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井下人員及設(shè)備定位系統(tǒng)方案書（簡）
摘要： 井下人員位置監(jiān)測（定位考勤）系統(tǒng)涉及計算機軟件、數(shù)據(jù)庫、電子電路、防爆本安電源、數(shù)字通訊、無線識別技術(shù)等方面。因此，在設(shè)計方案時，除了考慮其功能外，在穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力、容錯能力及異常保護(hù)等方面也進(jìn)行了充分考慮。項目方案確定利用現(xiàn)有成熟的煤礦高速工業(yè)以太網(wǎng)加現(xiàn)場總線系統(tǒng)作為主傳輸平臺，開發(fā)相應(yīng)的井下人員跟蹤定位傳感器、人員無線標(biāo)識卡等設(shè)備與系統(tǒng)掛接，通過井下人員跟蹤定位傳感器及考勤管理專用軟件與主系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)的專用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)井下作業(yè)人員的跟蹤定位和安全管理。xiawei-1@126.com 夏緯13331816612 QQ:727523261
上海秀派電子科技有限公司(ShangHai Super Ele&Tec Co.Ltd)為專業(yè)致力于遠(yuǎn)距離射頻識別（RFID）產(chǎn)品戰(zhàn)略研究的高科技公司。公司坐落于上海交通大學(xué)慧谷高科技中心，為交大高科技基地的重點孵化企業(yè),并分別與交大軟件學(xué)院和信息安全學(xué)院聯(lián)合建立了軟件和硬件實驗室。依托交通大學(xué)的技術(shù)和人才優(yōu)勢，經(jīng)過多年的經(jīng)驗及產(chǎn)品積累，公司擁有一支一流的軟、硬件隊伍，可完成遠(yuǎn)距離目標(biāo)識別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)犬a(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)。
秀派公司作為目前國內(nèi)RFID領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)和產(chǎn)品化的佼佼者，成功的吸引了國際著名的風(fēng)險投資機構(gòu)“IDG 技術(shù)創(chuàng)業(yè)投資基金（IDG Technology Venture Investment III, L.P.）”的入注，也是目前國內(nèi)RFID行業(yè)第一家被國際風(fēng)險投資投資的業(yè)內(nèi)企業(yè)。
地址：上海市虹橋路333號交大慧谷高科技基地608
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第一章 上海秀派井下人員位置監(jiān)測 （定位考勤）系統(tǒng)方案
5.1 系統(tǒng)概述
上海秀派井下人員定位考勤系統(tǒng)是上海秀派電子科技有限公司在自主核心研發(fā)的第二代超級RFID識別端技術(shù)平臺基礎(chǔ)上，結(jié)合了國內(nèi)通信、計算機等先進(jìn)技術(shù)相關(guān)廠家研制的，采用目前國際上最先進(jìn)的.18芯片技術(shù)的井下定位系統(tǒng)。上海秀派井下人員定位考勤系統(tǒng)能夠及時、準(zhǔn)確的將井下各個區(qū)域人員及設(shè)備的動態(tài)情況反映到地面計算機系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時掌握井下人員、設(shè)備的分布狀況和每個礦工的運動軌跡，以便于進(jìn)行更加合理的調(diào)度管理。當(dāng)事故發(fā)生時，救援人員也可根據(jù)上海秀派井下人員定位考勤系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解有關(guān)人員的位置情況，及時采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。
上海秀派井下人員定位考勤系統(tǒng)是集井下人員考勤、跟蹤定位、災(zāi)后急救、日常管理等一體的綜合性運用系統(tǒng)。也是國內(nèi)技術(shù)最先進(jìn)、運行最穩(wěn)定、設(shè)計最專業(yè)化的井下定位系統(tǒng)。這一科技成果的實現(xiàn)，將為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和日常管理上臺階以及事故急救帶來了新的契機。
5.2 系統(tǒng)總體設(shè)計思路
井下人員位置監(jiān)測（定位考勤）系統(tǒng)涉及計算機軟件、數(shù)據(jù)庫、電子電路、防爆本安電源、數(shù)字通訊、無線識別技術(shù)等方面。因此，在設(shè)計方案時，除了考慮其功能外，在穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力、容錯能力及異常保護(hù)等方面也進(jìn)行了充分考慮。項目方案確定利用現(xiàn)有成熟的煤礦高速工業(yè)以太網(wǎng)加現(xiàn)場總線系統(tǒng)作為主傳輸平臺，開發(fā)相應(yīng)的井下人員跟蹤定位傳感器、人員無線標(biāo)識卡等設(shè)備與系統(tǒng)掛接，通過井下人員跟蹤定位傳感器及考勤管理專用軟件與主系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)的專用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)井下作業(yè)人員的跟蹤定位和安全管理。系統(tǒng)總體設(shè)計主要體現(xiàn)在：
1. 實現(xiàn)煤礦井下作業(yè)人員進(jìn)出的有效識別和監(jiān)測監(jiān)控，使管理系統(tǒng)充分體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動化”，實現(xiàn)數(shù)字礦山的目標(biāo)。
2. 為煤礦管理人員提供人員進(jìn)出限制、考勤作業(yè)、監(jiān)測監(jiān)控等多方面的管理信息，一旦發(fā)生安全事故，通過該系統(tǒng)可在事故現(xiàn)場10～30米范圍內(nèi)可立刻探測該作業(yè)面工作人員及其數(shù)量，保證搶險救災(zāi)和安全救護(hù)工作的高效運作。
3. 系統(tǒng)設(shè)計的安全性、可擴容性、易維護(hù)性和易操作性。
4. 輕松聯(lián)網(wǎng)，BS結(jié)構(gòu)，輕松實現(xiàn)縣、市、省及更廣闊地域聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。
5.3系統(tǒng)設(shè)計原理及依據(jù)
5.3.1系統(tǒng)設(shè)計原理
上海秀派井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)是由地面監(jiān)控中心主計算機在系統(tǒng)軟件支持下，通過數(shù)據(jù)傳輸接口和沿巷道鋪設(shè)的通訊光/電纜，定時對井下安裝的無線數(shù)據(jù)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)巡檢和信息采集，無線數(shù)據(jù)傳感器將自動采集有效識別距離內(nèi)的標(biāo)識卡的信息，并根據(jù)系統(tǒng)指令，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至地面中心站。數(shù)據(jù)信息經(jīng)分析處理后，將井下人員（或機車等移動目標(biāo)）動態(tài)分布在主計算機界面中得以實時反映，從而實現(xiàn)井下安全狀態(tài)在井上數(shù)字化管理的目的。
遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，將標(biāo)識卡視為“上崗證”或“坑道準(zhǔn)入證” ，按準(zhǔn)許上崗人員實行“一人一卡”制。
1) 根據(jù)礦井監(jiān)測需求，在井下坑道、峒室、作業(yè)面等地點安裝具有進(jìn)出方向、時間識別能力的無線數(shù)據(jù)傳感器，并通過光纖數(shù)據(jù)傳輸接口相互連接為井下高速工業(yè)以太網(wǎng)，從而構(gòu)成完整通訊線路。
2) 煤礦生產(chǎn)單位輸入工作人員相關(guān)信息后，向下井工作人員頒發(fā)并裝備標(biāo)識卡。
3) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫記錄該標(biāo)識卡相對應(yīng)人員的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)、本人照片、有效期等基本信息。
4) 進(jìn)入坑道的工作人員必須隨身攜帶標(biāo)識卡，當(dāng)持卡人員經(jīng)過設(shè)置識別系統(tǒng)的地點時被系統(tǒng)識別，系統(tǒng)將讀取該卡號信息，通過系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將持卡人通過的路段、時間等資料傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，并可同時在地理信息大屏幕墻上出現(xiàn)提示信息，顯示通過人員的姓名。如果感應(yīng)的無線標(biāo)識卡號無效或進(jìn)入限制通道，系統(tǒng)將自動報警，安全監(jiān)控中心值班人員接到報警信號，立即執(zhí)行相關(guān)安全工作管理程序。
5) 生產(chǎn)單位可根據(jù)生產(chǎn)計劃，對該標(biāo)識卡進(jìn)行授權(quán)管理。授權(quán)范圍包括：該員工可以準(zhǔn)入的坑道或作業(yè)面。為防止無關(guān)人員和非法人員進(jìn)入坑道或作業(yè)面，系統(tǒng)設(shè)置該卡準(zhǔn)入坑道或作業(yè)面的時效管理模塊及卡的失效、報失等。
6) 坑道一旦發(fā)生安全事故，監(jiān)控中心在第一時間內(nèi)可以知道被困人員的基本情況，救險隊使用移動式遠(yuǎn)距離識別裝置，在10-30米的范圍內(nèi)方便探測遇險人員的位置，便于救護(hù)工作的安全和高效運作，便于事故救助工作的開展。
7) 系統(tǒng)可自動生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理等方面的報表資料，提高管理效益。
5.3.2 系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)
（1） GA/T75《安全防范工程程序與要求》
（2） MT209-1990《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求》
（3） 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)通用技術(shù)條件和使用管理規(guī)范
5.4系統(tǒng)功能及特點
5.4.1系統(tǒng)功能
實時井下人員動態(tài)顯示：
1) 任一時間查詢并顯示井下某個地點的人數(shù)、分布情況及身份。
2) 查詢一個或多個人員現(xiàn)在的井下實際位置、活動軌跡。
3) 記錄有關(guān)人員在任一地點的到/離時間和總工作時間等一系列信息，可以督促和落實重要巡查人員（如：瓦斯檢測人員）是否按時、到點的進(jìn)行實地查看，或進(jìn)行各項數(shù)據(jù)的檢測和處理，從根本上盡量杜絕因人為因素而造成的相關(guān)事故。
豐富的人員下井考勤能力：
可對出入井人員進(jìn)行統(tǒng)計，實現(xiàn)下井人員考勤記錄，建立并打印人員出入井的各種信息報表（如：下井時間報表、出勤月報表、加班報表、缺勤報表等等），方便管理人員的查詢與管理。
信息多點共享：
系統(tǒng)中心站及網(wǎng)絡(luò)終端可以局域網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)運行，使網(wǎng)上所有終端在使用權(quán)限范圍內(nèi)實現(xiàn)信息多點共享，供多個礦井各部門及領(lǐng)導(dǎo)同時在不同地點共享監(jiān)測信息、系統(tǒng)綜合分析信息、查詢各類數(shù)據(jù)報表。
豐富的地圖功能：
具有放大、縮小、移動、標(biāo)尺測距、視野控制、中心移動、土層控制、地圖打印等功能，支持多種圖形格式。鼠標(biāo)和鍵盤均可操作，全面支持實時多任務(wù)。
禁區(qū)報警功能：
對于指定的禁區(qū)，如果有非授權(quán)人員進(jìn)入，實時聲音報警，并顯示進(jìn)入禁區(qū)的人數(shù)及身份。
災(zāi)后急救信息：
一旦發(fā)生各類事故，上位機上立即能顯示出事故地點的人員數(shù)量、人員信息，人員位置等信息，大大提高搶險效率和救護(hù)效果。
后備電力：
系統(tǒng)產(chǎn)品的坑道壁掛式設(shè)計，保證系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下能連續(xù)運轉(zhuǎn)，并提供斷電后2小時的供電電源。
傳感器應(yīng)急功能：
井下人員跟蹤定位傳感器與地面中心站失去聯(lián)系時，仍能獨立工作，自動存儲人員監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時傳感器具有漢字液晶顯示人員編碼和時鐘功能，可用遙控器查詢記錄。
下井人員身份判別和逐一對應(yīng)功能：
上海秀派的井下人員位置檢測考勤系統(tǒng)，擁有專門的接口功能，能對下井人員身份進(jìn)行迅速、群發(fā)、快速判別和逐一對應(yīng)功能，確保管理到位。
5.4.2性能特點
強大的系統(tǒng)處理能力：
1) 采用L-H調(diào)度算法優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力；
2) 高度自動化，自動監(jiān)測、統(tǒng)計、分析信息，整個過程無需人為干涉；
3) 基于GIS技術(shù)的地理信息顯示、查詢系統(tǒng)；
4) 完善的數(shù)據(jù)分析能力；
5) 通訊距離遠(yuǎn)，可達(dá)20公里以上。
卓越的識別性能：
1) 高度的識別可靠性，100%的前端識別率；
2) 識別距離遠(yuǎn)（地面識別距離可達(dá)80米）；
3) 極高的防沖突性（每個檢測點可最多同時識別200個人員）；
4) 高度的識別穩(wěn)定性（誤碼率小于10萬分之1）；
5) 快速的識別速度（最快可達(dá)到200公里/小時的識別速度）。
現(xiàn)場優(yōu)勢：
1) 環(huán)境適應(yīng)性：高抗干擾性，對井下干擾源、周界環(huán)境無特殊要求；
2) 安裝方便性：傳感器一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，無需外接天線或地感；
3) 運行可靠性：內(nèi)部電路高度集成化，器件故障率最小化。
電氣特性：
1) 超低功耗，無線標(biāo)簽在不更換電池的情況下可連續(xù)正常工作5年；
2) 方便性、安全性，標(biāo)簽無須外接礦燈電源，無須充電、無須更換電池；
3) 無輻射，對人體和環(huán)境無任何影響，更安全更健康。
5.5系統(tǒng)硬件及軟件
5.5.1系統(tǒng)硬件特點
1、工控頻段
由于采用無線的傳輸介質(zhì)，上海秀派無線傳感器網(wǎng)絡(luò)克服了許多傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的弊病。在一些物理障礙和特殊環(huán)境下，有線網(wǎng)絡(luò)是不可能實現(xiàn)的。另一方面，與傳統(tǒng)的公網(wǎng)無線通訊相比，2.4G工控頻段無線通訊無需無線電管制委員會批準(zhǔn)，不需繳納頻譜占用費用。
2、低功耗
上海秀派無線傳感器件在技術(shù)上采用了合理休眠模式，具有收發(fā)信息功耗低等特點，確保能在電池支持下持續(xù)工作長達(dá) 5年左右。同時，整體結(jié)構(gòu)的低功耗設(shè)計既保證了設(shè)備的有效運轉(zhuǎn)，又減少了應(yīng)用實施的復(fù)雜性和成本。
3、設(shè)備體積小
上海秀派無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單元是硬幣大小的智能計算傳感設(shè)備?，F(xiàn)代集成電路技術(shù)的集成度和產(chǎn)品性使得上海秀派無線傳感設(shè)備的體積在不斷地小，而它的功能卻越來越強大。微小的體積不但使得在特殊環(huán)境下的應(yīng)用成為可能，也大大降低了安裝和維護(hù)的要求與成本。
4、網(wǎng)絡(luò)容量大
一個傳感網(wǎng)絡(luò)可以容納多達(dá)六萬五千的微型智能傳感器件和大量的接入點。大容量保證了網(wǎng)絡(luò)強大的數(shù)據(jù)采集能力。同時，網(wǎng)絡(luò)的高冗余性保證了整個網(wǎng)絡(luò)在個別節(jié)點停止工作的情況下仍然可以正常運轉(zhuǎn)。
5、精密、可靠
上海秀派無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精確性、可靠性、穩(wěn)定性是傳統(tǒng)方式的百倍以上。上海秀派無線傳感系統(tǒng)核心技術(shù)目前采用獨有的U-CORT算法，并結(jié)合分布式計算技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息融合技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自喚醒，自容錯，自愈合。
6、運行及維護(hù)成本低
綜合以上，上海秀派無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，可以看出，建網(wǎng)所需要的人工費用是很低的。任何一個經(jīng)過授權(quán)的微型智能傳感器件只要放在網(wǎng)絡(luò)的無線信號覆蓋范圍內(nèi)，就可自動加入網(wǎng)絡(luò)工作，無須任何安裝配置。高度智能化最大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)所需的人力和時間，加上網(wǎng)絡(luò)節(jié)點本身價格低廉，使得上海秀派無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本極低。
7、 技術(shù)特點：
多種信號采集
極低的電流功耗
250kbps 2.4GHZ IEEE802.15.4 兼容的射頻收發(fā)
< 10us 的快速激活/睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換
硬件層加密與身份驗證安全特性
數(shù)字信號強度（RSSI）與無線連接質(zhì)量（LQI）支持
高速光纖工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用使整個系統(tǒng)的傳輸速率由幾百字節(jié)提高到百兆，實現(xiàn)了傳輸速率質(zhì)的飛躍，從而可實現(xiàn)多點并發(fā)式查詢，即多個采集點同時上傳數(shù)據(jù)，極大的縮短了采集時間，從而極大的提高了實時性。
先進(jìn)的上海秀派無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與所需的傳感器相連，從而實現(xiàn)移動動態(tài)的采集，如瓦斯、礦壓、礦溫等環(huán)境參數(shù)均可實現(xiàn)移動動態(tài)的采集。
先進(jìn)的自有技術(shù)上海秀派的應(yīng)用，極大的提高了產(chǎn)品的可靠性和產(chǎn)品的識別能力。如專有的時間戳技術(shù)，即在每一個接收到的信息基礎(chǔ)上加入采集時間信息，使整個系統(tǒng)更為可靠。
實現(xiàn)了井下人員實時跟蹤定位、機車實時跟蹤定位、輔助考勤、歷史查詢等四大重要安全管理功能。還能為災(zāi)后搜救提供探測定位功能。
整個系統(tǒng)留有豐富的軟硬件接口，具有極大的開放性，可根據(jù)用戶的需求作相應(yīng)的調(diào)整。
上海秀派井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)在井下可容納640個數(shù)據(jù)傳感器，每個數(shù)據(jù)傳感器可同時采集200張以上標(biāo)識卡信息，整個系統(tǒng)可容納標(biāo)識卡上億個，足以滿足現(xiàn)有大中型煤礦的需要。
5.6配置要求、系統(tǒng)圖及實施步驟
5.6.1運行設(shè)備配置要求
地面中心站
地面中心站主機服務(wù)器采用工控機。
A. CPU：使用相當(dāng)于Intel公司的Pentium IX或以上級別的CPU；
B. 操作系統(tǒng)：Windows2000以上操作系統(tǒng)；
C. 內(nèi)存：512M以上；
D. 顯卡：Windows系統(tǒng)兼容，含有1MB以上的顯示內(nèi)存，800*600分辨率以上；
E. 硬盤：10G以上。
