文/林 潔

礦山作業(yè)人員井下定位系統(tǒng)

文/林 潔

編者的話

我國正在強制推行煤礦、非煤礦山井下避險系統(tǒng)和避險設備的安裝與建立。根據國務院23號文件，煤礦、非煤礦山要在3年之內建立安裝監(jiān)測監(jiān)控、井下人員定位、緊急避險、壓風自救、供水施救和通信聯絡等六大礦山井下避險系統(tǒng)，逾期未安裝的，將面臨相應懲處。至此，我國構筑礦山企業(yè)新型安全防護體系的戰(zhàn)役正式打響。近期，我們對煤礦井下安全避險六大系統(tǒng)刊發(fā)系列報道，本期為大家介紹的是井下人員定位系統(tǒng)。

▲某公司職工在展示“人員定位卡”

煤礦井下是一個特殊而又惡劣的環(huán)境，無線電信號傳輸衰耗大、GPS信號不能覆蓋煤礦井下巷道。目前，我國煤礦井下作業(yè)人員定位系統(tǒng)主要以現代無線電編碼通訊技術（RFID）為基礎，應用現代無線電通訊技術中的信令技術及無線發(fā)射接收技術，結合目前流行的數據通訊、數據處理及圖形展示軟件等技術，及時、準確地將井下各個區(qū)域人員和移動設備情況動態(tài)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和移動設備的總數及分布狀況。

跟蹤定位過程全自動

礦山作業(yè)人員井下定位及動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)由無線編碼發(fā)射器、數據采集控制設備、數據傳輸網絡、地面中心軟件系統(tǒng)及服務器組成。系統(tǒng)人員定位分站的無線收發(fā)數據板將低頻加密數據載波信號經發(fā)射天線向外發(fā)送；人員隨身攜帶標識卡進入低頻的發(fā)射天線工作區(qū)域后被激活，同時將加密的載有目標識別碼的信息經卡內高頻發(fā)射模塊發(fā)射出去；接收天線接收到標識卡發(fā)來的載波信號，經分站主板接收處理后，提取出目標識別碼，通過遠距離通訊線送地面監(jiān)控計算機，完成礦井人員自動跟蹤定位管理。

定員管理和應急救援兩大應用

定員管理：系統(tǒng)可以通過監(jiān)控入井人數，進入采區(qū)、采煤工作面、掘進工作面等重點區(qū)域人數，遏制超定員生產；通過對進入盲巷、采空區(qū)等危險區(qū)域人員監(jiān)控，及時發(fā)現誤入危險區(qū)域人員，防止發(fā)生窒息等傷亡事故；通過對人員出/入時刻監(jiān)測，可及時發(fā)現超時作業(yè)和未升井人員，以便及時采取措施，防止發(fā)生意外；通過對瓦斯檢查員等特種作業(yè)人員巡檢路徑及到達時間監(jiān)測，及時掌握檢查員等特種作業(yè)人員是否按規(guī)定的時間和線路巡檢；通過對帶班干部出/入井及路徑監(jiān)測，及時掌握干部下井帶班情況，加強干部下井帶班管理；通過對入井作業(yè)人員出/入井和路徑監(jiān)測，及時掌握入井工作人員是否按規(guī)定出/入井，是否按規(guī)定到達指定作業(yè)地點等。

應急救援：煤礦具有作業(yè)人員在井下流動性大、地面人員難以及時掌握井下人員的分布和作業(yè)進展情況以及下井后就無法確切地知道他們所處的位置等特點，礦井萬一發(fā)生透水、火災等事故時，地面工作人員因不能實時了解井下情況，搶險救災工作面臨極大困難。特別是在突發(fā)冒頂和人員被埋的緊急情況下，由于人工描述不清或不能及時精確、自動探測被埋人員的準確位置，在低效率的管理模式下，往往喪失有效搶救生命的寶貴時間。如果安裝了定位系統(tǒng)，當事故發(fā)生時，救援人員可以根據系統(tǒng)所提供的數據、圖形，及時掌握事故地點的人員和設備信息，也可以通過求救人員發(fā)出的呼救信號，進一步確定人員位置及數量，并且可以通過通訊手段指揮井下工作人員選擇最合理的逃生路線及進行自救等，最大限度地減少人員的損失。

裝備要求

（1）各個人員出/入井口、采掘工作面等重點區(qū)域出/入口、盲巷等限制區(qū)域應設置分站，并能滿足監(jiān)測攜卡人員出/入井、出/入采掘工作面等重點區(qū)域、出/入盲巷等限制區(qū)域的要求。基于RFID的煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)，宜設置2臺以上分站或天線，以便判別攜卡人員的運動方向。

（2）巷道分支處應設置分站，并能滿足監(jiān)測攜卡人員出/入方向的要求。巷道分支的各個巷道應設置分站或天線，以便判別攜卡人員的運動方向。

（3）下井人員應攜帶識別卡并嚴禁擅自拆開。

（4）工作不正常的識別卡嚴禁使用。準備性能完好的識別卡總數，至少比經常下井人員的總數多10%。

（5）礦調度室應設置顯示設備，顯示井下人員位置等。

（6）各個人員出/入井口應設置檢測識別卡工作是否正常和唯一性檢測的裝置，并提示攜卡人員本人及有關人員。識別卡工作正常和唯一性檢測可以采用機器與人工配合的方法，也可采用虹膜、人臉等自動檢測方法。

行業(yè)發(fā)展面臨的幾個問題

（1）從煤礦人員定位發(fā)展情況看，開發(fā)低功耗、高效率的標識卡技術是當前人員定位系統(tǒng)發(fā)展中需要解決的一個問題 。

（2）提高系統(tǒng)在高速、大流量下識別的準確性是人員定位系統(tǒng)的重點突破點。

（3）由于井下無線電傳播信道的復雜性和非線性，急需發(fā)展精確定位技術。同時，由于人員定位系統(tǒng)信息傳輸數據較低影響了系統(tǒng)的實時性，提高傳輸速度迫在眉睫。

（4）標識卡、讀卡器價格昂貴。

（5）不便于系統(tǒng)維護、不便于升級改造。

你知道嗎？

美國科學家研制出雷達鞋可在GPS信號盲區(qū)定位

在礦難救援的過程中，最難的是被困礦工的定位。在智利圣何塞礦難救援的過程中，找到被困礦工的位置居然花了17天時間。為什么給礦工定位這么難？這是因為常用的GPS定位系統(tǒng)對地下設備難以起作用。最近，美國科學家發(fā)明了一種雷達鞋，可以快速準確地定位被困礦工的位置。

對于地面、海面和空中的交通工具來說，GPS是很好的導航系統(tǒng)。但是，GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號難以抵達地面之下較深的地方，因此礦井中被稱為GPS的信號盲區(qū)。以往，對GPS信號盲區(qū)的定位方法是使用一種復雜的慣性測量單元（IMU）來與GPS衛(wèi)星進行聯系，對目標進行定位。但是這種測量方法誤差會很大，而且隨著失去聯系的時間增加，誤差會逐步加大。

如何解決這個誤差問題？美國北卡羅來納州立大學和卡耐基·梅隆大學的研究人員發(fā)現，在礦工的鞋子上安裝一個小型雷達可以解決這個難題。這個長條薄片狀的小型雷達安裝在鞋跟和前部鞋底連接的凹槽部位，可以連續(xù)幾十個小時不斷地發(fā)射信號到地面，并傳遞給IMU。IMU再把信號傳遞給GPS衛(wèi)星，GPS指揮中心的人根據所傳輸的信號就可以知道被困礦工的確切位置，誤差在幾米的范圍內，這樣就可以爭取到寶貴的營救時間。

這種微型雷達除了可用于救援被困礦工外，還適用于那些隧道挖掘工、洞穴和深海探險者。如果他們在地下或海中不幸被困，救援人員可以利用雷達發(fā)出的信號進行定位和營救。對于地震多發(fā)地區(qū)，人們家里也可以備一雙雷達鞋子，當地震發(fā)生來不及逃離險境的時候，如果能夠有時間換上這雙雷達鞋子，可以為救援人員確定被困者位置提供準確信息。

責任編輯孫澤群