引言 

     近年來(lái)，在全國(guó)范圍內(nèi)的煤炭生產(chǎn)事故不斷發(fā)生，加強(qiáng)安全生產(chǎn)已經(jīng)成為確保煤炭企業(yè)健康發(fā)展的必要前提。利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)井下生產(chǎn)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，可以使地面人員及時(shí)動(dòng)態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況，實(shí)現(xiàn)兩者間的信息及時(shí)溝通，從而有效地實(shí)施安全管理，減少人員傷亡，所以加強(qiáng)這方面的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。 

      在地面上的基于GPS的定位技術(shù)現(xiàn)在也已經(jīng)非常成熟，但在地下幾百米甚至上千米的礦井巷道中，無(wú)法接受到GPS信號(hào)，所以，我們必須另辟蹊徑來(lái)解決井下人員定位的難題。 

      所謂RFID(Radio Frequeney Identification)技術(shù)，就是利用無(wú)線電波來(lái)進(jìn)行通訊的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。其基本原理是通過(guò)閱讀器和標(biāo)簽Tag之間的電磁藕合或電感耦合來(lái)進(jìn)行通訊，以達(dá)到對(duì)持有標(biāo)簽的人或物進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的目的。作為一項(xiàng)先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，RFID具有可讀寫(xiě)、穿透力強(qiáng)、識(shí)別距離遠(yuǎn)、速度快，環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)。 

      進(jìn)幾年來(lái)，RFID技術(shù)及其應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外都得到了迅速的發(fā)展。特別是，隨著成本的下降和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，RFID技術(shù)的全面推廣和應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。 

      遠(yuǎn)距離的RFID可以在持標(biāo)簽者不需要有意識(shí)地做出刷卡動(dòng)作時(shí)，就可以將標(biāo)簽信息讀人閱讀器，因而可以實(shí)現(xiàn)安全、戧哇、力便的人員識(shí)別。 

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案 

      目前正在應(yīng)用的一些人員定位系統(tǒng)，主要分為井上主機(jī)和井下分站兩部分組成，主機(jī)和分站通過(guò)專(zhuān)有線路連接，如下圖所示。當(dāng)主機(jī)和線路出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)將完全癱瘓，可靠性能很差。并且這種連接方式不利于硬件的維護(hù)和系統(tǒng)的擴(kuò)充。 

       實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了很大的調(diào)整。在井下專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)能獨(dú)立工作的輪巡上位機(jī)，它負(fù)責(zé)采集各閱讀器中的信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到井上；在井上配置有標(biāo)簽服務(wù)器，通過(guò)它聯(lián)系了監(jiān)控系統(tǒng)(及其它可能的應(yīng)用系統(tǒng))與井下各分站。井上模塊與井下模塊之間通過(guò)共用的工業(yè)以太網(wǎng)連接，無(wú)須專(zhuān)用連接線路。 

       系統(tǒng)由信息采集、標(biāo)簽服務(wù)器、GIS現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、Web查詢四大模塊組成。 

      標(biāo)簽的信息采集由若干臺(tái)閱讀器、兩臺(tái)(或以上)上位機(jī)POLLING、CAN總線、工業(yè)以太網(wǎng)、標(biāo)簽服務(wù)器組成。上位機(jī)不斷的輪巡所有的閱讀器，并把采集到的信息往標(biāo)簽服務(wù)器；標(biāo)簽服務(wù)器判斷標(biāo)簽的類(lèi)型，進(jìn)行分析處理后，將標(biāo)簽信息打包發(fā)向GIS現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊；GIS現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊以MapXtreme為核心，實(shí)時(shí)地將標(biāo)簽服務(wù)器發(fā)來(lái)的信息解包，并根據(jù)標(biāo)簽信息得到對(duì)應(yīng)的員工信息，將員工信息及其當(dāng)前的位置顯示在GIS地圖中。并且在監(jiān)控模塊中，可以查詢得到某地址的員工列表，某員工的行動(dòng)路徑等信息；Web查詢模塊使授權(quán)的用戶可以通過(guò)Inter—net查詢員工下井的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和詳細(xì)的歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析。 

2系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn) 

2．1上位機(jī)polling的實(shí)現(xiàn) 
      閱讀器分站連接在CAN總線上，通過(guò)RS485接入上位機(jī)。上位機(jī)polling采用本安型的工控機(jī)。有兩臺(tái)上位機(jī)并行的工作，不斷的將閱讀器感應(yīng)到的信息拉(PULL)上來(lái)，發(fā)送給標(biāo)簽服務(wù)器。并行丁作的兩臺(tái)上位機(jī)，協(xié)調(diào)工作，動(dòng)態(tài)地分配將要通訊的閱讀器的地址，當(dāng)任何一臺(tái)機(jī)器因?yàn)槟承┰蚨C(jī)時(shí)，都不會(huì)中斷系統(tǒng)的通訊。為了通訊的安全可靠，polling與閱讀器之間利用郵件通訊。定義函數(shù)SendMaiLReadMail分別表示向閱讀器發(fā)送命令郵件和從閱讀器中得到Tag郵件或其它設(shè)置信息。 

      為了能夠同時(shí)與多臺(tái)閱讀器進(jìn)行讀取／發(fā)送操作，polling軟件上采用獨(dú)立線程分別來(lái)實(shí)現(xiàn)郵件的讀取和發(fā)送，并通過(guò)發(fā)送message消息到線程，來(lái)控制線程功能的啟動(dòng)和暫停。當(dāng)郵件讀取線程接收到郵件后，通過(guò)Socket接口發(fā)往標(biāo)簽服務(wù)器。(見(jiàn)圖3) 

      上位機(jī)要放置于礦井下，所以必須是本安型的丁控機(jī)。它通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與井上的標(biāo)簽服務(wù)器相連。長(zhǎng)距離的信息傳輸以及其它不確定的因素，會(huì)造成上位機(jī)與標(biāo)簽服務(wù)器的通訊中斷，所以在polling中特別設(shè)計(jì)離線工作模塊，這使得在通訊中斷的期間，polling將數(shù)據(jù)暫存在本地，等通訊恢復(fù)后，再自動(dòng)上傳。 

2.2 標(biāo)簽服務(wù)器的實(shí)現(xiàn) 
      標(biāo)簽服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它連接著上位機(jī)，監(jiān)視模塊，DB服務(wù)器。上位機(jī)將接收到的標(biāo)簽信息，傳遞給標(biāo)簽服務(wù)器，標(biāo)簽服務(wù)對(duì)發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行處理，存人DB或者再轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)視模塊；反過(guò)來(lái)，系統(tǒng)的監(jiān)視模塊對(duì)閱讀器的控制命令的發(fā)送也是通過(guò)標(biāo)簽服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)到指定的閱讀器中的，進(jìn)而讓閱讀器執(zhí)行相應(yīng)命令。  

      上位機(jī)、標(biāo)簽服務(wù)器都連接在工業(yè)以太網(wǎng)上。標(biāo)簽服務(wù)器同時(shí)也是一臺(tái)Socket服務(wù)器，標(biāo)簽服務(wù)器與所連接來(lái)的各個(gè)上位機(jī)用獨(dú)立的線程通訊，收到某郵件后，將郵件填加到輸入隊(duì)列中，即可進(jìn)入下一次接收循環(huán)。另有專(zhuān)門(mén)的線程來(lái)檢查輸入隊(duì)列，判斷郵件的類(lèi)型，重新將郵件打包，發(fā)向相應(yīng)的處理模塊。同樣，當(dāng)需要向下位機(jī)或通過(guò)下位機(jī)向閱讀器發(fā)送指令時(shí)，先將指令填加到輸出隊(duì)列，然后也有專(zhuān)門(mén)的線程向socket客戶端發(fā)送。 

       通過(guò)使用輸入，輸出隊(duì)列的隔離，匹配了socket讀寫(xiě)與數(shù)據(jù)處理之間的速度，不會(huì)因?yàn)橛写罅康膕ocket數(shù)據(jù)涌人，而造成數(shù)據(jù)處理的滯后；反過(guò)來(lái)，也不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)行復(fù)雜的處理而影響下一次socket數(shù)據(jù)的讀取。 

2．3 GIS監(jiān)視模塊的實(shí)現(xiàn) 
       閱讀器感應(yīng)到的RFID卡號(hào)信息，最終要傳送到監(jiān)視模塊來(lái)。監(jiān)視模塊以GIS為核心，采用MapInfo公司的MapXtreme 2004 for．Net。GIS中有巷道圖層、軌道圖層、閱讀器圖層、人員圖層。當(dāng)監(jiān)視模塊收到標(biāo)簽服務(wù)器發(fā)來(lái)的郵件包后，根據(jù)閱讀器的地址，用動(dòng)畫(huà)的效果在MAP中的響應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)注。 

       監(jiān)視模塊提供下列的功能：顯示當(dāng)前井下各個(gè)位置的人數(shù)、分布及各部門(mén)人員數(shù)量；顯示某個(gè)位置的當(dāng)前人員列表，詳細(xì)顯示人員的下井時(shí)間，進(jìn)人某個(gè)位置的時(shí)問(wèn)；追蹤某個(gè)人員下井后所走過(guò)的路線，井將路線顯示在MAP中；查詢某個(gè)人員的歷史下井路線。在GIS監(jiān)視模塊中，將有關(guān)的井下GIS地圖的顯示，軌道的選擇，路徑的查找等操作封裝成獨(dú)立的模塊，作為GIS平臺(tái)，并制定了軌道、路徑、人員、設(shè)備等的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)GIS平臺(tái)可以應(yīng)用于日后的其它煤礦井下信息化系統(tǒng)中。 

3系統(tǒng)的推廣 

       系統(tǒng)標(biāo)記了下井口和上井口兩個(gè)閱讀器，就可以是—個(gè)完整的下井考勤系統(tǒng)，因?yàn)槭冀K記錄著人員的行走路線，這事實(shí)上要比普通的考勤系統(tǒng)有著更準(zhǔn)確詳細(xì)的考勤記錄，并且下井的員工不需要特意做出打卡動(dòng)作。 

      遠(yuǎn)距離RFID在井下的應(yīng)用是很廣泛的，我們?cè)陂喿x器上擴(kuò)展 8入8出的I／O口，就可以采用集散式控制來(lái)完成對(duì)井下設(shè)備的控制，如控制軌道的轉(zhuǎn)轍機(jī)等，實(shí)現(xiàn)井下機(jī)車(chē)的調(diào)度。 

4結(jié)束語(yǔ) 

       井下人員定位系統(tǒng)，作為礦井安全生產(chǎn)的被動(dòng)防御系統(tǒng)，將為企業(yè)在安全管理，災(zāi)害預(yù)防、事故救助等方面提供有力的信息支持，為改善了我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)狀況發(fā)生作用。