O 前言 

近年來(lái)我國(guó)礦難事故頻發(fā)，除礦主的安全法制意識(shí)淡薄外，安全設(shè)施的落后以及礦井人員和設(shè)備管理不善也是重要的原因之一。在分析近期幾個(gè)煤礦發(fā)生的特大事故時(shí)發(fā)現(xiàn)幾個(gè)共性問(wèn)題：地面與井下人員的信息溝通不及時(shí)；地面人員難以及時(shí)動(dòng)態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況，進(jìn)行精確人員定位；一旦煤礦事故發(fā)生，搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的效率低，搜救效果差。為此，如何準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速履行煤礦安全監(jiān)測(cè)職能，有效進(jìn)行礦工管理，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的高效運(yùn)作顯得尤為重要和緊迫。 

本文提出的基于RFID的煤礦井下人車智能安全管理系統(tǒng)，可對(duì)煤礦井下人員和車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)和定位，可為工作人員提供礦井巷道網(wǎng)絡(luò)、人員位置、車輛動(dòng)態(tài)、危險(xiǎn)區(qū)域及相應(yīng)提示的動(dòng)態(tài)信息。如果發(fā)生災(zāi)情，還可立即從監(jiān)控計(jì)算機(jī)上查詢事故現(xiàn)場(chǎng)的人員位置分布情況、被困人員數(shù)量、遇險(xiǎn)人員撤退線路等信息，為事故搶險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，也可利用系統(tǒng)的日?？记诠芾砉δ?，對(duì)礦井人員進(jìn)行考勤管理。  

1 系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 

系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌人式軟件兩部分。用于完成信息采集、識(shí)別、加工及其傳輸，由這兩部分軟件共同支撐著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；硬件系統(tǒng)由井下分站設(shè)備、天線、Tag、數(shù)據(jù)傳輸接口和地面設(shè)備組成。用于完成信息采集和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和信息化管理目標(biāo)。 

1．1 系統(tǒng)硬件 
(1)井下分站設(shè)備 井下分站設(shè)備由信息采集處理板、信息傳輸處理板、隔爆電源、備用電池、漢字液晶顯示模塊、嵌人式軟件以及礦用阻燃電源電纜、礦用阻燃雙絞線通信電纜、接線盒等組成。信息處理采集板是完成對(duì)分站區(qū)域內(nèi)的Tag信息的采集、處理；信息傳輸處理板是將RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS485信號(hào)和自動(dòng)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，傳輸距離可達(dá)l0km，同時(shí)將重碼的信息進(jìn)行判定和過(guò)濾，接受上位機(jī)的輪循訪問(wèn)并向上位機(jī)傳送所采集到的人員編碼信息；備用電源是停電后能提供2 h的供電電源；漢字液晶顯示模塊主要顯示人員編碼和時(shí)鐘功能，可用遙控器查詢歷史記錄。 

(2)天線實(shí)現(xiàn)與Tag之間的數(shù)據(jù)通信。 

(3)Tag Tag鑲嵌在安全帽或車輛上，通常當(dāng)RFID的Tag天線結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲時(shí)，天線的方向系數(shù)與輸人阻抗都會(huì)改變，相應(yīng)地，RFID系統(tǒng)的工作距離必定產(chǎn)生變化。經(jīng)過(guò)仿真處理和實(shí)驗(yàn)證明，鑲嵌在安全帽上的Tag天線發(fā)生的彎曲對(duì)系統(tǒng)的性能影響可以忽略不計(jì)。 

Tag平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)Tag進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)時(shí)，天線能接收到特定的電磁波，線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。再經(jīng)過(guò)整流電路，就會(huì)激活電路上的微型開(kāi)關(guān)，給Tag 供電。從而Tag發(fā)送出的自身信息被Reader讀取并解碼后送至數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)處理。 

(4)數(shù)傳接口 主要由電源板、信號(hào)轉(zhuǎn)換板及安全栓組成，完成通訊信號(hào)的轉(zhuǎn)換和本安與非本安運(yùn)行環(huán)境的隔離。 

(5)地面設(shè)備地面人員監(jiān)測(cè)管理部分由數(shù)據(jù)通信接口、HUB、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、UPS電源、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)終端、防雷設(shè)備等組成。監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的自動(dòng)化管理，在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀動(dòng)態(tài)顯示井下人員的分布情況，使管理者一目了然；UPS電源主要是為了在交流電源停電后繼 
續(xù)維持系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行；打印機(jī)主要用來(lái)打印人員監(jiān)測(cè)管理報(bào)表；網(wǎng)絡(luò)終端主要是人員監(jiān)測(cè)信息的網(wǎng)上共享。 

管理計(jì)算機(jī)主要是完成人員和機(jī)車信息資料的錄入，分類存人計(jì)算機(jī)以備隨時(shí)檢索使用；對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并輸出各種文字和文字報(bào)表；通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行多條件復(fù)合查詢并匯總；進(jìn)行標(biāo)識(shí)卡的發(fā)行、回收、掛失、恢復(fù)操作；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種初始設(shè)置等功能。 

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器完成整個(gè)管理系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)的管理及作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行原始數(shù)據(jù)及圖像的存儲(chǔ)、備份工作。 

1．2 系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 
本系統(tǒng)的軟件部分包括單片機(jī)運(yùn)行程序、信息讀取發(fā)送程序、信息接收程序、前端服務(wù)器數(shù)據(jù)采集軟件和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)采用VC開(kāi)發(fā)的集數(shù)據(jù)采集和信息處理的管理系統(tǒng)，具有射頻識(shí)別卡地址碼設(shè)置和標(biāo)簽信息管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、活動(dòng)軌跡圖形模擬、系統(tǒng)更新維護(hù)等功能，另外數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)還能提供基于web的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和查詢功能。 

2 系統(tǒng)在井下安全生產(chǎn)中的應(yīng)用 

完成井下移動(dòng)人員和車輛位置信息的跟蹤和管理，將有助于加強(qiáng)安全生產(chǎn)和提高工作效率，更有利于安全隱患的預(yù)報(bào)和搶險(xiǎn)救災(zāi)的順利實(shí)施。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要充分考慮井下環(huán)境特點(diǎn)和使用人員的要求。 

2．1 系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 
(1)實(shí)行“統(tǒng)一地址編碼、統(tǒng)一管理、一人一卡”的原則。 
(2)具有本質(zhì)安全型的防爆、防塵、防磁、防水性能，無(wú)需人工操作，便于攜帶。 
(3)采用無(wú)源識(shí)別卡，無(wú)電磁污染，免維護(hù)，使用安全可靠。 
(4)射頻信號(hào)穿透障礙物的通信能力強(qiáng)，工作靈敏可靠。 
(5)提供井下人員實(shí)時(shí)跟蹤、顯示、查詢、考勤、日常管理、災(zāi)后急救等功能。 
(6)光纜／電纜混合網(wǎng)絡(luò)，配置靈活方便，傳輸帶寬(9 600 bps以上，最高可達(dá)2 Mbps)，系統(tǒng)容量高。 
(7)標(biāo)準(zhǔn)的通信端口便于利用井下通信系統(tǒng)完成井上、井下各種信息的傳遞和交換。 

2．2 系統(tǒng)射頻頻率的選擇 
射頻識(shí)別技術(shù)RFID(Radio Frequency Identification)是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，反應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。具有快速自動(dòng)掃描、體積小、信息容量大、耐久性強(qiáng)、可重復(fù)使用、安全保密性高、便于攜帶等特點(diǎn)。 

常見(jiàn)的RFID射頻頻率基本上有4個(gè)：低頻(135kHz)、高頻(13．65 MHz)、超高頻(900 MHz)和微波(2．45 GHz)，考慮到礦井巷道是空間受限的非自由傳播空間，同時(shí)受到礦井巷道的截面大小、彎曲程度、巷道壁的煤巖層結(jié)構(gòu)、巷道內(nèi)障礙物以及巷道中現(xiàn)有的電纜、動(dòng)力線、軌道等給無(wú)線傳輸帶來(lái)的影響，并結(jié)合識(shí)別距離和速度、天線尺寸、穿透能力、環(huán)境干擾、抗沖撞能力等綜合因素，選擇適用于井下的9O0 MHz頻段。 

3 結(jié)語(yǔ) 

基于RFID的煤礦井下人車智能安全管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下人員和車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤定位，可快速指導(dǎo)礦井突發(fā)性事故的救護(hù)工作；可使管理人員及時(shí)準(zhǔn)確地查詢各種信息，方便作業(yè)人員和設(shè)備的調(diào)度和優(yōu)化煤礦的整體管理水平。實(shí)現(xiàn)井下管理信息化、規(guī)范化和可視化，最大限度地保障人員和設(shè)備的安全。 

參考文獻(xiàn) 
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作者簡(jiǎn)介：郭宏強(qiáng)(1967一)，河南新密人，工程師，現(xiàn)任鄭煤集團(tuán)裴溝煤礦安全副總，電話：0371—69731351