DD 矿井人员跟踪定位管理系统

设 计 方 案

一、 前言  

近年来，煤矿高瓦斯矿井的在数量不断增加，如何加强安全生产，提高搜救工作效率，摆到了煤矿各级主管部门和领导的面前。在分析近期几个煤矿发生的特大事故时发现：
（ 1 ） 地面与井下人员的信息沟通不及时；
（ 2 ） 地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况，进行精确人员定位；
（ 3 ） 一旦煤矿事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。
为此，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。我们在总结射频识别技术经验的基础上，与英国戴维斯德比公司合作开发了适合于我国的煤矿井下人员跟踪、监测的一套系统——“ KJ270 人员车辆跟踪系统 ”。该管理系统把尖端的远距离多重射频识别技术、网络通讯技术、自动控制技术和计算机技术有机结合，解决了该系统产品应用于煤矿井下的设备安全运行、网络数据通信、数据的远距离传输、信号转换接口和信息处理等方面的技术难题，将为煤矿井下人员监测、控制和监测和跟踪管理，以及生产统计管理等方面提供有效的科技支撑，必将有力地推动了煤矿企业的经济发展。

“ KJ270 人员车辆跟踪系统 ”是由 FSK 总线与 CAN 总线复合、矿用安全读出器、远距离卡片、远距离感应天线、矿用安全电源、矿用安全隔离装置、调制解调器和系统软件等组成。读出器和天线连接在一起，安装在需要进行监测的地点，如井口、井下巷道岔口处。远距离卡片则通常固定在人员身上， 如矿灯、自救器或 腰带 上 。 该系统已根据国内的煤矿的实际情况、煤矿安全生产企业的技术要求和安全标准进行独立设计，采用国际领先的低频感应技术彻底解决了高频产品易漏卡的难题，较低的投入，完全可以满足煤矿井下人员跟踪定位的自动化管理要求，是国内最先进，最稳定的井下人员跟踪定位系统。

该系统已在国外的一些大中型煤矿和油田使用。如：英国的凯灵立、陶兹比、外尔拜克等煤矿，俄罗斯的爱尔罗萨 4 号、科姆索莫莱茨 5 号、科摩洛厄等煤矿，墨西哥的米柯尔 2 号、米磨萨等煤矿，还有挪威、埃及、伊朗、土耳其等国。

二、  系统的功能介绍

在井下需要进行人员跟踪的区域和巷道中根据现场具体需要放置一定数量的 KJ270 － F4 系列矿用安全读出器（以下简称读出器），一般为巷道岔口，通常情况下只需要放置一个即可跟踪巷道进出人员情况， 具体数量和位置根据现场巷道实际情况和要实现的功能要求而定 。读出器与煤矿用信号传输装置（简称分站）连接并通过 FSK 传输 总线，经过安全隔离装置（简称隔离器）和信号转换器（简称接口）与地面控制中心计算机连接。为需要进行人员跟踪定位的下井人员佩带一个远距离卡片（通常固定在人身上，如矿灯、自救器或 腰带 上），当下井人员进入井下以后，只要通过或接近放置在巷道内的读出器的感应天线，远距离卡片便会马上感应到信 号并 被识别 。我公司的读出器采用先进的 RFID 技术，并通过读出器与 识别卡 之间的对话，确保每一个卡片都被识别。读出器访问 识别卡 时，只有那些已经被编址的 识别卡才有权反应，避免了跟其他系统的冲突，避免的人员信息的误报。读出器把识别卡信息传送到分站，最终传输到控制中心计算机。控制中心 计算机马上就可判断出具体信息（如：是谁，在哪个位置，具体时间） ，显示在控制中心的大屏幕或电脑显示屏上，并做好备份。管理者也可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图查看某一区域，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。 管理者能实时的观察到井下工作人员的即时位置，实现井下人员定位。另外一旦井下发生事故，可根据电脑中的人员定位分布信息马上查出事故地点的人员情况，以便帮助营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。本系统更有利于矿山调度 , 救灾，安全及日常生产管理。

三、系统图

图 1 系统结构图

四. 系统的特点介绍

宁波戴维斯德比电子有限公司（以下简称宁波 DD ）低频感应技术是中国目前引进的具有世界领先水平的 RFID 自动识别技术。宁波 DD 公司的投资方——英国戴维斯德比公司（以下简称英国 DD 公司），已有 200 余年的煤矿专用设备研究和制造经验，是煤矿设备制造方面的专家。英国 DD 公司的井下设备，也早在 70 年代就进入中国煤矿行业，为大家所熟知。从 1994 年以来，一直致力于在全世界范围内推广 RFID 技术在井下应用。 2000 年成功研发井下专用低频远距离产品，并安装在英国、伊朗、土耳其、俄罗斯、挪威等 10 多个国家和地区的煤矿，用于井下人员跟踪。由于安装方便、识别率高、系统稳定、成本低，迅速得到国外煤矿行业的认可。

现在英国 DD 公司与宁波太阳电子共同组建宁波 DD 公司，专门致力于 DD 的低频远距离产品在中国井下人员跟踪应用，是中国煤矿行业的一件大事。它能促进中国井下人员跟踪系统朝着更加规范性、实用性、先进性的方向发展，在目前中国瞬间涌现出的众多井下人员跟踪解决方案的局势下，显得尤为重要。

系统设计特点：

1 ． 整个系统设计成为 " 傻瓜型 " ，对用户的要求极低，具有简易可调的功能、故障的自动巡检功能等。系统操作简单，并可对 故障地点自动报警，维护异常方便。

2 ．实行被动式监测方式， 被测目标无负担 , 识别距离远 。井下工作人员无须增加携带装备，无须主动进行任何操作 。

3. 系统的正常工作不受环境变化的影响，保证在恶劣环境下 24 小时能够连续正常运转。
4 ．系统运行安全、稳定、可靠、误码率几乎为 0 。 系统具有双机热备功能，当主机发生故障时，不影响系统的正常工作。

5 ．具有信息防冲撞功能，可同时识别 55 张卡。

6 ．最大的卡容量数为 65535 × 65535 张卡。

7 ．信号穿透力和绕射力强，使得系统具有极高的目标识别率，系统识别标识卡可做到无方向性。

8 ．可靠识别快速移动目标，允许 60 公里 / 小时，通过多个天线叠加，可达 80 公里 / 小时。

9 ． 人员实时动态显示
在煤矿井下工程平面图上，显示读卡器、分站及人员所在区域的相对位置 。该图是动态的，随着井下人员的移动，该图显示的各区域人数会随时更新。

10 ．查找人员当前位置 ( 井下人员定位 )
　　 输入任意人员的姓名或编号，可以立即以图形方式显示此人当前所在区域；也可以同时输入多个人员，以文字方式显示这些人各自在井下的当前位置。可以督促和落实重要巡查人员 ( 如 : 瓦斯检测人员、温度检测人员、测风人员等 ) 是否按时、到点的进行各项数据的测试和处理，从根本上杜绝因人为因素而造成的相关事故。

11 ．统计查询进入特殊区域人员
　　 对于井下的某些特殊区域，例如规定不准一般人员进入的危险区域，在行踪保留时段内可以随时进行查询，列出进入该区域的人员和出、入时间。

12 ． 模拟线路显示
具有人员模拟线路显示功能，能显示人员所经过的区域，并提供详细的记录 ，便于管理者随时查询特定人员的移动线路。人 员信息、区域信息（地址信息）、时间信息等存盘记录应保存 1 年以上，当系统发生故障时，查找上述信息的时间长度应不大于 5min

与其它产品相比较的优点：

1． 极低的漏读率。宁波 DD 公司将低频新技术运用到矿山井下人员定位上，属国内首创。由于低频电磁波的无方向性、识别率高，并采用巷道磁门的形式，携卡经过者均会被监测到，不易出现漏读卡现象。

2． 本产品真正的质优价廉。由于采用新技术，成本降低。

3． 卡片使用寿命长，降低了系统的运行成本。高频跟踪产品的功耗高，在同样容量的电池供电情况下，其电池的使用寿命要大大低于低频产品。高频产品卡片的电池寿命一般在 2 ～ 3 年，而 DD 卡片的电池寿命则可达 5 ～ 7 年。

4． 较宽范围的识别区域。 DD 读出器有效接受范围是根据天线的位置、尺寸大小变化而变化。读出器和卡片的识别距离由天线的位置、形状、尺寸大小任意设定。 DD 读出器采用独特的多路天线专利技术，每路天线可以覆盖直径 6 米 的平面距离， 4 路天线就可覆盖的识别区域达到 144 平方米，远远超过同类或高频产品所能覆盖的识别区域。

5． 低频信号固有特性和移动方向的准确识别，使人员跟踪更可靠。 DD 人员跟踪系统低频产品同其他厂家的同类高频人员跟踪系统相比，在同一范围内，其信号的衰减要大于高频产品，磁场区域能够很好的被定义。从根本上所说， DD 产品的探测和识别更可靠，也更可预见，从而使人员定位到更精确的范围，并提供人员跟踪定位应用的性能优势。采用了多天线技术，能准确判断人员的移动方向，实现了真正的人员跟踪，这是其他产品说不具备的。

6． DD 人员跟踪系统的和谐性。井下会像地面一样安装越来越多的门禁系统，或其他需要卡片才能开启的设备，实现井下“一卡通”智能化管理，这是将来的趋势。由于高频产品的发射功率很高，极易跟用于控制这些装置的近距离读出器产生严重干扰，势必影响这些设备的使用，产生“不和谐”问题。多隔高频读出器安装靠近时，之间会产生严重的交叉干扰，导致性能减弱，无法达到预期效果。 DD 低频产品很好的解决了这些问题，它既能以最低的成本实现井下人员跟踪，又能最大限度降低对用于其他系统的干扰。

7． 低频环保。在同样功率的情况下，频率越高对人体的危害越大。 DD 低频产品对人体的危害要远远小于高频产品。高频产品一味追求远距离读卡，会提高发射频率，而容易忽视电磁波对人体的危害。这一点，在煤矿人员跟踪定位应用中尤为重要，因为卡片时时刻刻带在人身上。

8． 采用高可靠性工业控制专用计算机且为冗余配置，即一开一备，当发生故障时备机自动投入运行，保证万无一失。 由于中央计算机实时数据和历史数据保存完整，因此万一发生事故时，这些数据有助于被困人员定位，并进行及时搜救。

9． 系统的可扩容性大。系统采用 FSK SAP 通讯方式，每条 FSK SAP 总线可连接 15 台 KJ270-F 矿用信息传输装置，通讯距离可达 15KM 。从地面到地下 KJ270-F 矿用信息传输装置可以最多扩展到 8 条 FSK SAP 总线，而每台 KJ270-F 矿用信息传输装置又可通过 CAN 总线连接 7 台 KJ270-F4 矿用读出器（通讯距离可达 15KM ）。由此，此系统最多可以支持 8 × 15 ＝ 120 个分站， 8 × 15 × 7 ＝ 840 个读出器，完全可以满足不同煤矿的需求。

五. 系统主要组成部分部件参数

1 ． KJ270-F4 系列矿用安全读出器

2 ． KJ270-F 煤矿用信息传输装置

3 ．卡片系列

4 ． PC21 — FEO 系列调制解调器

5 ． KJ270-G4 系列矿用安全隔离装置

6 ． MCDX- Ⅲ矿用隔爆兼本安型不间断稳压开关电源

六. 系统配置清单

注：中心站配备 UPS 电源，当交流电源断电时， UPS 电源应保证中心站设备工作 2 小时以上。

七. 系统方案设计规则

1. DD 人员跟踪系统的方案设计特点：

DD 人员车辆跟踪系统与国内的人员定位系统在设计的概念上是完全不一样。

a) 国内其他产品特点：

国内其他产品设计为只有卡片在感应区域才能够知道这个卡片的位置。

b) DD 人员车辆跟踪系统特点：

DD 人员车辆跟踪系统只要有这个卡片就能够知道卡片的位置。

2. 系统总线的设置

1) 根据井下的分站数进行设置。

2) 根据井下的实际情况进行设置。

3. 读卡器的位置设置：

一般设置的位置：

1) 入井口。

2) 巷道交叉口。

3) 巷道分支口。

4) 进入采掘面入口。

5) 进入危险区域入口。

6) 进入废弃巷道入口。

7) 禁止进入区域入口。

特殊设置位置：

a) 特定需要的检测位置。

4. 分站的位置设置原则：

1) 分站最大负责 7 台读卡器

2) 高速 CAN 就近原则，读卡器集中的区域设置。

3) 少量分散性读卡器设置原则。

5. 电源位置设置原则：

1) 读卡器供电原则：一台电源带 2 台读器。在读卡器采用两根天线的时候可以设置带三台读出器。

2) CAN 总线供电原则：一条总线上一般只用一台电源（ CAN 总线长度不超过 500 米 ），当 CAN 总线超过 5OO 米的时候就需要采用两台电源给与供电

3) 分站供电原则：分站与 CAN 总线采用一个电源的供电。

6. 布线的规则：

通讯线采用的最短布线规则。设备中禁止盘通讯线。

7. 天线安装规则：

天线与读卡器是配套使用的。同一个读卡器的几个天线之间的安装距离一般保证在 6 米 ，（有的时候需要根据现场的情况而定）安装天线后需要调试天线读卡的范围，让他达到最佳的状态。

八. 典型案例

1 ．伊朗的 Tabas 煤矿

2 ．西班牙 Soton 煤矿

3 ．俄罗斯 Osinnicovscay 煤矿

相关联接：

KJ270人员和车辆跟踪系统简介

KJ270人员车辆跟踪系统说明书

KJ270人员车辆跟踪系统设计方案

KJ270人员车辆跟踪系统安装指导书