[信息与通信]KJ133井下人员定位系统介绍.doc
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1、北京天一众合科技发展有限责任公司技术方案KJ133型人员定位管理及无线瓦斯监测系统技术方案北京天一众合科技发展有限责任公司2010年8月(联系人:刘经理13911803846)第一章 设计思路一. 概述我国煤炭产量居世界首位,煤矿数量超过世界上其他主要产煤国家的煤矿总数,煤炭行业是我国国民经济和社会发展的支柱产业。安全是煤炭生产的头等大事,安全对煤炭生产起着保证、支撑和推动作用。近年来,国家针对煤矿安全问题采取了多方面的有力措施,但由于长期以来煤矿安全投入明显不足,煤矿企业安全装备严重缺乏,安全管理手段极其落后,国家煤矿安全形势仍然十分严峻。因此,加大煤矿安全投入,推广采用先进的煤矿安全装备与
2、手段已成为煤炭行业迫在眉睫的必然需要。煤矿安全最重要的是保证矿工生命的安全,煤矿安全管理最重要的也是对矿工安全的管理,其中对矿工在井下工作位置的准确监测是实现保证矿工安全目的的基本前提。为此,国内外很多企业投入大量精力,纷纷研制出一批针对井下人员的考勤定位系统,但从技术和性能等各方面都存在很多问题和缺陷,不能满足对井下人员位置准确监测的要求。针对现代矿井生产企业迫切的安全管理与人员管理需求,北京天一众合科技发展有限责任公司应用最先进的射频识别与无线监控技术,历时2年半,潜心研制出国际领先的井下目标定位跟踪系统KJ133C型矿用人员定位安全管理系统。该系统的显著特点是可实现井下各种巷道条件下的信
3、号“全覆盖”,实现对井下人员、车辆、设备等目标的“全程的、实时的、连续的、精确的定位跟踪”,同时实现对井下人员的“实时双向无线通讯”;在此基础上,天一众合研发了国内先进的无线瓦斯实时监测系统,成为拥有国内首家实现手持式瓦检仪数据实时上传技术的公司。该系统的应用,可极大提高矿井生产企业安全生产管理水平。目前,公司产品已成功应用于神华集团神东煤炭分公司、铁法煤业集团、阳煤集团、鹤壁煤业集团等国有大型煤矿企业,并得到用户一致高度认同,为煤矿企业的日常生产调度、安全监管与应急救援等信息化管理工作提供了重要的有力保障。二. 系统总体方案KJ133C型矿用人员定位安全管理系统,是面向现代矿井生产企业迫切的
4、安全管理与人员管理需求,从矿井生产企业对矿工在井下工作位置的准确监测需求出发,应用最先进的射频识别与无线监控技术,研制出的具有自主知识产权的、国际领先的井下目标定位跟踪系统。本系统可解决既有井下人员考勤定位系统存在的问题,尽可能适应井下各种复杂地形条件,最大限度地满足用户的需要。本系统的显著特点是可实现井下各种巷道条件下的信号“全覆盖”,实现对井下人员、车辆、设备等目标的“全程的、实时的、连续的、精确的定位跟踪”,同时实现对井下人员的“实时无线寻呼”以及移动瓦斯数据的实时上传。1. 设计思路本系统主要设计思想包括:实现全矿井信号覆盖,包括弯道、岔道等复杂地形条件;单台监测分站的信号覆盖范围大,
5、至少可达700米以上;可以实现精确定位;可以实现实时的人员跟踪定位管理、无线寻呼、无线双向数据通讯、瓦斯数据上传、大容量数据传输等。2. 系统工作原理KJ133C型矿用人员定位安全管理系统的工作原理是应用射频识别技术及计算机通讯技术,在井上调度室设置中心控制计算机系统,入井口设置验卡系统、考勤系统,在井下相关位置布置KJF82A型矿用人员定位分站及KJF82A.1型矿无线收发器,同时在需要精确定位的区域布置KGE41A型矿用射频定位器。定位分站和中心控制计算机系统之间通过矿用信号电缆或光缆相连接,矿山井下人员、车辆、设备等目标分别携带KGE39A型矿用人员定位射频卡或携带无线瓦斯检测仪,系统通
6、过定位分站与射频卡之间的无线通讯,实现对被识别对象的目标定位、无线寻呼以及瓦斯数据上传,从而为生产指挥调度、安全监测检查、人员验卡考勤、区域禁入控制、紧急事件处理等工作提供有效手段,系统可同时将有关数据传至各级管理部门,为各级领导监督指挥决策提供重要依据。3. 系统的先进性网络化人员信息管理系统:井下人员信息实时传送到控制中心,同时通过网络传送到矿领导、各职能部门办公室,也可以继续上传到矿务局以及其它各级监管部门,实现信息共享,便于领导随时随地查询相关信息,从而实现更加科学的管理。全矿井、全覆盖:KJ133C型矿用人员定位安全管理系统可以在无论是竖井、斜井、直巷,还是岔路、弯道,或是狭窄弯曲起
7、伏的工作面等各种复杂地形条件下,均可实现信号连续覆盖,真正实现信号无盲区。全员实时精确定位:KJ133C型矿用人员定位安全管理系统能够实时显示所有人员在当前时刻的准确位置。单台分站覆盖范围大:一台分站实际有效覆盖范围可以达到500至750米以上,而且可以保证在各种弯曲、狭窄、复杂的空间内对射频卡进行识别,不受地形条件限制。实现全覆盖时所需分站数量少,系统成本低。定位精度高:定位精度可达10米以内,同时具有大范围和高精度的特点。双向无线寻呼:系统可以向目标发出呼叫信息,如一般呼叫、重要呼叫、紧急呼叫等信息;可以呼叫一个特定目标,也可以呼叫多个目标(群呼);信息可以在第一时刻立即传达到每一个人,实
8、现实时信息传递。紧急情况下,井下人员还可以通过射频卡向系统发出呼救信号,从而得到其他人员的及时救助。无线瓦斯:数据数据实时上传,收发短信息和呼救功能。携带方便:射频卡小巧,便于携带使用,防水防尘,防护等级IP54。使用安全:经国家权威部门检测,系统设备发射功率低,安全可靠,对其它设备无干扰。有效解决漏卡问题:系统顺利通过了100张射频卡同时以80公里每小时通过系统分站的识别能力测试(可提供用户正式测试报告),并且在神东分公司哈拉沟煤矿(年产1300万吨)、上湾煤矿(年产1300万吨)、保德煤矿(年产1300万吨)、铁法大平煤矿(年产410万吨)、双鸭山东荣二矿(年产240万吨)、阳煤集团三矿(
9、年产600万吨)近一年数十万卡次的使用与测试中,未发现系统识别漏卡现象。证明系统有效解决了漏卡问题,可满足对高速运动目标识别要求,抗干扰能力强。光缆/电缆混合网络:配置灵活方便,传输带宽大,系统容量高,保证信息的实时有效传输。网络化人员信息管理系统:井下人员信息实时传送到控制中心,同时通过网络传送到矿领导、各部门办公室,也可以继续上传到矿务局以及其它各级监管部门,实现信息共享。全部自主知识产权:系统设备全部自主开发,系统配套完整,技术先进,功能多样,后续开发拓展能力强,将会不断地有新功能增加到系统中,保证用户系统增值,节省用户投资。自主创新,技术领先,国内首创,相关产品已申请多项专利。1) 系
10、统拓展性构建井下人员定位安全平台,系统可以向涵盖人员定位跟踪网,移动瓦斯监测网,井下视频、通讯网,“三网合一”的方向发展。这样,使用一套系统而不是几套系统,不但企业使用维护方便,而且降低企业的运营成本。2) 系统创新与先进性把RFID技术应用在煤矿行业,国内也有一些厂家推出一些产品,但大都是人员考勤定位等门禁考勤型人员管理系统。门禁型系统只能记录人员经过信息,实现简单考勤功能,无法实现人员实时跟踪和精确定位。这些产品功能基本相似,只不过有的分站识别范围从十米至几十米,有的分站识别范围至上百米; 有的识别目标数为几个,有的识别目标数增至十几个。它们的主要缺陷表现为:l 在各种岔路、弯道,或是狭窄
11、弯曲的工作面等各种复杂地形条件下信号受到阻隔、不均匀、有盲区,而且受人员、设备、墙壁、拐角等遮挡影响后,信号衰减严重。l 漏卡问题严重。漏卡主要是因为其分站识别距离很短,信号覆盖范围很小,对射频卡的识别时间有限,在射频卡通过分站时分站没有足够的时间接收射频卡发出的信息,所以会产生比较多的漏卡,特别是在多目标同时出现,目标以较高速度经过分站时,漏卡现象会表现更加严重,不能为井下人员管理提供准确依据。l 由于分站识别范围小,如果要进行信号全覆盖,则所需分站数量极为庞大、成本巨大;同时,由于带宽的原因,分站过多,人员、设备的信息不能及时传送。因此,采用上述系统只能显示某些人在某一时刻经过分站所记录的
12、信息,不能实时显示所有井下人员在当前时刻的准确位置信息,只能称之为“路径经过记录系统”。l 依托井下大面积的信号覆盖,使移动瓦斯监测范围进一步的扩大。上述产品中识别区域小的分站只是门禁,不能定位;识别区域大的分站,定位精度差,不能实时掌握当前时刻井下每个工作人员的准确位置分布情况,如果信号不能全覆盖的话,无法实现实时人员跟踪、精确定位和双向寻呼,还是门禁,所以只能算是监测范围大一些的门禁系统,而非真正意义的人员定位系统。3) 信号覆盖采用路径控制及重点区域无盲点全覆盖方式布置分站和定位器。实现精确定位及双向寻呼/呼救。4) 人员无线寻呼人员定位射频卡上装有高亮度报警灯,当其接收到分站发出的呼叫
13、信号后,报警灯闪烁提示相关人员。在需要紧急撤离,或寻找失踪人员时,人员无线寻呼系统将发挥重要作用(同时可用振动、声音方式报警)。可以呼叫单独一个人,也可以成组呼叫,可以呼叫某个区域的人员,也可以多个区域或全矿区呼叫。呼叫信息由计算机控制,通过指定的分站发出。呼叫信息有一般呼叫、紧急呼叫、紧急撤离呼叫等多种类型,通过报警灯的不同颜色来区别。5) 紧急信息回传功能对于井下出现的紧急情况,井下的矿工可以用射频卡向井上调度指挥中心发出呼救信号,生产指挥调度可以根据情况的紧急程度,判断是否需要发信号通知井下人员撤离。6) 井口验卡功能在副井口验身处,安装了一套井口验卡系统,该系统主要功能,一是可以现场检
14、验入井人员携带的射频卡是否正常工作;二是可以现场辅助检验入井人员携带的卡是否为自己的卡。同时系统会通过等离子显示人员携带射频卡下井情况。7) 安全监测管理跟踪安全监测人员(如安检员、瓦检员等)在井下的运动轨迹,记录他们在各区域及各监测点的停留时间,从而保证安全监测工作的严格执行。8) 紧急事件处理在发生事故和出现紧急状况时,系统地面管控指挥中心能与应急预案联动,应能显示相应事故应急预案,显示避灾路线,可以及时对丢失人员进行统计,查询事故现场附近的人员信息,查询相关人员的定位信息,快速确定人员的准确位置,为指挥人员提供井下各区域人员的实时分布信息,以便及时有效地开展搜救工作;发生紧急情况且系统通
15、讯不能恢复时,能够快速查询井下灾前各时段全部人员位置和状态,准确掌握被困人员位置,为抢险指挥部输出人员搜救路线图、系统总平面图。第二章 系统构成和参数系统构成及主要技术参数:KJ133C型矿用人员定位安全管理系统的构成主要包括:井上中心控制计算机系统、验卡及大屏幕显示系统、考勤系统;井下KJF82A型矿用人员定位分站及KJF82A.1型无线收发器、KGE39A型矿用人员定位射频卡、KGE41A型射频定位器、JCB4型无线瓦斯检测仪、系统传输通道等部分。1. 中心控制计算机系统l 中心控制计算机系统由数据采集服务器、数据库服务器、KJJ52A型数据通信接口和打印机等设备组成。l 显示井下各区域目
16、标分布、特定目标所处区域及位置信息,实现目标定位、跟踪、呼叫控制。l 实现系统配置、维护与管理,查看、记录、打印系统运行信息。l 实现对系统设备的控制与监测,查看、记录、打印系统设备运行信息。l 接收各个定位分站(射频读写器)传回的数据,将信息显示在计算机屏幕上,同时保存到数据库中,以备随时查询、调阅、回放。l 实现对采集数据的分类、统计、提示、告警功能。l KJJ52A型数据通信接口(KJJ52A)防护等级:不低于IP20配有光纤和RS485双端口2. 验卡及大屏幕显示系统l 验卡及大屏幕显示系统由验卡设备、屏控及验卡计算机和大屏幕电视组成。l 验卡系统为固定式验卡系统。l 固定式验卡系统由
17、验卡计算机、验卡分站、验卡定位器等设备组成。能够对KGE39A型矿用人员定位射频卡进行搜索、呼叫、检验、查询员工信息以及用于对员工考勤进行抽检工作等功能,也可完成KJ133C型矿用人员定位安全管理系统的主要功能。在计算机不方便使用或者出现问题的情况下,本读卡器也可作为KJ133C型矿用人员定位安全管理系统的一个补充。l 验卡系统用于检测射频卡工作状态是否正常,包括发射功能,接收功能,电池电压等,便于及时发现故障卡,从而防止将问题卡带入井下;同时为矿方检验人员佩戴射频卡的唯一性提供辅助的技术手段。l 大屏幕电视显示系统用于显示验卡信息、井下人员分布信息等相关人员设备信息。3. 考勤系统l 考勤准
18、确,不漏卡:采用独特的考勤定位技术,确保系统读卡实时、准确。在神华集团神东煤炭分公司矿井经过近20万卡次的实际考勤漏卡性能专项测试,系统未出现漏卡现象,满足了考勤准确无漏卡的需求。l 提供超过20种不同类型的考勤及数据统计标准报表,在神华集团神东煤炭分公司的实际应用表明报表提供数据完善符合矿方的实际需求,同时可根据矿方实际需要进行定制。4. KJF82A型矿用人员定位分站l KJF82A型矿用人员定位分站由定位分站和KDW16矿用隔爆兼本安不间断电源组成。电源电压:127VAC、380 VAC、660VAC。l 定位分站用于读取处在其检测范围内的KGE39A型矿用人员定位射频卡上的识别信息,并
19、向射频卡发出呼叫信号。l 定位分站通过向三个方向延伸天线对射频卡进行有效识别:单方向250-350米。l 定位分站一般安装在矿井巷道的进出口、交叉道口、矿井内各个关键位置,也可以安装在地面交通道口和重要检测点,安装的位置和数量视具体要求而定,定位分站安装数量越多,监控范围越大。l 外壳质地:金属外壳l 防护等级:不低于IP54l 内置光中继/RS485中继5. KJF82A.1型矿用人员无线收发器 l KJF82A.1型矿用人员无线收发器由KJF82A定位分站直接供电不需要外界再外接电源。电源电压:127VAC或660VAC。l KJF82A.1型小分站可以用于读取处在其检测范围内的KGE39
20、A型矿用人员定位射频卡上的识别信息,并向射频卡发出呼叫信号。l KJF82A.1型小分站通过向三个方向延伸天线对射频卡进行有效识别:单方向250-350米。l 小分站和大分站一样一般安装在矿井巷道的进出口、交叉道口、矿井内各个关键位置,也可以安装在地面交通道口和重要检测点。l 外壳质地:金属外壳l 防护等级:不低于IP54l 内置光中继/RS485中继6. KGE39A型矿用人员定位射频卡l 人员的KGE39A型矿用人员定位射频卡由井下人员随身携带。l 使用KGE39A型矿用人员定位射频卡,可以实现移动目标的定位与跟踪。l 支持双向通讯:系统可通过KGE39A型矿用人员定位射频卡,以声、光、震
21、动方式,向井下人员发出寻呼、提示、告警与紧急撤离等多种信号,可选择单独呼叫、选组呼叫和全员呼叫等多种方式;同时井下遇险人员可通过射频卡向井上控制中心发出呼救信号,提示井上调度人员进行救援。l KGE39A型矿用人员定位射频卡使用2节7号电池供电,电池可更换,更换一次可保证射频卡在正常使用状况下连续工作10个月以上。l 外壳质地:特殊工程塑料外壳l 固定方式:可以根据实际需求在矿灯或皮带上安装。l 防护等级:不低于IP547. KGE41A型矿用射频定位器l KGE41A型矿用射频定位器是射频识别定位系统的一种辅助装备,用于标示射频卡待定位跟踪人员的精确位置信息。l 定位精度:标准定位精度10M
22、; 25M、50M等可选。l KGE41A型矿用射频定位器使用2节1号电池供电,电池可更换,更换一次可保证定位分站连续工作8个月以上。l 外壳质地:金属外壳l 防护等级:不低于IP54l 定位精度:标准定位精度25M。8. 系统传输通道l 地面中心控制计算机系统与井下定位分站之间通讯,通过矿用信号电缆及光缆混合方式作传输。l 井下定位分站之间通讯,采用光缆、矿用信号电缆混合方式传输。l 定位分站与射频卡之间,射频卡与定位分站之间,采用射频无线通讯方式。l 中心控制计算机系统与KJF82A型矿用人员定位分站KJF82A型矿用人员定位分站容量:1台数据通信接口可以连接32台KJF82型矿用人员定位
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