煤礦UWB精確定位系統(tǒng)
系統(tǒng)簡介：
1、概況
數(shù)字礦山建設(shè)已經(jīng)向精細化管理，人員定位是礦上六大系統(tǒng)之一，需要要與時俱進，實現(xiàn)人員精確定位后，可具備人員、車輛的精確定位和為其它系統(tǒng)提供人員和車輛的精確位置信息，這樣發(fā)生緊急事故事故時候，可迅速、準確的對井下人員進行定位，縮短救援時間，提高人員生還率。另外，建設(shè)人員精確定位系統(tǒng)，也有利于后期礦山物聯(lián)網(wǎng)的人員感知、車輛感知、車輛管理、無人化工作面、礦山機電設(shè)備管理等系統(tǒng)。vx:gaochao927
2、系統(tǒng)架構(gòu)
煤礦UWB精確定位系統(tǒng)由機房設(shè)備、井口設(shè)備、井下設(shè)備組成
機房設(shè)備：數(shù)據(jù)服務(wù)器（雙機熱備）、web服務(wù)器、客戶端電腦、機架交換機、聲光報警器、打印機組成。
井口設(shè)備：包含精度LED顯示屏、LCD顯示屏、井口一個性檢卡裝置等。
井下設(shè)備：井口讀卡分站、井下傳輸網(wǎng)絡(luò)、井下傳輸分站、井下讀卡分站、識別卡組成。
3、系統(tǒng)方案設(shè)計
技術(shù)路線選型
井下常用的井下定位技術(shù)有有源射頻識別RFID技術(shù)、Zigbee技術(shù)和基于飛行時間的TOF的精確定位技術(shù)，各種技術(shù)各有優(yōu)缺。
有源射頻識別技術(shù)
有源射頻識別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸。上世紀90年服務(wù)始服務(wù)于礦山定位行業(yè)。廣泛應(yīng)用于人員、車輛等位置定位。其技術(shù)特點：覆蓋距離30米-300米不等。功耗低，成本低，技術(shù)較成熟，廣泛應(yīng)用于井下的人員定位。
有源的RFID技術(shù)因其覆蓋距離在30米-300米左右，且區(qū)域間不能有交叉，不能信號間連續(xù)覆蓋。想要做到比較好的區(qū)間定位效果，必須站與站之間留有空白區(qū)域。其基于覆蓋區(qū)域的定位無法完成精確測速，只能利用兩個基站之間或多個基站基站完成區(qū)域測速。基本覆蓋模型如下圖：
有源射頻技術(shù)，因其定位主要對象為有源的電子標簽，基站和定位卡能夠交互的數(shù)據(jù)很小，除定位外，幾乎無法傳輸其他信息，延展性較差。
基于Zigbee的場強定位技術(shù)
ZigBee是一種基于測算信號強度的定位技術(shù),可工作在2.14GHz(流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi)。上世紀70年代初步提出，2006年開始逐步完善，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，近年來被少量應(yīng)用于礦山的人員定位。
技術(shù)特點：可以實現(xiàn)較精確的定位，根據(jù)芯片不同實現(xiàn)地面10-30米的定位精度，受環(huán)境影響較大，靠信號的重疊覆蓋提高精度；功耗相對較低，低成本。
ZigBee的定位原理主要為測量電磁波的場強強度來計算出定位卡距離基站的具體位置。但是在井下覆蓋復(fù)雜的巷道條件下，定位效果較差。如下圖：
基站的左端和右端因其巷道遮擋不一樣，信號強度差距較大，因而測量出來的距離也較大。
基于TOF的精確定位技術(shù)
TOF上世紀90年代初步理論形成，本世紀初開始逐步投入使用，定位精度也逐步提高，目前大精度可達0.2米。
技術(shù)特點：定位精度高，0.2米-10米（采用Zigbee芯片技術(shù)或UWB芯片技術(shù)實現(xiàn)定位精度不同），功耗相對稍高，成本較高，有效通信距離200米以上。
TOF是利用電磁波的飛行時間來計算發(fā)射源距離接收站的距離。
計算距離則為電磁波飛行時間乘以光速，因電磁波的飛行時間不受物體遮擋而變化，因此能夠適用于井下的復(fù)雜環(huán)境。其定位精度取決于芯片的時間精度。
4、系統(tǒng)特色
按需精確定位
系統(tǒng)可實現(xiàn)定位和局部精確定位兼容并存。即在現(xiàn)有區(qū)域定位系統(tǒng)下，不改變系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)按需定位和局部精確定位。
低功耗設(shè)計
精確定位識別卡采用電池供電，通過識別卡的低功耗設(shè)計，可以實現(xiàn)正常使用6個月以上。
井口一個性識別
井口人臉一個性識別裝置，人臉識別和閘機深度融合，出現(xiàn)卡與人臉識別不*、攜帶多張卡時候，發(fā)出告警信號，并拒絕通過。
覆蓋距離遠
精確定位模式下，兩臺讀卡站之間距離200~300米（視巷道情況調(diào)整）。
自助查詢機
刷卡式自主讀卡查詢機，下井人員可自行查詢?nèi)藛T信息、下井次數(shù)統(tǒng)計、卡電量等情況；
通過*信號調(diào)節(jié)技術(shù)，可實現(xiàn)人員定位卡近距離讀卡，可有效避免井口人員數(shù)量眾多時候的，無法有效讀卡；
5、系統(tǒng)主要功能
實時監(jiān)控功能
實時監(jiān)控
實時跟蹤
軌跡回放
信息存儲和歷史軌跡回放：系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲和人員活動軌跡回放功能，以便為事故分析提供依據(jù)。
人員軌跡回放
進入該區(qū)域的人員和出、入時間，并可以在此區(qū)域安裝本安型顯示屏做警告提醒。
進入特殊區(qū)域人員查詢
查詢考勤功能
能夠準確統(tǒng)計礦工入井、升井時間，并可按班次、按部門生成日考勤、月考勤統(tǒng)計報表。
全礦人員信息查詢
下井人員查詢
當(dāng)日下井人員名單
員工下井時長統(tǒng)計表
員工下井時長統(tǒng)計表
員工日考勤表
考勤分段統(tǒng)計表
考勤分段統(tǒng)計表
人員定位查詢
人員定位查詢
歷史人員軌跡查詢
人員定位查詢
人員軌跡查詢
歷史下井記錄查詢
在歷史下井記錄查詢界面，可查詢一段時期內(nèi)下井的員工記錄。
歷史下井記錄查詢
歷史下井人員區(qū)域分布表
進入歷史下井人員區(qū)域分布表，可查看具體日期各區(qū)域人員分布數(shù)量，以及各部門入井人數(shù)，
歷史下井記錄分布表
下井次數(shù)統(tǒng)計表
在下井次數(shù)統(tǒng)計表，可查看時間段內(nèi)人員下井次數(shù)，如圖所示：
下井次數(shù)統(tǒng)計表
每日下井人數(shù)統(tǒng)計表
在每日下井人數(shù)統(tǒng)計表界面，可查看具體日期各部門下井人數(shù)，如圖所示：
每日下井人數(shù)統(tǒng)計表
已上井人員時間段統(tǒng)計表
已上井人數(shù)統(tǒng)計表
部門考勤情況匯總表
安全管理功能
干部跟班下井管理
生命安全監(jiān)測預(yù)警
生命安全監(jiān)測是監(jiān)控井下人員的動靜狀態(tài)，如果超過設(shè)定的時間人員未動，將會產(chǎn)生生命安全監(jiān)測預(yù)警。
生命安全告警
區(qū)域超員告警
對某個區(qū)域的人員數(shù)量進行限制，如果超員則告警。
區(qū)域超員告警設(shè)置
區(qū)域超員告警
礦工進入禁入?yún)^(qū)告警
當(dāng)?shù)V工進入?yún)^(qū)域時，系統(tǒng)會告警，提示管理人員采取相應(yīng)措施。
工作超時、欠時告警
當(dāng)?shù)V工在井下停留超出規(guī)定時間，或未達到規(guī)定時間時，系統(tǒng)將告警并記錄。
工作超時告警
作業(yè)欠時告警
行進軌跡異常告警
防爬車管理
爬車告警
預(yù)警雙向呼救功能
預(yù)警雙向呼救是指井下出現(xiàn)緊急情況時，井下帶卡人員可以通過識別卡的呼救按鈕，將緊急情況告知地面系統(tǒng)，地面系統(tǒng)接到緊急呼救后，采取應(yīng)急援救方案，同時地面也可以在出現(xiàn)緊急情況時，向井下帶卡人員發(fā)出緊急尋呼，可以是單個也可以是所有人員進行尋呼，指導(dǎo)井下人員采取應(yīng)急措施。
緊急尋呼記錄查詢示意圖
固定崗位脫崗管理
固定崗位脫崗管理用于某些特殊人員，這些人員工作崗位固定，一般都有固定的工作場所和工作時間段，例如安監(jiān)員，藥物庫房的火品發(fā)放工，絞車司機，皮帶司機和井底的信號工等等。這些人一般要求不能離崗，如在規(guī)定的時間內(nèi)離開自己的崗位，系統(tǒng)將判斷已脫崗。
固定人員脫崗告警
系統(tǒng)設(shè)備管理
識別卡電量告警
當(dāng)識別卡電量過低時，系統(tǒng)將提前告警，通知相關(guān)技術(shù)人員及時更換電池，避免識別卡沒電時，持卡者不知道，雖然下井了，卻被系統(tǒng)判斷為曠工。
卡電量不足告警
LED告警
可以通過LED屏對井下特定區(qū)域或者特定顯示屏發(fā)布相關(guān)信息，并可以對LED屏是否在線發(fā)布告警信號。
LED屏告警
分站不在線告警
當(dāng)讀卡分站供電電壓不足、讀卡分站信號線連接故障時系統(tǒng)均會出現(xiàn)分站不在線告警，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決。待問題處理后告警會自動結(jié)束并在歷史告警中保存告警信息。
分站告警示意圖
電源監(jiān)測
檢測給分站供電的電源外接交流電是否中斷，直流電輸出是否正常和后備電量是否充足等信息。當(dāng)分站交流電出現(xiàn)中斷或者異常時，系統(tǒng)告警區(qū)域會出現(xiàn)設(shè)備交流電中斷告警，提醒維護人員采用對應(yīng)處理方案。
電源不在線報警
聲光報警功能
通過聲光報警器和軟件的設(shè)置可實現(xiàn)礦井超員告警、設(shè)備通訊故障、區(qū)域超員告警、分站不在線、進入?yún)^(qū)域告警、超時告警、緊急尋呼告警的聲光報警功能，在系統(tǒng)安全與設(shè)備出現(xiàn)告警時，可以及時通過聲、光的方式提醒調(diào)度管理員工的快速響應(yīng)。
系統(tǒng)管理功能
系統(tǒng)的管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)分配多個不同權(quán)限的用戶，方便各個用戶在網(wǎng)絡(luò)終端上同時運行軟件，查詢井下實時情況，并可對軟件進行分級別的修改；井下實時數(shù)據(jù)也可以上傳到WEB服務(wù)器上，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)，以網(wǎng)頁的形式實時查看井下人員分布情況。
GIS地理信息系統(tǒng)平臺
GIS地圖縮放功能，能實現(xiàn)井下巷道圖的縮放、顯示及井下出現(xiàn)緊急情況后生成逃生路線，并能對GIS地圖進行導(dǎo)入、導(dǎo)出和還原地圖功能。
GIS信息平臺
雙機熱備
系統(tǒng)主機具有雙機切換功能。工作主機工作時，備用主機接收并存儲監(jiān)控信息，但對系統(tǒng)不具控制功能；備用主機實時監(jiān)測工作主機工作狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測到工作主機異常時，自動轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，并使原工作主機轉(zhuǎn)入備用狀態(tài)。
雙機熱備示意圖
井口一個性性檢測功能
一個性檢卡
通過人臉圖像識別技術(shù)和近距離讀卡技術(shù)，實現(xiàn)井口的一個性檢卡。
顯示功能
可直接在井口顯示下井人員的基本信息和是否通過檢驗的提示。
一個性檢測通過提示
告警功能
當(dāng)出現(xiàn)多帶卡、替代卡等情況時候，系統(tǒng)自動發(fā)出告警信息。
