井下人员定位系统在现代矿山中的应用

第３４卷第４期　

２０１２年８月　甘肃冶　金　

ＣＡＮＳＵ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．４　

Ａｕｇ．，２０１２　

文章编号：１６７２－４４６１（２０１２）０４－０１０４－０３　

井下人员定位系统在现代矿山中的应用　

樊　哲　

（装备与自动化控制研究所，ｉｑ－肃　白银７３０９００）　

摘要：井下人员定位系统旨在加强矿山安全生产，通过对矿工出入井管理以及井下工作位置的精确检测定位，达　

到矿山安全生产以人为本的原则。　

关键词：ＲＦＩＤ；人员定位；射频识别技术　

中图分类号：ＴＰ２７３．５　文献标识码：Ｂ　

Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｍｉｎｅ　

ＦＡＮ　Ｚｈｅ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｂａｉｙｉｎ　７３０９００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍｉｎｅｓ　ｂｙ　ａｃｃｕｒａｔｅ　

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅｌ￣ｄｕｒｉｎｇ　ａｃｃｅｓｓ　ｔＯ　ｍｉｎｅ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗｏｒｋ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｓａｆｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍｉｎｅｓ　ｔｈｅ　

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｐｅｏｐｌｅ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ．　

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ；ｒａｄｉｏ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

１　引言　２　井下人员定位系统的构成及其原理　

我国的矿产资源十分丰富，各类矿山星罗密布。　

矿产资源大部分采用井下开采，在保障生产效益最　

大化的同时，井下矿工的作业安全就显得尤为重要。　

矿山生产有其本身的产业特点，主要工作大多　

集中于井下。伴随着井下巷道不断向四面延伸，巷　

道纵横交错，人流、车流错综复杂，而与其形成鲜明　

对照的通讯、定位、寻呼手段又大大落后于地面。因　

而，作为地面生产指挥和控制核心部门，实时了解井　

下人员的流动情况并加以跟踪就显得尤其重要。假　

如遭遇各种井下事故，如果能在最短的时间内报警，　

组织指挥井下人员及时撤离，并获取事故现场的人　

员状况（包括人员数量和地理位置），将为后续救援　

工作提供主要依据，减少事故伤亡率，在最短的时间　

内作出准确判断，提高抢险救灾效率。　

矿山安全生产要坚持以人为本的原则，矿山安　

全管理最重要的也是对矿工安全的管理，其中对矿　

工出人井的管理以及井下工作位置的准确监测定位　

是实现保证矿工安全的基本前提。井下人员定位系　

统的开发、研制与应用，正解决了矿工在井下，而地　

表调度室无法了解井下具体情况的难题。　井下人员定位系统分为地表和井下两部分。地　

表部分主要是由设置在主控调度室的服务器和主机　

以及液晶组合大屏构成，主机与服务器之间通过工　

业级以太网光纤路由器，由ＲＪ４５标准网线连接。液　

晶组合大屏与主机之间通过视频转换模块，由视频　

线连接，用于显示井下人员的实时定位视频数据。　

井下部分主要是由设置在各个分区的系统分站、无　

线射频读卡基站构成，各个分站与无线射频读卡基　

站之间通过ＲＳ４８５数据线连接。地表部分与井下　

部分的连接是由光纤将井下的各个分区的系统分站　

与地表主控室的以太网光纤路由器连接而成。这　

样，就构成了一套完整的井下人员定位系统。　

井下人员定位系统的基本原理是在井下距各个　

分叉路口一定距离处的每个岔道上、各个工作面入　

口处、主要巷道内相隔一定距离安装无线射频读卡　

基站，每一位下井的人员身上必须携带具有惟一标　

识的身份标识卡，当人员通过读卡基站时，其所携带　

的标识卡会被读卡基站激活，读卡基站将会读取到　

该人员的标识信息，并将其传输到地面调度室的服　

务器中，该数据经后台处理后，通过人员定位系统软　

￣蓝

１．４ＮＹＥ野ＳＵＰ　ＥＲＶＩＳＩＯＮ　Ｅ－ｍａ　ｉｌ：Ｇ　ＳＬ　ＹＪ　Ｌ＠１．２６。．

ｃｏｍ　第４期　樊哲：井下人员定位系统在现代矿山中的应用　１０５　

件将该人员的具体位置信息显示在软件的地图显示　

界面上，便于地面调度室对井下工作人员的具体位　

置信息的掌握。其原理示意图如图１。　

芏机　脏ｌ务　盟母　：肼　

／　／／／　／　／／，，　／　，＿／／　／／／　／　／．／／／，　／Ｊ／　，一　，　／　，，，　酋　蕃站。　暑．　基站。　

酋　菇　ｏ　嚣站。：ｊ｝　

吕吴　蔷　０　

图１　井下人员定位系统原理示意图　

３　主要硬件构成及其技术特点　

系统主要有以下两部分硬件构成。　

３．１　井下无线射频读卡基站　

无线射频识别技术简称ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ），是非接触式的自动识别技术，其基本　

原理是利用射频信号和电磁的空间耦合、传播的传　

输特性，实现对被识物体的自动识别，是一种综合多　

学科、多技术的应用技术。　

作为井下射频读卡基站，其主要的工作就是在　

其有效的范围内不断的发射某一固定频率的电磁　

波，当有身份识别卡进入其范围内时，在电磁激励　

下，谐振电路产生共振。从而激活身份识别卡，将其　

信息传送到地面主控调度室。　

３．２　身份标识卡　

身份识别卡，又称无线Ｉｃ卡，它将无线射频识　

别技术与Ｉｃ卡技术有机结合起来，解决了无源（卡　

内无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的　

一大突破。它的序列号是唯一的，无线ＩＣ卡和射频　

读卡基站之间采用双向验证机制，即射频读卡基站　

验证无线ＩＣ卡的合法性，非法卡无法进人系统，具　

有很强的安全性、保密性和使用性。　

由于该无线ＩＣ卡自身不带电源，当无线Ｉｃ卡　

进人射频读卡基站的电磁场范围时，便可通过耦合　

无线电波的能量，并经整流稳压后获得工作电源。　

４　软件数据处理与井下人员定位系　

统所实现的功能　

井下人员定位系统的设计紧密围绕矿山井下安　

全生产，从为实际生产考虑的角度，人性化的设计软　

件功能。　４．１　数据分析与处理　

井下人员定位系统服务器会周期性的访问每一　

个井下射频读卡基站，每一个基站均会向服务器发　

送一个包含有基站地址和身份标识卡信息的数据　

包，软件会根据协议对该数据包中数据的完整性与　

合法性进行判断，在确认数据完整、合法的情况下，　

分析并筛选该数据包，将基站以及身份标识卡的信　

息识别出来，通过调用服务器的后台数据库，与该数　

据进行对比、分析，从而判断出井下人员的具体分布　

情况。　

４．２　人员轨迹路径的确定　

程序在设计时，在系统的显示界面会设置一些　

虚拟的基站点以及过度点，基站点是可见的，过度点　

则是不可见的。程序会将这些点连接起来在巷道内　

实现仿真，而不会出现“穿墙”的现象。如图２所　

不　

图２　人员轨迹路径示意图　

当井下人员通过分布在巷道内的井下射频读卡　

基站时，系统会将其数据与数据库中的历史数据对　

比。　

４．２．１　历史数据库中没有该数据　

读取该数据的基站如果是井口基站，则说明该　

人员正通过井口基站进人井下；如果不是井口基站　

读取的该数据，则说明该数据是错误数据或者是之　

前基站漏读掉的数据，此时需要地面控制室联系井　

下距离该基站最近的人员进行落实确认。　

４．２．２　历史数据库中有该数据　

系统会标记出历史数据库中基站信息所代表的　

点，该人员的行走轨迹会沿着历史数据库中基站所　

代表的点，经过过度点到达本次基站信息所代表的　

点，完成一次完整的人员轨迹显示信息。　

４．３　井下人员定位系统所实现的功能　

４．３．１　对井下人员实时跟踪定位　

通过井下人员定位系统的地图显示功能，可以　

实时了解井下人员的分布情况，并根据实际的生产　

需要对井下人员进行合理调配，以实现井下人员的　

蓝野

Ｓ６＂Ｐ监Ｅ，ｑＶ／Ｓ理！ＯＷ　Ｅ－ｍ㈣ａｉＩ：Ｇ。　ＳＬ　ＹＪ　Ｌ＠　ｔ２６￣

ｃｏｍ　１０６　甘肃　冶　金　第３４卷　

最优化配置。　

４．３．２　对下井人员的考勤管理　

通过井下人员定位系统管理软件可以对井下人　

员的下井次数，每次出入井时间，在井下的停留时间　

进行查询、统计，以达到考勤管理的功能，软件还具　

有井下超时工作报警功能，对超出正常工作时长的　

井下人员进行定位，以便地面控制室调派附近区域　

人员查看及搜救人员。　

４．３．３　救援报警与紧急搜救　

井下人员定位系统可以根据历史数据库储存下　

来的人员位置数据信息，在发生矿难的时候，对井下　

人员井下精确定位，以便快速对井下遇险人员进行　

搜救，为矿难时井下人员的人身安全提供可靠的保　

障。　５　结语　

矿山的安全生产现如今已经成为矿山生产中的　

重要部分，井下人员定位系统为矿山企业的人员井　

下安全提供了可靠保障，将现代化的无线射频识别　

技术应用于井下人员定位系统，通过建立一套紧贴　

矿山实际生产的管理软件系统，来达到对井下人员　

的实时定位，追踪查询，合理调配，实现信息化管理　

矿山，为建立现代数字化矿山奠定基础。　

收稿日期：２０１２－０４－０５　

作者简介：樊哲（１９８４－），男，电气助理工程师，２００６年毕业于青岛　

科技大学电子信息工程专业。现从事自动化仪器、仪表的研制工作。　

（上接第１００页）　

４．１．２　混合回收率　

去浓度不同的一组水样各两份，一份直接测定　

黄药的浓度，另一份加入一定量的黄药后，再测定黄　

药浓度，测定数据见表２。数据表明混合回收率良　

好。　

表２　混合回收率实验数据　

水样中黄药浓度ｃ。／（ｕｇ／Ｌ）　１．４　

配入黄药浓度ｃ２／（ｕｇ／Ｌ）　５．０　

测得黄药浓度ｃ３／（ｕｇ／Ｌ）　６．２　

混合回收率Ｃ３／（ｃＩ＋ｃ２）　９７　４．０　４．０　３４．２　

５．０　１０．０　２０．０　

６．２　１５．２　５５．１　

９６　１０９　１Ｏ２　

４．１．３　重复性试验　

取浓度不同的水样三个，各重复测定多次，数据　

见表３。数据表明检测方法的精密度可靠。　

表３　重复性实验数据　上述有关收率、重复性等实验数据说明，本方法　

重复性高，准确可靠，适用于测定水中超痕量黄药的　

例行分析与检测。　

参考文献：　

［１］　Ｍｉｌｏｓｉａｖ　Ｋｏｐａｎｉｃａ，许孙曲．用流动喷射分析法测定浮　

选捕收剂乙基黄药［Ｊ］．有色矿冶，１９９３（６）．　

［２］ＧＢ　８１５０．７．黄药化学分析方法乙酸铅滴定法测定黄　

原酸盐含量［Ｓ］．１９８７．　

［３］　ＹＳ／Ｔ　２７１．３－１９９４．黄药化学分析方法．红外干燥法测　

定水分及挥发物含量［Ｓ］．　

［４］　薛玉兰，王淀佐，等．黄药在矿浆中的赋存状态和测试　

方法研究［Ｊ］．中南矿冶学院学报，１９９４（５）．　

［５］周春山，巴尔Ａ施威特Ｇ．黄原酸盐的高效液相色谱　

分离和测定研究［Ｊ］．中国有色金属学报，１９９１（１）．　

［６］　张绪定，周胜银．水溶性卟啉分光光度法间接测定环　

境样品中痕量黄原酸盐［Ｊ］．中国环境监测，１９８６（４）．　

收稿日期：２０１２－０５－２５　

作者简介：李冠军，１９９４年７月毕业于昆明工学院环化系精细化工　

专业，化工高工。　

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Ｃｏｍ