一种煤矿井下监控及人员定位系统.pdf

煤矿井下监控及人员定位系统是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等于一体的综合性运用系统，是国内最先进、最稳定、最专业化的运用系统。包括以下几个部分：地面计算机控制中心、传输接口、标识卡、基本基站、定位基站、防爆兼本安型多路电源箱及其它配接设备。本发明利用无线发射技术通过定位基站将接收到的人员情况信号发送到地面传输接口，并送主机处理，主机对接收的监测信号进行判别报警、数据统计存储、显示、人机对话、人员路线监测、控制打印等。本发明对煤矿中的重点区域、限制区域等特殊区域进行报警设置，不仅仅是为灾后急救提供有效的信息，更减少了煤矿事故中人员的伤亡数量。

1.  一种煤矿井下监控及人员定位系统，其特征在于，它包括以下几个部分：地面计算机控制中心、传输接口、标识卡、定位基站、防爆兼本安型多路电源箱及其它配接设备。以上各个部分通过现有的无线和通讯射频技术通过计算机显示出来，从而使地面工作人员对井下工作人员进行实时跟踪。

2.  根据权利要求1所述的煤矿井下监控及人员定位系统，其特征在于，对进入特殊区域的人员信息进行统计并实时报警。

3.  根据权利要求1所述的煤矿井下监控及人员定位系统，其特征在于，多路电源箱具备断电后备电两小时功能，使系统在断电后仍能工作，且保证员工在此时间内安全撤离。

4.  根据权利要求1所述的煤矿井下监控及人员定位系统，其特征在于，标识卡能并发识别至少100个以上的卡数，且在最大位移速度高于5m/s是做到100％不丢卡，保证了定位及人员信息的准确性。

5.  根据权利要求1所述的煤矿井下监控及人员定位系统，其特征在于，对于人员路线监测图的整个画面，响应时间不大于2S，对人员的实时跟踪提供了有效依据。

一种煤矿井下监控及人员定位系统
技术领域
本发明属于电子与信息领域，涉及一种煤矿井下监控及人员定位系统
背景技术
尽管国家有关部门多次下发有关煤矿管理条例，但煤矿事故仍然不断出现，造成严重的人员伤亡、经济损失。其中最重要的原因是煤矿没有配备监控及人员定位系统等相应设施，导致发生重特大煤矿事故对井下人员的分布状况不清楚，无法及时救援。根据煤矿作业人员在井下流动性大、地面人员难以及时掌握井下人员的分布和作业进展情况和下井后就无法确切地知道他们所处的位置等特点，矿工日常考勤一般通过矿灯发放进行管理，但存在很多认为管理混乱等问题，在矿难发生时，很难统计井下实际人数和矿工的具体位置，给救援工作带来重重困难。本系统则改变了目前煤矿井下事故频发的状况并提高抢险救援效率，保证了矿工的生命安全。
发明内容
本发明是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等于一体的综合性运用系统，满足煤矿安全生产的需要，适用于煤矿井下对工作人员的定位跟踪，也是国内最先进、最稳定、最专业化的运用系统。本发明的目的是为了克服现有的技术的不足，提供一种煤矿井下监控及人员定位系统，具有携卡人员出入井时刻、重点区域出入时刻、限制区域出入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能，可以准确、及时、快速对矿井下的人员情况进行实时动态监测，有效地对矿工进行管理，并加快灾后救援效率。
本发明是这样实现的：
该煤矿井下监控及人员定位系统包括：地面计算机控制中心、传输接口、标识卡、定位基站、防爆兼本安型多路电源箱及其它配接设备。地面计算机控制中心用以对井下环境进行监测并对井下移动目标进行定位、跟踪、考勤。井下的剖面图可呈三维立体旋转，人员在井下的位置、行走路线及其它相关数据通过图形的方式描述，使管理者对井下情况了如指掌。
所述标识卡由下井人员携带，保存有约定格式的电子数据，当进入位置定位基站的识别范围时，将用于人员识别的数据发送给基本分站。
所述定位基站是通过无线方式读取标识卡内用于人员识别的信息，并发送到地面传输接口。同时接收并执行地面控制中心发送的命令，当矿井内的环境参数不符合作业标准时，监控中心可以通过基站发送报警信号，通知井下人员撤离。
所述传输接口将接收到的信号送达主机处理，并接收主机信号，送达相应基站，同时控制基站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。
本发明的有益效果是：对煤矿中的重点区域、限制区域等特殊区域进行报警设置，通过煤矿井下人员的实时动态监测，对进入这些特殊区域的人员进行报警提醒，达到消除事故隐患、保障安全生产及提高灾后救援效率的最终目的。另外，当井下人员发生意外或因其它情况发生事故时，被困人员可以通过标识卡进行手动操作呼救，如：矿井发生透水，井下人员可以通过透水报警按扭进行呼救。报警信号通过相应定位基站传输到地面控制中心，从而快速获得救援，为生命赢得宝贵的时间；此外，通过所述系统，对矿工进行严格有效的管理，结合实时的管理信息，可以尽快确定被困人员的姓名、身份、人数、所处位置等，从而快速找到被困人员，极大的提高了救援效率。
附图说明
图1是本发明所述的煤矿井下监控及人员定位系统工作示意图；
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明。
一、煤矿井下监控及人员定位系统概述
本发明所述的煤矿井下监控及人员定位系统是在软件数据库的支持下，通过无线射频技术对井下移动信号进行数据采集，并实时通过传输设备发送到地面控制中心，在地面计算机系统内形成图形显示文件，以便地面工作人员清楚的了解煤矿井下各作业人员的分布情况。本发明是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等于一体的综合性运用系统，是国内最先进、最稳定、最专业化的运用系统。包括以下几个部分：地面计算机控制中心、传输接口、标识卡、基本基站、定位基站、防爆兼本安型多路电源箱及其它配接设备。本发明对煤矿中的采区、采煤工作面、掘进工作面等重点区域、盲巷、采空区等不允许人员进入的限制区域等特殊区域进行报警设置，不仅仅是为灾后急救提供有效的信息，更减少了煤矿事故中人员的伤亡数量。
二、该煤矿井下监控及人员定位系统的用途
1、人员监测及数据采集：基站实时地对所在区域的人员身份标识卡进行采集，并把采集到的数据传送到中心站，通过此方式对煤矿井下工作人员进行管理、实时定位、考勤等，并在计算机内形成人同轨迹图形，实现对工作人员进行计算机管理，信息准确、及时，为煤矿安全生产提供有力保障。
2、报警功能：当下井人员超时时对超时人员及地面工作人员进行双向报警；当作业人员出入重点区域、限制区域等特殊区域时进行双向报警；当井下环境参数未达到作业标准时，进行双向报警；当井下发生透水、坍塌等事故时，作业人员可通过手动按扭进行报警，以便井上人员及时获取被困人员信息，并进行有效救援。
3、存储、统计、查询和打印：系统对接收到的信息具有存储功能，实时对该数据进行统计，管理人员可以通过所设定的各种查询类别对矿工信息进行查询，并可汉字报表、初始化参数召唤打印，为矿工的日常管理及事后统计提供有效依据。
4、实现人机对话功能：系统采用菜单式人机对话方式完成各种功能的操作，实现了井上与井下及时有效沟通，不受其它通讯信号的限制。
5、备用电源功能
多路电源箱自带电源，当井下或地面中心站机房交流供电电源因故障断开时，备用电池投入工作，并能保证井下相关用电设备及地面中心站继续运行2小时以上。
三、该煤矿井下监控及人员定位系统采用的技术
该系统采用无线发射与有线传输相结合的方式，相互联系，处理传递信息的网络，综合了嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象信息，并对这些信息进行汇总、分析、处理。该技术采用3GHz特高频段无线通讯，增加了网络容量、降低耗材成本，其精确性、可靠性、稳定性是其它技术所不能相比的。另外，该系统采用CORT算法，并结合分布式计算技术、网络信息事例技术、实现网络自诊断、双机切换、自容错、自愈合。此外，为避免井下电机以及电波等的干扰，在报警接口上也作了一定的技术优化，使得报警的速度和准确性非常可靠，避免了光纤造价高，维护不方便，不便于推广等难题。
四、该煤矿井下监控及人员定位系统的构成，参见图1
1、信息处理中心1有形的硬件设施包括：监控主机2、显示器3、打印机4、备用机5等；无形的条件包括数据库、防火墙、WEB服务软件、应用软件等；
2、传输部分包括光纤传输接口6和光/电缆；特殊安全设施有防雷栅7；
3、读卡基站8对接收到的标识卡9发出的信息进行传输，通过矿用电缆与传输接口6相连，并将信息发送到监控主机2，标识卡9中预先设定的数据及实时所处的状态可一同显示在显示器3中，井上工作人员可根据显示的数据确定井下人员是否处于安全状态，进行下一步操作。该系统半角尖端的远距离无线射频识别技术与自动控制技术和网络通讯技术相结合，解决了矿工管理机制不完善、灾后不能及时获取救援信息等难题，为安全生产提供有力保障机制。
五、该煤矿井下监控及人员定位系统的技术参数及应用条件
1、技术参数
1)读卡基站与标识卡间可靠接收距离：≥30m；
2)读卡基站与传输接口间的距离：≤15km；
3)多各信号采集；
4)兼容的射频收发；
5)最大位移速度≥5m/s；
6)并发识卡数量≥100；
7)漏读率≤10^-4；
8)读卡基站容量：128台；
9)标识卡容量：10000个；
10)系统巡检时间：不大于15s；
11)传输方式：读卡基站与标识卡间：无线调频；读卡基站与传输接口间：主从半双工、QAM正交幅度调制；
12)传输速率：9600bps。
2、工作环境：
1)该系统在机房、调度室的设备，在下列条件下正常工作：
环境温度：10℃～35℃；
相对湿度：40％～70％；
温度变化率：≤10℃/h，且不得结露；
大气压力：80kPa～106kPa
2)安装于井下的设备在下列条件下可正常工作：
工作温度：0～40℃
相对湿度：≤95％(+25℃)
大气压力：80kPa～106kPa
3)贮运条件：
井上部分：0℃+40℃、相对湿度93％(+40℃)
井下部分：-40℃-+60℃、相对湿度95％(+25℃)、振动30m/s²冲击500m/s²，无腐蚀性气体、无酸、无碱或其它腐蚀性、爆炸性、易燃性气体，通风良好。
以上具体实施方式对本发明进行了说明，但只是为便于理解而并非局限于此，不应被视为是对本发明范围的限制，任何本领域的技术人员能做出的各种等同的改变或替换，均应在本发明的保护范围内。