质安全具有备用电源功能的稳压电源 人员定位系统整体结构 井下无线信号及数据采集设备动态目标识别器目前主要采用RFID识别技术 人员标识卡具备单向或双向呼叫功能 人员定位系统网络结构 人员定位系统网络结构 总线式电缆独立组网结构光纤专网组网结构工业以太环网组网结构 人员定位系统网络结构 总线式电缆独立组网结构 人员定位系统网络结构 光纤专网组网结构 人员定位系统网络结构 工业以太环网组网结构 系统无线通信技术 系统无线通信技术 射频识别技术2 4G无线通讯技术2 4G直序扩频通讯技术OFDM正交频分复用通讯技术 系统无线通信技术 射频识别技术射频识别 RFID 是20世纪90年代兴起的一种非接触式的新型自动识别技术基本原理是电磁理论 即利用无线电波对记录媒体进行读写 和条形码有三点不同 系统无线通信技术 射频识别技术第一 可以识别单个的非常具体的物体 而不是像条形码那样只能识别一类物体 第二 采用无线电射频 可以透过外部材料读取数据 而条形码必须靠激光来读取信息第三 可以同时对多个物体进行识读 而条形码只能一个一个地读 此外 储存的信息量也非常大 系统无线通信技术 射频识别技术特点操作简单方便高速移动目标的识别标识卡完全密封 具有良好的防水 防尘 防污损 防磁 防静电性能 适合在井下恶劣环境中工作传输数据经随机序列的加密完善 保密的通信协议通信协议具有防碰撞机制 可实现同时对多个移动目标进行识别信号的穿透能力强 墙壁 路面 衣物 人等数据传输量小 抗干扰能力强 感应灵敏易于维护 操作 系统无线通信技术 射频识别技术组成标签 Tag 即射频卡 由耦合元件及芯片组成 含有内置天线 用于和读卡器射频天线间进行通信读写器 Reader 发射无线电射频信号接收电子标签反射的无线射频信号处理后获取标签数据信息天线 在标签和读取器间传递射频信号 系统无线通信技术 工作流程 读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号 当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流 射频卡获得能量被激活 射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去 系统无线通信技术 工作流程 系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号 经天线调节器传送到读卡器 读卡器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理 主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性 针对不同的设定做出相应的处理和控制 发出指令信号控制执行机构动作 系统无线通信技术 耦合类型读卡器和电子标签之间的射频信号的耦合有两种 1 电感耦合 通过空间高频交变磁场实现耦合 依据的是电磁感应定律 一般适合于中 低频工作的近距离射频识别系统 典型的工作频率有 125kHz 225kHz和13 56MHz 识别作用距离小于1m 典型作用距离为10cm 20cm 系统无线通信技术 耦合类型 2 电磁反向散射耦合 雷达原理模型 发射出去的电磁波 碰到目标后反射 同时携带回目标信息依据的是电磁波的空间传播规律一般适合于高频 微波工作的远距离射频识别系统 典型的工作频率有 433MHz 868MHz 915MHz 2 45GHz 5 8GHz 识别作用距离大于1m 典型作用距离为3m l0m 系统无线通信技术 射频识别系统的关键问题 1 读卡器天线必须是圆极化的由于RFID标签的方向性是不可控的 所以读卡器天线必须是圆极化的2 阻抗匹配标签天线的目标是传输最大的能量进出标签 天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配 系统无线通信技术 3 全向天线应该避免在标签中使用与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗方向性强的天线具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰 天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配 系统无线通信技术 2 4G无线通讯技术远距离射频卡典型工作频率 433MHz 902 928MHz 2 45GHz 5 8GH等 采用最多是不2 4GHz 属微波频段主要特点传播距离远 数据传输速率高功耗低 传播路径主要为反射方式存在多径效应射频卡采用单载波发送 单个衰落或者干扰导致整个通信链路失败 系统无线通信技术 2 4G直序扩频无线技术WiFi通讯 主要用于无线以太网Zigbee通讯 主要用于无线传感器网络专用通讯芯片技术 适用于各种特殊用途 系统无线通信技术 2 4G直序扩频无线通讯技术原理信号的发端 用高码率的扩频码系列 通过调制方式将频率扩展信号的收端 用相同的扩频码序去进行解码 把扩展的频率信号还原成原始信息 系统无线通信技术 2 4G直序扩频无线通讯技术原理扩频 在发射信号前引入随机扩频码解扩 在接收信号时移去扩频码 恢复原始信号 系统无线通信技术 2 4G直序扩频无线通讯技术特点1 抗干扰性强扩频信号通过相关器能有效恢复 干扰信号由于与本地PN码不相关而被滤掉 2 具有强的抗多径干扰接收信号除了直达接收天线的直射信号外还有反射和折射信号 它们对直射信号的干扰叫多径干扰 当两个接收信号序列相对时间超过码元宽度时 相关器就将其抑制掉了 系统无线通信技术 2 4G直序扩频无线通讯技术特点3 对其他接收台干扰小信号通过扩频调制后频谱被大大扩展 使信号的功率谱密度降低 接收端接收的信号谱密度比接收机噪声低 这样对同频接收台接收不会形成干扰 4 可以同频工作由于采用相关解扩 所以只要每部通信的解扩码 PN 不同 几部通信机就可以使用同一载频而不会有相互干扰 5 直扩通信速率高2M 8M 11M 系统无线通信技术 2 4GOFDM无线通讯技术原理就是将指配的信道分成许多正交子信道 在每个子信道上进行窄带调制和传输 信号带宽小于信道的相关带宽 系统无线通信技术 2 4GOFDM无线通讯技术特点1 可以自动地检测到在传输介质下 哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲 然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信 系统无线通信技术 2 4GOFDM无线通讯技术特点2 对抗频率选择性衰落或窄带干扰 在单载波系统中 单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败 但是在多载波系统中 仅仅有很小一部分载波会受到干扰 对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错 系统无线通信技术 2 4GOFDM无线通讯技术特点3 对抗信号波形间的干扰 在无线信道中 多径传播效应造成接收信号相互重叠 产生信号波形间的相互干扰 使接收端判断错误 系统无线通信技术 2 4GOFDM无线通讯技术特点4 OFDM技术通过各个子载波的联合编码 具有很强的抗衰落能力 5 OFDM技术的信道利用率很高 这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要 当子载波个数很大时 系统的频谱利用率趋于2baud Hz 人员定位系统建设 人员定位系统建设 中心站建设传输平台建设井下监测部分建设 人员定位系统建设 中心站建设监控主机和数据接口安装过程中需注意给主机提供不间断电源电源防雷信号防雷机房中设备安装必须符合 煤矿安全规程 要求 人员定位系统建设 传输平台建设总线式电缆独立网络建设网络线缆全部为电缆主干 两芯支干 四芯电缆敷设和联接须符合 煤矿安全规程 要求信号电缆不能与动力电缆在同一帮壁吊挂 人员定位系统建设 传输平台建设光纤专网建设井下和地面通信均采用光纤传输其余网络采用电缆传输需注意光缆敷设和井下光端机放置要求须按 煤矿安全规程 要求施工 人员定位系统建设 传输平台建设工业以太环网建设井下和地面采用交换机进行通讯通过交换机 系统分站就能直接接入环网中和地面中心站通信合理的光缆敷设和环网的选址 就能使整个网络的井下架构更加清晰在其他系统挂接的情况下 高质量信息化 人员定位系统建设 井下监测部分建设定位分站位置合理距离主网近识别器线缆敷设方便取电方便尽量避免有漏水和易塌方的地点符合 煤矿安全规程 要求 人员定位系统建设 井下监测部分建设分站电源为分站提供直流电源 断电后能提供两小时的供电设在分站旁边必须接地 避免漏电发生 人员定位系统建设 井下监测部分建设识别器设置人员出入井口重点区域出 入口 如采煤工作面 掘进工作面等限制区域出入口 如盲巷 采空区等避难硐室 可移动式救生舱内 外满足以上四个区域监测的要求 存在问题及解决方案 存在问题及解决方案 漏卡问题情况描述人员定位系统有时发生识别器漏读下井人员情况 导致地面在统计时候数据不准确原因分析由于煤矿井下巷道的原因 导致标识卡在传输信号时发生了干扰 如多径干扰 在信号传输时 识别器未收到信号