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

（北京市勞動保護科學(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、人工耗費大的問題，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，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，通過光纖以太環(huán)網(wǎng)+CAN總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)礦山人員安全裝備自動檢查與違規(guī)報警、各部門人員工作考勤以及特殊場所門禁功能，對煤礦企業(yè)加強礦工安全監(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，中國煤炭行業(yè)不斷發(fā)展，煤炭年產(chǎn)量從2000年的9.98億噸增長到2018年的36.83億噸。煤炭作為中國現(xiàn)在以及未來一段時間內(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)會對礦山人員進(jìn)行安全裝備檢查。目前，礦山人員安全裝備檢查主要依賴人工完成，存在著人工耗費大、效率低、容易出現(xiàn)漏檢和誤檢等問題[1-2]。因此，筆者基于射頻識別（RFID）技術(shù)，設(shè)計了礦山人員安全裝備檢查系統(tǒng)。系統(tǒng)通過使用RFID技術(shù)識別安全裝備上的電子標(biāo)簽來實現(xiàn)安全裝備的自動檢查，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 射頻識別技術(shù)的技術(shù)組成與原理

射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種通過無線射頻方式來獲取物體相關(guān)數(shù)據(jù)的目標(biāo)識別技術(shù)，利用射頻進(jìn)行空間耦合進(jìn)而實現(xiàn)非接觸自動識別。一般來說，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)答器也稱為電子標(biāo)簽，主要負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)以及與閱讀器進(jìn)行信息傳輸，并根據(jù)供電方式分為無源標(biāo)簽、有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽。閱讀器也稱為讀寫器，由收發(fā)天線、頻率發(fā)生器、調(diào)制電路、存儲器等組件構(gòu)成，主要功能為控制與標(biāo)簽的通信過程以及與應(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)的工作原理是讀寫器通過天線發(fā)出射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽處于信號覆蓋范圍內(nèi)時，無源電子標(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)射信號給讀寫器，而有源電子標(biāo)簽則主動發(fā)送信號給讀寫器，無需通過耦合獲得能量，讀寫器在接收信號后，將獲取的信息解碼傳輸給應(yīng)用軟件，由應(yīng)用系統(tǒng)軟件對信息進(jìn)行處理與存儲[3-4]。RFID技術(shù)可進(jìn)行非接觸式遠(yuǎn)距離識別，可同時識別目標(biāo)多，具有快速掃描識別、形狀多樣化、體積小、可適應(yīng)惡劣環(huán)境、可重復(fù)讀寫、適用性強等特點，而且每一枚RFID電子標(biāo)簽都有全球唯一編碼，其存儲區(qū)能寫入數(shù)據(jù)信息，可作為唯一標(biāo)識。因此RFID技術(shù)在中國煤礦行業(yè)中，對煤礦設(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

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)測分站、識別卡、中繼器與警報器等組成。監(jiān)控中心管理系統(tǒng)配備監(jiān)測中心主機、數(shù)據(jù)庫服務(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、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總線結(jié)構(gòu)。針對系統(tǒng)的信號傳輸距離長、井下環(huán)境電磁干擾強的問題，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)測分站與環(huán)網(wǎng)交換機之間通過CAN總線進(jìn)行連接，采用雙絞線電纜作為傳輸介質(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)庫中的礦山人員信息表中。表內(nèi)有姓名、職工ID、籍貫、區(qū)隊班組、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)、入井時間、出井時間等相關(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識別區(qū)域時，讀寫器將自動讀取安全裝備上的電子標(biāo)簽的信息，通過與數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行對比，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)會允許下井，并將人員信息與時間信息記入軟件系統(tǒng)；反之檢查系統(tǒng)將發(fā)出報警，并拒絕其下井。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

人員出井通過井口RFID識別區(qū)時，檢查系統(tǒng)對人員信息和出井時間進(jìn)行核對與記錄，將信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心并存儲至數(shù)據(jù)庫。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)測分站，當(dāng)井下人員經(jīng)過監(jiān)測區(qū)域時，RFID讀寫器會自動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)通過光纖傳輸至監(jiān)測中心主機，系統(tǒng)軟件將存儲安全裝備信息和時間信息，并和數(shù)據(jù)庫對應(yīng)信息進(jìn)行對比。如果井下人員安全裝備佩戴不齊全，則檢查系統(tǒng)會將通過警報器發(fā)出報警，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、信息實時監(jiān)控的作用。管理人員可通過監(jiān)控中心操作臺對人員信息、安全裝備信息進(jìn)行管理，獲取下井人員的信息并實時監(jiān)測其安全裝備佩戴信息，通過監(jiān)控屏幕進(jìn)行顯示，對安全裝備佩戴不合格的違規(guī)信息進(jìn)行記錄，對違規(guī)人員進(jìn)行提醒與處罰。

3 系統(tǒng)功能

3.1 安全裝備自動檢查與違規(guī)報警

系統(tǒng)通過布置在出入井口和井下巷道的監(jiān)測分站對人員所佩戴的安全裝備進(jìn)行識別，與數(shù)據(jù)庫中的人員與裝備信息進(jìn)行對比，如果判斷煤礦人員少戴、漏戴安全裝備，則系統(tǒng)通過警報器對煤礦工人進(jìn)行提醒與報警。軟件系統(tǒng)對煤礦工人的違規(guī)信息進(jìn)行記錄與統(tǒng)計，煤礦企業(yè)可根據(jù)違規(guī)信息對安全裝備檢查不合格的的煤礦工人進(jìn)行違規(guī)處理，對違規(guī)工人進(jìn)行處罰與相應(yīng)的安全培訓(xùn)，以增強煤礦工人的安全意識，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)自動識別安全裝備的電子標(biāo)簽信息，系統(tǒng)可以對出入井的人員信息和時間信息進(jìn)行記錄與統(tǒng)計，實現(xiàn)對煤礦各部門、各班組、特殊工種的工作時間與人員信息的考勤功能。系統(tǒng)可對人員考勤信息進(jìn)行實時查詢、歷史查詢，按照年度、季度、月份進(jìn)行信息統(tǒng)計。

3.3 特殊場所的門禁功能

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)測分站，對進(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，實現(xiàn)特殊場所門禁功能，防止無關(guān)人員隨意進(jìn)入該區(qū)域而發(fā)生意外事故。

4 結(jié)語

隨著煤礦行業(yè)自動化程度和安全生產(chǎn)水平的提高，自動化信息采集和人員管理系統(tǒng)會逐漸推廣普及。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，擺脫了過去低效的人工檢查方式，實現(xiàn)出入井和井下礦山人員安全防護裝備的全時段自動化識別、檢查與違規(guī)報警，具有出入井人員考勤以及特殊場所門禁功能，有助于加強礦工安全監(jiān)管，增強礦工安全意識，提高煤礦的人員管理水平和安全管理水平，在實際煤礦安全生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價值。

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

［2］武玉梁.礦井出入口智能檢控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，8（Suppl 1）：5-8.

［3］胡宇軒.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之RFID概述［J］.電子世界，2018（3）：11-13.

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

［5］王亓劍，賈長森，倪志平.RFID技術(shù)在中國煤礦行業(yè)中的應(yīng)用［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017，16（18）：69-70.

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，研究方向為電磁輻射防護與技術(shù)。石嵩（1963—），男，黑龍江人，研究生導(dǎo)師，研究員，研究方向為電磁場與微波技術(shù)。

〔編輯：張思楠〕