徐 剛 張 坤 胡艷芳

(玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

有源RFID技術(shù)在大紅山鐵礦井下定位系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐 剛 張 坤 胡艷芳

(玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

大紅山鐵礦結(jié)合自身實(shí)際情況采用有源RFID技術(shù)，組建了井下定位系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的使用功能，通過該技術(shù)的應(yīng)用，對下井人員和車輛的管理帶來了便利，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

RFID 人員定位 車輛定位 安全

大紅山鐵礦隸屬昆明鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，經(jīng)過多年的發(fā)展，井下地質(zhì)條件復(fù)雜、巷道長、作業(yè)面多、協(xié)作單位多，物資、渣石運(yùn)輸及人員出入井主要通過無軌運(yùn)輸，井下人員和車輛的管理較為復(fù)雜。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息化系統(tǒng)已在礦山得到應(yīng)用，其中井下人員定位系統(tǒng)是國家要求地下礦山建設(shè)安全避險“六大系統(tǒng)”之一。為了更好地處理礦山井下安全與生產(chǎn)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化、信息化，集約化，大紅山鐵礦結(jié)合井下實(shí)際情況，選擇了基于有源RFID技術(shù)的井下定位系統(tǒng)，為礦山井下安全生產(chǎn)提供了可靠保障[1]。

1 有源RFID井下定位系統(tǒng)

RFID射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification)是目前井下定位系統(tǒng)中應(yīng)用比較成熟的技術(shù)。在礦山井下人員設(shè)備的定位系統(tǒng)中，有基于RFID有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽，有源標(biāo)簽因?yàn)槠渥陨韼в须姵毓╇姡钥梢詿o需外界提供能量，讀/寫距離較遠(yuǎn)，與被動標(biāo)簽相比成本較高；無源標(biāo)簽由讀卡器產(chǎn)生的磁場中獲得工作所需能量，成本低，且使用壽命長，讀寫距離則較近。大紅山鐵礦人員出入井、在井下大部分為坐汽車及專用機(jī)車，移動范圍大，宜采用有源卡。

2 大紅山鐵礦井下定位系統(tǒng)的構(gòu)成及功能特點(diǎn)

2.1 工作原理

在井下各個工作區(qū)域都安裝有讀卡器，當(dāng)入井人員、車輛或設(shè)備進(jìn)入讀卡器附近時，識別卡會主動發(fā)射卡號給讀卡器，讀卡器將讀到的識別卡信息通過數(shù)據(jù)監(jiān)測分站傳輸給地面的服務(wù)器中，該數(shù)據(jù)經(jīng)過后臺處理后，通過定位系統(tǒng)軟件分辨該信息屬性，同時將該卡對應(yīng)的具體位置信息顯示在軟件的地圖顯示界面中，同時將識別卡卡號對應(yīng)的車牌或人員姓名、進(jìn)出時間等信息記錄到數(shù)據(jù)庫，以便在考勤報表中查詢。

2.2 定位系統(tǒng)構(gòu)成

2.2.1 系統(tǒng)硬件組成

井下定位系統(tǒng)主要對井下人員和車輛進(jìn)行監(jiān)測，硬件設(shè)備主要由地面中心站服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)、交換機(jī)、數(shù)據(jù)監(jiān)測分站、讀卡器、識別卡、傳輸接口、電源、電纜、光纜等部件組成(見圖1)。數(shù)據(jù)主要是監(jiān)控主機(jī)與各工業(yè)以太網(wǎng)平臺(各交換機(jī))之間采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP傳輸，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與井下各數(shù)據(jù)監(jiān)測分站之間通常采用標(biāo)準(zhǔn)RS485傳輸, 接入方式較靈活[2]。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

(2)KJF91A礦用本安型讀卡器，具有雙向數(shù)據(jù)接收和傳送功能。通過接收并處理識別卡的定位信號,將接收到的定位信號通過RS485傳送到數(shù)據(jù)監(jiān)測站，同時也可接收數(shù)據(jù)監(jiān)測站的命令向標(biāo)識卡發(fā)送確切的指令信息。大紅山鐵礦井下各個分層人員的出入口基本位于斜坡道與分層岔口，一期有主斜坡道710～380 m，斜坡道478～835 m，Ⅲ、Ⅳ礦體的南部斜坡道、北部斜坡道，Ⅰ#斜坡道，二期斜坡道380～-40 m。若分層中有其他的出入口，需在該出入口處安裝檢測裝置，原則上在離該檢測裝置較近的點(diǎn)接入。

(3)KGE37B無線編碼發(fā)射器識別卡。該卡采用先進(jìn)的RFID射頻識別技術(shù)，與讀卡器配套。識別卡是入井人員及車輛定位的標(biāo)識設(shè)備，由入井人員隨身攜帶(入井車輛隨車攜帶)。遵循一人一卡(一車一卡)的原則，卡號互不相同，在地面操作軟件中，將各個卡號對應(yīng)的人員信息如姓名、身份證號、工種、血型、聯(lián)系方式、相片等錄入數(shù)據(jù)庫中(車輛信息如車牌、單位等)[3]。

2.2.2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、定位跟蹤子系統(tǒng)、應(yīng)急救災(zāi)子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)、WEB瀏覽模塊等功能模塊組成。如圖2所示。系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的模式開發(fā)，C/S結(jié)構(gòu)主要數(shù)據(jù)庫存放于服務(wù)器中、客戶端訪問服務(wù)器即可立即使用，比如井下數(shù)據(jù)提取、門禁管理模塊、大屏顯示模塊采用C/S結(jié)構(gòu)。對于數(shù)據(jù)查看， 報表分析等模塊采用B/S模式，即通過網(wǎng)頁,無論操作人員身處何地，只要網(wǎng)絡(luò)通暢，無需安裝客戶端即可查看數(shù)據(jù)[4]。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2.3 井下定位系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

2.3.1 實(shí)時監(jiān)測功能

在采礦調(diào)度室、礦總調(diào)、井下指揮中心等位置，可對井下每個作業(yè)區(qū)域內(nèi)人員的分布及變化情況實(shí)時監(jiān)控；調(diào)度中心的相關(guān)操作人員能夠?qū)ΦV井移動目標(biāo)人員、車輛等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、監(jiān)測，能及時了解井下人員的流動分布情況；實(shí)時監(jiān)測井下總?cè)藬?shù)，各區(qū)域人數(shù)；實(shí)時監(jiān)測各部門、各區(qū)域、各職務(wù)、各工種的井下人數(shù)；在圖上動態(tài)的顯示出相關(guān)人員位置；實(shí)時監(jiān)測某些特殊工種和特殊人員下井情況及位置。

首先對刀盤整個流場內(nèi)的流線分布情況進(jìn)行分析，為刀盤及刀片的改進(jìn)提供依據(jù)。得到刀盤流場內(nèi)流線分布如圖4所示。由圖可以看出，刀片的高速旋轉(zhuǎn)帶動入口處的空氣與刀片一同旋轉(zhuǎn)，氣流在入口處變得不穩(wěn)定，湍流增加；刀片刀尖處存在泄露流，因此刀尖處的流線較為混亂；在刀盤壁面拐角處也存在大量小尺度渦流，會造成能量損耗。

2.3.2 實(shí)時查詢功能

查詢?nèi)魏沃付ň氯藛T或某部門、職務(wù)和工種任一指定時刻所處位置；查詢?nèi)我恢付ㄈ藛T的任一指定日期的活動蹤跡；選定某數(shù)據(jù)監(jiān)測分站、某區(qū)域、某無線收發(fā)器，可以獲得任一歷史時刻該位置的所有人員信息；可查詢各部門、各區(qū)域、各職務(wù)、各工種在任一歷史時刻人數(shù)匯總的情況；能動態(tài)顯示出井下人員任一歷史時刻活動的模擬軌跡圖。

2.3.3 安全保障功能

(1)在發(fā)生安全事故時，事故搶險人員可以通過定位系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形信息，迅速準(zhǔn)確的了解到被困人員的數(shù)量、位置，以便救援人員及時采取相應(yīng)的措施，提升了礦井安全生產(chǎn)和科學(xué)管理水平。

(2)雙向呼叫功能。當(dāng)井下某處發(fā)生了緊急事故，監(jiān)控主機(jī)可以給該區(qū)域的標(biāo)識卡發(fā)送緊急尋呼信號，使該區(qū)域的所有人員可以得到緊急撤離；當(dāng)井下人員發(fā)生了緊急事故時，該人員可以向調(diào)度主機(jī)發(fā)送救援信號，得到及時救援。

(3)超時報警功能。人員在井下時間超過了設(shè)定的規(guī)定時間，系統(tǒng)將進(jìn)行自動報警并提供相關(guān)井下人員的信息。大紅山鐵礦運(yùn)行的超時報警暫設(shè)定為兩級報警，井下人員超過第一點(diǎn)時間點(diǎn)如12 h未出井的，系統(tǒng)將進(jìn)行黃色預(yù)警，相關(guān)調(diào)度管理人員要及時與此人關(guān)聯(lián)的單位，安全負(fù)責(zé)人或相關(guān)聯(lián)系人聯(lián)系，追查此人未出井的原因；如此人超過第二時間點(diǎn)16 h還未出井的，系統(tǒng)將進(jìn)行紅色預(yù)警，將禁止其他人再下井，直到此人出井為止。

(4)黑卡入井報警。對于已丟失和因工作違規(guī)禁止入井的人員，將禁止入井人員對應(yīng)的識別卡在系統(tǒng)中設(shè)置為黑卡，當(dāng)此卡刷卡時門禁系統(tǒng)會聲音報警提示，且大屏幕上將進(jìn)行顏色區(qū)別警示，提示井口值班保安沒收此卡，并禁止其入井。

2.3.4 統(tǒng)計(jì)考勤功能

可以查詢?nèi)我粫r間段各部門下井的人數(shù)及其下井時間；可以統(tǒng)計(jì)出任一時間段某部門的某個人的下井考勤，并且根據(jù)工種、職務(wù)、部門規(guī)定的足班時間判斷相關(guān)人員是否足班；可查詢?nèi)我粫r間段某部門某人員下井時長的分布情況，和該時間段內(nèi)該員工平均井下的時長；顯示出井下人員的下井時間以及出井時間，統(tǒng)計(jì)出該員工井下持續(xù)時間；可單獨(dú)統(tǒng)計(jì)并且考核某些特殊工種、特殊職務(wù)人員進(jìn)、出井情況[5]。

2.3.5 自診斷功能

當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測分站或者數(shù)據(jù)讀卡器出現(xiàn)了故障，在界面顯示由綠色變成紅色，不再報警提示報表中記錄該設(shè)備故障時間；當(dāng)識別卡電池電量不足時，系統(tǒng)會提示該識別卡電量不足。

2.3.6 下井人員身份信息核對

所有需入井的工作人員必須經(jīng)過相關(guān)安全培訓(xùn)，考試合格后，取得公司下井資格，辦理識別卡后方可入井。為了防止沒有取得礦業(yè)公司下井資格的人員入井，建立了門禁系統(tǒng)，主要用來核對下井人員身份信息。在710，720 m主要入井口，采用三輥閘機(jī)配合視頻抓拍方式的門禁視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)，1人、1閘刷卡通過，刷卡后大屏幕顯示每一位通過閘道人員的姓名、識別卡號、所屬單位或部門、照片等基本信息，并對下井人員進(jìn)行拍照，井口值班人員通過大屏顯示的人員信息(主要通過相片)核實(shí)下井人員身份。增加的門禁系統(tǒng)的作用：①確保每個入井人員都是取得礦業(yè)公司下井資格的人員；②保證每個入井的識別卡都是正常卡，確保了人員定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確度；③方便、快速、準(zhǔn)確的核對下井人員信息。

2.3.7 車輛速度檢測功能

大紅山鐵礦井下用于運(yùn)輸人員、材料、礦(渣)石、火工品的車輛超過400輛，井下車輛通行的巷道多數(shù)都是單行道，常會遇到對頭車，加之井下斜坡道坡度大、岔口多、明亮度低，安全隱患大。

為查出超速車輛，發(fā)放識別卡時一卡一車，在服務(wù)器輸入車輛信息時，把大型車、小型車、特殊車輛做了區(qū)分，小型車限速40 km/h、大型車限速 30 km/h、運(yùn)輸火工品車10 km/h，車對應(yīng)的卡速度超出規(guī)定的速度時，系統(tǒng)報警并儲存，從而可查出超速的車輛，并對超速車輛進(jìn)行了處罰，實(shí)現(xiàn)了測速限速功能，井下車輛的行駛速度較未測量前明顯降低，提升了礦山井下安全管理水平[6]。

3 結(jié) 語

結(jié)合大紅山鐵礦自身實(shí)際情況，基于有源RFID技術(shù)建立的井下定位系統(tǒng)，為二期建設(shè)預(yù)留了接口，具有良好的擴(kuò)展性。該系統(tǒng)從投入使用至今1 a多時間以來，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定、維護(hù)量少，提高了大紅山鐵礦井下安全生產(chǎn)管理效率，在職工考勤統(tǒng)計(jì)、井下人員和車輛管理、事故應(yīng)急救援等方面發(fā)揮了顯著作用，為建立現(xiàn)代數(shù)字化礦山及礦山安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 鄒國良.我國有色金屬危機(jī)礦山發(fā)展對策[J].金屬礦山,2007(12):22-23.

[2] 張興凱.我國非煤礦山標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2008,18(4):173-176.

[3] 黃智偉.射頻集成電路芯片原理與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[4] 周曉光．射頻識別技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2006．

[5] 張長森，董鵬永，徐景濤.基于 ZigBee技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工礦自動化,2008(2)：40-41.

[6] 車志富，苗振江，王夢思.地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的行人檢測研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2010(2)：34-36.

2014-07-02)

徐 剛(1985—),男，助理工程師，653405 云南新平縣嘎灑鎮(zhèn)。