矿山井下人员定位及井下工作环境监控方案———矿山井下人员定位

总体考虑：
        以尽可能低的成本，先有效可靠地实现井下人员定位和工作环境监控的基本功能，在此基础上再进一步改进和增加系统的功能。因而，本方案将尽可能利用井下现有的通信设施和条件。为了降低成本，减少了读写定位器基站的使用数量，人员定位采用了分区段考勤定位的方式（这也是目前煤矿井下人员定位普遍采用的方式），当然也可采用全信号覆盖的精确定位方式（需要更多的读写定位器基站）。
   
  系统的总体方案和功能：
        根据井下的具体情况，将井下分为若干个区段，每个区段两端皆设有一个读写定位器基站，每一个基站通过现有井下通信电缆和矿山通信系统与监控中心相连，在没有铺设通信电缆的地方，使用无线中继的方式与井下通信系统相连；读写定位器基站对每一个经过或停留在其信号覆盖区内的的无线身份卡进行读写，并通过无线的方式对附近几百米范围内的瓦斯、温度、湿度、风速等传感器进行数据采集和监控，同时通过无线的方式指挥报警喇叭，广播传达来自监控中心的报警和呼叫（参见附图）：
  无线身份卡：使用一节一次性5# 锂电池驱动（煤矿井下需要使用防爆电池），电池寿命可达两年以上。每一个无线身份卡可以有不同的封装外型，例如别在腰带上的BB机式，非煤矿矿山还可考虑安装在头盔上，无线身份卡上还可安装一个报警按钮，紧急情况时，工作人员可按按钮报警，报警信号将通过读写定位器基站传往管理控制中心。传感器：传感器也使用电池驱动（非金属矿可使用1～2节一次性5#锂电池），除了每隔一定时间，例如5秒或10秒向读写定位器基站发送数据信号外，当传感器测量的值，超过预先设定的限值时，传感器将立即向读写定位器连续发送预警或正式报警信号。读写定位器：读写定位器通过井下供电系统取电，读写定位器定时（例如每隔30秒钟）将所采集到的无线身份卡号（还可包括用于进一步精确定位所需的信号强度值）、传感器的编号及物理量信息，打包传往监控中心或采用由控制中心轮巡的方式来读取。通过发送数据包的读写定位器基站的编号和传感器的编号，就能确定矿工的位置以及不同位置、不同时间的瓦斯浓度、温度、湿度等信息。读写定位
器一接收到来自矿工或传感器的报警信号，将立即转发给监控中心。原则上，现有井下的通信系统可以不变，
    我们所提供的人员定位和环境监控系统，只不过通过现有的井下通信系统，向矿井管理监控中心定时提供了人员的位置信息和井下不同位置的工作环境条件信息而已。
   
  关键技术问题：
    1．读写距离
       按照2007年国家颁布的煤矿井下人员定位系统的最新规定：要求能将以5米/秒速度，同时经过一个读写定位器基站的80个矿工的无线身份卡号，完全记录下来。这就是说，读写定位器必须要在80个矿工经过其信号覆盖区域的有限时间内，完成所有电子标签ID号的采集任务。因而，读写定位器的读取速度必须要快，同时读写定位器基站的信号覆盖范围（与电子标签的通信距离）要远，读写可靠性要高（减少读写定位器读写出错时，重新读写的次数），并能很好地解决信号碰撞问题。
    2．电池寿命
       由于无源电子标签系统只能使用方向性要求极高的近距离读写方式，显然不适用于这种应用场合，而有源电子标签，涉及到电池的使用寿命问题和卡的价格成本问题，如果使用可充电电池（注意在存在瓦斯爆炸风险的煤矿中，对所使用的电池的种类还有一定的要求），则无疑将增加无线身份卡的生产成本和维护使用成本。如果使用一次性电池，则对卡的平均功耗有较高的要求，这就要求无线身份卡实际工作时间越少越好，这也就增加了满足前述要求的难度。我公司利用自身的技术优势和专利节电技术，不仅能够完全满足以上读写速度的要求，而且能够做到使用一节一次性5号锂电池，可以3年不更换（相关规定为两年），这就大大降低了整个系统的安装成本和运营成本，并方便了使用。
    3．矿工行走方向判别
       由于国家在井下人员定位管理系统的规定中，表述的是分区段定位的方式，即采用记录进出某个特定区域的井下工作人员的办法，来确定哪些人员某个时刻在某个区域内的定位方法，因而这就要求读写定位器基站能够判别井下工作人员经过基站时的行走方向。使用我公司研制生产的袖珍定向天线，可以很容易解决这个问题。
   
  一些具体细节：
    1、读写定位器基站的具体布置，应参照国家2007年相关文件中的规定来执行。
    2、在有通信线缆的地方，读写定位器基站直接通过线缆与系统计算机相连接，在个别没有通信线缆的地方可以利用读写定位器基站的无线中继功能，来与井下通信系统相连接。我们的读写定位器基站都具有RS232、 RS485、USB或TCP/IP接口。
    3、读写定位器与无线身份卡电子标签在井下的可靠通信距离为100～150米左右，视井下的具体情况而定。在实际应用时，当无线身份卡采用某些遮挡较强的防爆封装时，通信距离不低于80米，采用袖珍定向天线（便于判别矿工经过基站时的行走方向），通信距离大于150 米。在可视情况下，一个读写定位器可以覆盖150～200米通信距离，读写定位器与传感器之间的通信距离大于500米，读写定位器之间的通信距离大于1000米。
    4、由于采用了我们独有的节电专利技术，无线身份卡的电池使用寿命可达三年以上，这一点已经在高速公路上的项目中得到证实。
    5、无线身份卡上有一个报警按钮，身份卡平常处于周期性工作状态。在紧急情况下，矿工可通过连续按压按钮发送报警信息。
    6、需要说明的是：我们向客户提供的仅仅是通信模块、读写定位器基站、相应人员的定位以及传感器数据采集软件等，我们只保证我们的产品能够按照客户预先提出的人员位置信息采集和传感器数据采集方式工作，并不负责整个系统的集成、安装和维护以及模块的防爆封装、申请本安认证等工作，这些都是由用户自己来承担的。产品的价格中，只包括了对客户通过电话以及在本公司所在地进行的技术培训服务（但不包括前往用户所在地进行的现场技术支持的服务）。