我國是世界上產(chǎn)煤最多的國家之一，也是世界上發(fā)生礦難最多的地區(qū)之一。煤礦事故的發(fā)生，不僅給人民群眾造成巨大的痛苦，也使國家財(cái)產(chǎn)遭受重大損失。經(jīng)過多年的努力，安全生產(chǎn)狀況總體趨于穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，但現(xiàn)實(shí)情況仍然不容樂觀，百萬噸煤產(chǎn)量的死亡率仍高于世界平均水平。面對現(xiàn)實(shí)情況，要從兩方面人手，一是不斷加強(qiáng)災(zāi)害預(yù)防，減少事故的發(fā)生；二是加強(qiáng)事故的搜救工作，一旦發(fā)生事故，能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握井下被困人員的分布情況，快速實(shí)施搶救措施，將事故損失降至最低。 

    采用射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)構(gòu)建井下定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地將井下各個(gè)區(qū)域人員的動(dòng)態(tài)情況反映到地面的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，使管理人員能隨時(shí)掌握井下人員的分布狀況和每個(gè)礦工的運(yùn)動(dòng)軌跡，以便進(jìn)行更加合理的調(diào)度管理。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，救援人員可根據(jù)井下人員定位系統(tǒng)提供的信息，迅速了解有關(guān)人員的位置，及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率^[1,2]。 

1 射頻識(shí)別工作原理 

    射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，Radio Frequency Identifi—cation)是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。與其它接觸式識(shí)別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可實(shí)現(xiàn)對人員或物體在不同狀態(tài)(移動(dòng)、靜止)下的自動(dòng)識(shí)別和定位。典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括射頻卡和讀寫器兩部分。 

    射頻卡是將幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中，芯片上有EEPROM用來儲(chǔ)存識(shí)別碼或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線(和電池)，完成與讀寫器的通信^[3]。與條碼、磁卡、Ic卡等同期或早期的識(shí)別技術(shù)相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，可以作為人員的身份或貨物的標(biāo)識(shí)卡。其工作原理見圖1 

    在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，讀寫器在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。射頻卡內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過這個(gè)區(qū)域時(shí)，在電磁波的激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，在電容上感應(yīng)出電荷。在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2 V時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 

2 井下人員定位系統(tǒng)組成及其工作原理 

2．1 系統(tǒng)組成 
定位系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件兩部分組成，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，并演繹出各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)由地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)、傳輸適配器、射頻讀寫器、射頻識(shí)別卡和天線組成，用于完成信息采集和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)人員識(shí)別、定位的功能。各部分功能如下。 
(1)射頻識(shí)別卡。每個(gè)識(shí)別卡具有唯一的電子編碼，其內(nèi)部儲(chǔ)存著一個(gè)人員的信息，用來標(biāo)識(shí)目標(biāo)對象。識(shí)別卡平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)后，被發(fā)射天線發(fā)出的無線電信號激活，發(fā)射出唯一的加密識(shí)別碼無線電信號。識(shí)別卡通常安裝在礦燈帽上。 
(2)射頻讀寫器。每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)安裝一個(gè)射頻讀寫器，射頻讀寫器將低頻的加密數(shù)據(jù)載波信號經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送，用來激活進(jìn)入該區(qū)域的識(shí)別卡；同時(shí)把接收天線接收來的識(shí)別卡的高頻載波信號經(jīng)過放大后，經(jīng)軟件解調(diào)、解碼后提取有效的數(shù)字信號通過標(biāo)準(zhǔn)串口RS485給地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)。 
(3)天線。發(fā)射天線和接收天線，自身不需要電源，與井下射頻讀寫器連接，形成監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與識(shí)別卡的通訊。發(fā)射天線用于發(fā)射無線電信號以激活識(shí)別卡，接收天線接收識(shí)別卡發(fā)出的無線電信號。 
(4)地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)。通過對讀寫器傳送來的編碼信號進(jìn)行分析，識(shí)別出人員的身份，并將相關(guān)信息在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示，可直觀動(dòng)態(tài)顯示井下人員的分布情況。 
(5)傳輸適配器。傳輸適配器安裝在監(jiān)控計(jì)算機(jī)旁邊，作為數(shù)據(jù)傳輸接口，帶有RS232／RS485接口，可以連接4O個(gè)以上的監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)20 km以內(nèi)的遠(yuǎn)距離傳輸。根據(jù)巷道分布圖布置監(jiān)測點(diǎn)，各監(jiān)測點(diǎn)通過礦用通訊電纜或光纜組網(wǎng)，與傳輸適配器連接，傳輸適配器通過RS232與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接。最遠(yuǎn)端監(jiān)測點(diǎn)距離傳輸適配器可達(dá)20 km。射頻天線固定在巷道頂部，采用同軸電纜與監(jiān)測點(diǎn)連接，連接距離不大于10 m為佳。系統(tǒng)組成見圖2。 

2．2 工作原理 
首先，在井下的各個(gè)巷道和所有人員可能經(jīng)過的通道中安放若干個(gè)射頻讀寫器，具體數(shù)量和位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況和要實(shí)現(xiàn)的功能要求而定，并且將它們通過網(wǎng)絡(luò)布線和地面的監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。同時(shí)，在每個(gè)下井人員佩帶的礦燈帽上安裝一個(gè)識(shí)別卡，當(dāng)下井人員進(jìn)入井下以后，只要通過或接近放置在巷道內(nèi)的任何一個(gè)射頻讀寫器，射頻讀寫器即會(huì)馬上感應(yīng)到信號同時(shí)立即上傳到地面的監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)馬上就可判斷出具體信息(如是誰?在哪個(gè)位置?)，同時(shí)把它顯示在顯示屏上，管理人員也可以根據(jù)顯示屏上的分布示意圖點(diǎn)擊井下某一位置，計(jì)算機(jī)即會(huì)把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計(jì)并顯示出來。另外，一旦井下發(fā)生事故，可根據(jù)計(jì)算機(jī)中的人員分布信息馬上查出事故地點(diǎn)的人員情況，然后再用特殊的探測器在事故處進(jìn)一步確定人員位置，以便幫助營救人員準(zhǔn)確快速的營救被困人員。 

3 結(jié)束語 

本系統(tǒng)雖是人員定位系統(tǒng)，但可以推廣運(yùn)用到對井下重要設(shè)備的監(jiān)控上^[4]。如果開發(fā)一些管理軟件運(yùn)行在地面的監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，該系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)完善的考勤管理功能。如查詢某人在任一時(shí)間段的活動(dòng)軌跡；查詢一人或多人每天人井次數(shù)及在井下的工作時(shí)間等一系列信息；可以督促和落實(shí)巡查人員(如瓦斯檢測人員、溫度檢測人員、排風(fēng)人員等)是否按時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)測試和處理，從根本上杜絕人為因素造成的事故；同時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)一段時(shí)間的人員出入信息整理出這一時(shí)期的每個(gè)下井人員的各種出勤報(bào)表。 

參考文獻(xiàn)： 

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作者簡介：羅賢東(1976一)，男，山東日照人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)控制。