韋民鴻，石嵩

基于RFID技術(shù)的礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)

韋民鴻，石嵩

（北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京 100054）

現(xiàn)代化煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求不斷提高，為了解決礦山人員安全裝備漏戴、誤戴以及人工檢查方式效率低、人工耗費(fèi)大的問(wèn)題，提出了基于RFID技術(shù)的礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)。根據(jù)RFID技術(shù)的工作原理與技術(shù)特點(diǎn)，系統(tǒng)采用出入井檢查模塊、井下檢查模塊和監(jiān)控中心管理模塊三模塊結(jié)合的系統(tǒng)構(gòu)架，通過(guò)光纖以太環(huán)網(wǎng)+CAN總線(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)礦山人員安全裝備自動(dòng)檢查與違規(guī)報(bào)警、各部門(mén)人員工作考勤以及特殊場(chǎng)所門(mén)禁功能，對(duì)煤礦企業(yè)加強(qiáng)礦工安全監(jiān)管、提高人員管理水平、保障礦山安全生產(chǎn)具有重要的意義。

RFID技術(shù)；礦山人員；安全裝備檢查；系統(tǒng)構(gòu)造

近年來(lái)，中國(guó)煤炭行業(yè)不斷發(fā)展，煤炭年產(chǎn)量從2000年的9.98億噸增長(zhǎng)到2018年的36.83億噸。煤炭作為中國(guó)現(xiàn)在以及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的主要能源，抓好煤礦的生產(chǎn)與安全管理是行業(yè)未來(lái)發(fā)展的重中之重。煤礦工人作為高危職業(yè)，相關(guān)法規(guī)規(guī)定入井人員必須穿戴安全帽、礦燈以及自救器等安全防護(hù)裝備，以保障礦工人身安全，減少事故發(fā)生和減輕事故損害。為了防止漏戴、誤戴安全裝備的情況出現(xiàn)，煤礦企業(yè)會(huì)對(duì)礦山人員進(jìn)行安全裝備檢查。目前，礦山人員安全裝備檢查主要依賴(lài)人工完成，存在著人工耗費(fèi)大、效率低、容易出現(xiàn)漏檢和誤檢等問(wèn)題[1-2]。因此，筆者基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，設(shè)計(jì)了礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)使用RFID技術(shù)識(shí)別安全裝備上的電子標(biāo)簽來(lái)實(shí)現(xiàn)安全裝備的自動(dòng)檢查，以提高檢查效率和準(zhǔn)確率，降低人工成本，保障礦山安全生產(chǎn)，減少事故發(fā)生，降低事故損害。

1 射頻識(shí)別技術(shù)的技術(shù)組成與原理

射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式來(lái)獲取物體相關(guān)數(shù)據(jù)的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，利用射頻進(jìn)行空間耦合進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非接觸自動(dòng)識(shí)別。一般來(lái)說(shuō)，RFID系統(tǒng)由應(yīng)答器、閱讀器和應(yīng)用系統(tǒng)軟件三部分組成。應(yīng)答器也稱(chēng)為電子標(biāo)簽，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及與閱讀器進(jìn)行信息傳輸，并根據(jù)供電方式分為無(wú)源標(biāo)簽、有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽。閱讀器也稱(chēng)為讀寫(xiě)器，由收發(fā)天線(xiàn)、頻率發(fā)生器、調(diào)制電路、存儲(chǔ)器等組件構(gòu)成，主要功能為控制與標(biāo)簽的通信過(guò)程以及與應(yīng)用系統(tǒng)軟件的通信。應(yīng)用系統(tǒng)軟件則負(fù)責(zé)與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的互相傳遞，將接收的信息加以處理與管理。RFID系統(tǒng)的工作原理是讀寫(xiě)器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)出射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽處于信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，無(wú)源電子標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流獲得能量并激活，激活后的電子標(biāo)簽發(fā)射信號(hào)給讀寫(xiě)器，而有源電子標(biāo)簽則主動(dòng)發(fā)送信號(hào)給讀寫(xiě)器，無(wú)需通過(guò)耦合獲得能量，讀寫(xiě)器在接收信號(hào)后，將獲取的信息解碼傳輸給應(yīng)用軟件，由應(yīng)用系統(tǒng)軟件對(duì)信息進(jìn)行處理與存儲(chǔ)[3-4]。RFID技術(shù)可進(jìn)行非接觸式遠(yuǎn)距離識(shí)別，可同時(shí)識(shí)別目標(biāo)多，具有快速掃描識(shí)別、形狀多樣化、體積小、可適應(yīng)惡劣環(huán)境、可重復(fù)讀寫(xiě)、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且每一枚RFID電子標(biāo)簽都有全球唯一編碼，其存儲(chǔ)區(qū)能寫(xiě)入數(shù)據(jù)信息，可作為唯一標(biāo)識(shí)。因此RFID技術(shù)在中國(guó)煤礦行業(yè)中，對(duì)煤礦設(shè)備管理、人員井下定位與路徑跟蹤以及礦難救援有較好的應(yīng)用[5]。

2 礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)由三部分組成：出入井檢查模塊、井下檢查模塊與監(jiān)控中心管理模塊。檢查模塊設(shè)備主要由監(jiān)測(cè)分站、識(shí)別卡、中繼器與警報(bào)器等組成。監(jiān)控中心管理系統(tǒng)配備監(jiān)測(cè)中心主機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集器、環(huán)網(wǎng)交換器、顯示器、監(jiān)控中心操作臺(tái)、傳輸接口等設(shè)備以及相應(yīng)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太環(huán)網(wǎng)+CAN總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。針對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)、井下環(huán)境電磁干擾強(qiáng)的問(wèn)題，采用光纖作為井下環(huán)形主干網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)。各監(jiān)測(cè)分站與環(huán)網(wǎng)交換機(jī)之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行連接，采用雙絞線(xiàn)電纜作為傳輸介質(zhì)。礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 出入井檢查模塊

出入井檢查模塊主要進(jìn)行出入井人員管理與安全裝備檢查。安全帽、礦燈與自救器等安全裝備都內(nèi)置有唯一編碼的電子標(biāo)簽，且標(biāo)簽唯一編碼錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中的礦山人員信息表中。表內(nèi)有姓名、職工ID、籍貫、區(qū)隊(duì)班組、安全帽標(biāo)簽編碼、自救器標(biāo)簽編碼、礦燈標(biāo)簽編碼、入井狀態(tài)、入井時(shí)間、出井時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。當(dāng)下井人員佩戴安全裝備進(jìn)入布置在井口的RFID識(shí)別區(qū)域時(shí)，讀寫(xiě)器將自動(dòng)讀取安全裝備上的電子標(biāo)簽的信息，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行對(duì)比，判斷下井人員是否將安全裝備佩戴齊全。如果佩戴齊全，檢查系統(tǒng)會(huì)允許下井，并將人員信息與時(shí)間信息記入軟件系統(tǒng)；反之檢查系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，并拒絕其下井。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

人員出井通過(guò)井口RFID識(shí)別區(qū)時(shí)，檢查系統(tǒng)對(duì)人員信息和出井時(shí)間進(jìn)行核對(duì)與記錄，將信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)。出入井安全裝備檢查流程如圖2所示。

圖2 出入井安全裝備檢查流程圖

2.3 井下檢查模塊

井下檢查模塊主要進(jìn)行井下人員作業(yè)期間的安全裝備檢查與提醒。在井下主要行人巷道與硐室布設(shè)監(jiān)測(cè)分站，當(dāng)井下人員經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，RFID讀寫(xiě)器會(huì)自動(dòng)讀取人員所佩戴的安全裝備上的電子標(biāo)簽，并將數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳輸至監(jiān)測(cè)中心主機(jī)，系統(tǒng)軟件將存儲(chǔ)安全裝備信息和時(shí)間信息，并和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行對(duì)比。如果井下人員安全裝備佩戴不齊全，則檢查系統(tǒng)會(huì)將通過(guò)警報(bào)器發(fā)出報(bào)警，提醒井下人員隨身佩戴安全裝備。

2.4 監(jiān)控中心管理模塊

監(jiān)控中心管理模塊起信息管理、信息實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用。管理人員可通過(guò)監(jiān)控中心操作臺(tái)對(duì)人員信息、安全裝備信息進(jìn)行管理，獲取下井人員的信息并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其安全裝備佩戴信息，通過(guò)監(jiān)控屏幕進(jìn)行顯示，對(duì)安全裝備佩戴不合格的違規(guī)信息進(jìn)行記錄，對(duì)違規(guī)人員進(jìn)行提醒與處罰。

3 系統(tǒng)功能

3.1 安全裝備自動(dòng)檢查與違規(guī)報(bào)警

系統(tǒng)通過(guò)布置在出入井口和井下巷道的監(jiān)測(cè)分站對(duì)人員所佩戴的安全裝備進(jìn)行識(shí)別，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人員與裝備信息進(jìn)行對(duì)比，如果判斷煤礦人員少戴、漏戴安全裝備，則系統(tǒng)通過(guò)警報(bào)器對(duì)煤礦工人進(jìn)行提醒與報(bào)警。軟件系統(tǒng)對(duì)煤礦工人的違規(guī)信息進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，煤礦企業(yè)可根據(jù)違規(guī)信息對(duì)安全裝備檢查不合格的的煤礦工人進(jìn)行違規(guī)處理，對(duì)違規(guī)工人進(jìn)行處罰與相應(yīng)的安全培訓(xùn)，以增強(qiáng)煤礦工人的安全意識(shí)，督促工人將安全裝備佩戴齊全，保障煤礦工人自身安全。

3.2 考勤

利用安全裝備檢查系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別安全裝備的電子標(biāo)簽信息，系統(tǒng)可以對(duì)出入井的人員信息和時(shí)間信息進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦各部門(mén)、各班組、特殊工種的工作時(shí)間與人員信息的考勤功能。系統(tǒng)可對(duì)人員考勤信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢(xún)、歷史查詢(xún)，按照年度、季度、月份進(jìn)行信息統(tǒng)計(jì)。

3.3 特殊場(chǎng)所的門(mén)禁功能

由于煤礦特殊的井下環(huán)境和作業(yè)情況，井下部分巷道以及特殊硐室等區(qū)域需要嚴(yán)格控制進(jìn)出該區(qū)域的人員。因此在該區(qū)域安設(shè)RFID監(jiān)測(cè)分站，對(duì)進(jìn)出人員進(jìn)行管控，禁止不符合規(guī)定的人員進(jìn)入該區(qū)域，實(shí)現(xiàn)特殊場(chǎng)所門(mén)禁功能，防止無(wú)關(guān)人員隨意進(jìn)入該區(qū)域而發(fā)生意外事故。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著煤礦行業(yè)自動(dòng)化程度和安全生產(chǎn)水平的提高，自動(dòng)化信息采集和人員管理系統(tǒng)會(huì)逐漸推廣普及。基于RFID技術(shù)的礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)，將RFID技術(shù)與安全裝備相結(jié)合，擺脫了過(guò)去低效的人工檢查方式，實(shí)現(xiàn)出入井和井下礦山人員安全防護(hù)裝備的全時(shí)段自動(dòng)化識(shí)別、檢查與違規(guī)報(bào)警，具有出入井人員考勤以及特殊場(chǎng)所門(mén)禁功能，有助于加強(qiáng)礦工安全監(jiān)管，增強(qiáng)礦工安全意識(shí)，提高煤礦的人員管理水平和安全管理水平，在實(shí)際煤礦安全生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

［1］王志勇，趙潔陽(yáng)，康靜.煤礦工人個(gè)體安全防護(hù)裝備的創(chuàng)新與改進(jìn)［J］.中國(guó)個(gè)體防護(hù)裝備，2012（3）：38-40.

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［4］鄧澤群.射頻識(shí)別RFID技術(shù)及其應(yīng)用［J］.中外企業(yè)家，2019（24）：131.

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TD744

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.040

2095－6835（2019）23－0092－02

韋民鴻（1994—），男，廣西梧州人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡姶泡椛浞雷o(hù)與技術(shù)。石嵩（1963—），男，黑龍江人，研究生導(dǎo)師，研究員，研究方向?yàn)殡姶艌?chǎng)與微波技術(shù)。

〔編輯：張思楠〕