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    基于UWB技術的礦山人員精確定位系統方案

    一、方案背景及目標:

    隨著智能技術的不斷發展,礦山生產模式不斷更新,綠色、生態、智能逐漸成為礦業的追

    求。礦業智能化、無人化對于礦山來說非常重要,不僅可以帶來生產能力的提高,還可以幫助降

    低資本投入和生產成本,提升安全保障。因此,發展智能化、無人化采礦技術,革新礦山開采模

    式、減少井下工作人員,是未來全球礦業的必由之路。

    智能礦山建設和應用針對井下人員采用UWB技術,定位精度不大于0.3m(最大靜態定位誤

    差),實現井下人員和車輛的考勤、定位、報警、軌跡等信息的實時監測、歷史追溯與查詢分

    析,有效提升礦井人員的調度指揮和應急管理。

    二、礦山UWB系統簡介:

    礦山定位管理系統是應用UWB技術進行的礦山人員定位管理系統,集人員考勤、區域跟蹤定

    位、日常管理、軌跡追溯、電子圍欄為一體的綜合性運用系統。每個礦工攜帶攜帶一個UWB標

    簽,在礦山作業時能為預先安裝在礦道內的定位基站,定位基站采集人員的移動位置信息,并上

    傳至定位引擎系統進行計算和呈現,使管理人員能夠隨時掌握人員的運動軌跡,以便于進行合理

    的調度管理。一旦意味事故發生,救援人員可根據該系統所提供的人員分布數據、圖形,迅速了

    解有關人員的精確位置情況,及時采取相應的救援措施,提高應急救援工作的效率。

    三、系統方案設計:

    礦山人員定位(煤礦定位)管理系統包括定位標簽、定位基站、UWB標簽、定位引擎、大數

    據平臺等。因此,在設計方案時,除了考慮其功能外,在穩定性、可靠性、抗干擾能力、容錯能

    力及異常保護等方面也進行了充分考慮。項目方案采用現有成熟的以太網和POE供電的方式為

    主傳輸平臺,和相應的定位基站、人員UWB定位標簽等設備與系統掛接,通過將采集的定位標

    簽的位置信息進行后臺數據交換從而實現作業人員的跟蹤定位和安全管理。

     3.1系統總體框架

    系統涉及到無載波通信技術、嵌入式技術、網絡通信技術、數據庫技術和計算機技術等方

    面。系統以TCP/IP通訊網絡作為傳輸介質,通過安裝分站實現井下全覆蓋,讓監控對象配備相

    應的標識卡來實現與系統的掛接。精確定位系統主動獲取各分站上傳的標識卡動態數據,通過一

    系列的運算、分析與比較,最終實現人員的精確跟蹤及定位,同時將數據存儲在應用系統的數據

    庫中,用戶可以通過可視化的界面對井下標識卡實時監控及管理。系統總體框架圖如下:

     3.2系統設計目標

    系統總體設計目標主要體現在:

    1、實現礦山作業人員進出的有效識別和監測監控,使管理系統充分體現“人性化、信息化和

    高度自動化”,實現數字礦山/隧道人員管理的目標。

    2、為礦山管理人員提供人員進出限制、考勤作業、檢測監控、軌跡圖、電子圍欄、位置告

    警等多方面的管理信息,一旦發生安全事故,可迅速定位到工作人員最后的精確定位地點及其數

    量,保證搶險救災和安全救護工作的高效運作。

    3、系統設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。

    4、輕松聯網,BS結構,輕松實現廣闊地域聯網監控。

     3.3系統流程

    礦山人員定位(管理系統是由地面監控中心主計算機在系統軟件支持下,通過數據傳輸接口

    和沿巷道鋪設的通訊光/電纜,定位對安裝的UWB定位基站進行數據巡檢和信息采集,定位基站

    將自動采集有效識別距離內的UWB定位標簽的細信息,并根據系統指令,通過傳輸網絡將相關

    數據傳送至后臺。數據信息經分析處理后,將人員動態分布在主計算機界面中心得以實時反映,

    從而實現安全狀態在礦井數字化管理中的應用。

    ●遵循“統一發卡、統一裝備、統一管理”的原則,將UWB標簽視為必要裝備,按準許上崗人

    員實現“一人一卡”制。

    ●根據礦井檢測需求,在坑道、作業面等地點安裝具有進出方向、時間識別能力的定位基

    站,并通過光纖數據傳輸接口相互連接為高速工業以太網,從而構成完整通訊線路。

    ●礦井生產單位輸入工作人員相關信息后,向工作人員頒發UWB標簽卡。

    ●系統記錄該UWB標簽卡相應人員的基本信息,包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工

    種、職務、本人照片、有效期等基本信息。

    ●進入坑道的工作人員必須隨身定位標簽,當持卡人員經過設置定位基站的地點時被系統識

    別,系統將讀取該標簽號信息,通過系統傳輸網絡,將工作人員通過的路段、時間、坐標信息等

    資料傳輸到地面監控中心進行數據管理,并可同時在地理信息大屏幕墻上出現提示信息,顯示通

    過人員的姓名。對進入電子圍欄區域的工作人員,系統將自動報警,安全監控中心值班人員接到

    報警信號,立即執行相關安全工作管理程序。

    ●生產單位可根據生產計劃,對該標簽卡進行授權管理。授權范圍包括:該員工可以準入的

    坑道或作業面。為防止無關人員和非法人員進入坑道或作業面,系統設置該卡準入坑道或作業面

    時的失效管理模塊及卡的失效、報失等。

    ●坑道一旦發生安全事故,監控中心在第一時間內可以知道被困人員的基本情況,救險隊使

    用接受裝置,在10-30米的范圍內方便探測遇險人員的位置,便于救護工作的安全和高效運作,

    便于事故救助工作的開展。

     3.4系統功能

     ●實時人員動態顯示

    任一時間查詢并顯示某個地點的人數、分布情況及身份。

    查詢一個或多個人員現在的實際位置、活動軌跡。

    記錄有關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

    人員是否按時、到點的進行實地查看,或進行各項數據的檢測和處理,從跟不上盡量杜絕因人為

    因素而造成的相關事故。

    ●人員礦井考勤統計功能

    可對出入井人員進行統計,實現礦井人員考勤記錄,建立并打印人員出入井的各種信息報

    表,如礦井時間報表、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

    定位平臺和定位基站可以局域網方式聯網運行,使網上所有終端在使用權限范圍內實現信息

    多點共享,供多個礦井各部門及領導同時在不同地點共享監測信息、系統綜合分析信息、查詢各

    類數據報表。

    ●電子圍欄報警功能

    對于指定的電子圍欄禁區,如果有非授權人員進入,實時聲音報警,并顯示進入禁區的人數

    及身份,人員軌跡。

    ●災后急救信息

    一旦發生各類事故,監控中心立即能顯示出事故地點的攜卡人員數量、人員信息、人員位置

    等信息,大大提高搶險效率和救護效果。一旦井下發生緊急情況,井下人員可通過攜帶標簽上的

    呼救信號通知管理中心,也可與管理中心進行直接對講,實時匯報井下情況,極大提高了救援效

    率,減少災害損失。

    標簽應急功能

    UWB標簽與定位基站失去聯系時,仍能獨立工作,自動存儲人員檢測數據。

     3.5系統性能特點

     ●強大的系統處理能力

    采用TDOA定位算法優化系統數據處理能力;

    高度自動化、自動檢測、統計、分析信息,整個過程無需人為干涉;

    基于GIS技術的地理信息顯示、查詢系統;

    完善的數據分析能力;

     ●卓越的識別性能

    高度的識別可靠性,100%的前端識別率;

    識別距離遠(地面識別距離可達100米);

    極高的防沖突性(每個監測點可最多同時識別1000個人員以上);

    高度的識別穩定性;

    快速的識別速度;

    定位精度高,達到50cm;

     ●現場優勢

    環境適應性:高抗干擾性,對干擾源、周界環境無特殊要求;

    安裝方便性:定位基站一體化結構設計,采用POE供電;

    運行可靠性:內部電路高度集成化,器件故障率最小化;

     ●電氣特性

    超低功耗,無線標簽在不更換電池的情況下可連續正常工作半年以上;

    方便性、安全性,定位標簽無須外接礦燈電源,超長待機時間;

    無輻射,對人體和環境無任何影響,更加安全更加健康。設備技術參數:

    四、設備技術參數

     4.1定位基站

     4.2定位標簽

     4.3安全帽標簽

    4.4腕帶標簽

     4.4工牌標簽

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