摘要：煤矿井下人员的安全是煤矿工作的重要内容，煤矿井下定位系统设计、安装和使用是保障煤矿安全生产的关键，对于定位系统的创新和改造工作就成为施工单位的重中之重。本文首先介绍当前我国井下人员定位系统存在的普遍问题，然后根据目前我国煤矿发展的现状，提出了基于UWB技术的井下精确定位系统的结构，阐述了其基本原理以及功能，应用该系统可以在事故发生之后及时准确地确定井下人员的位置，实现精确救援，为井下工作人员的安全提供有效的保障。
关键词：井下定位系统；UWB定位；人员安全；设计与应用
中国贫油富煤的能源结构决定了煤炭工业在国民经济中的重要地位，尤其近几十年，经济飞速发展，煤炭工业提供了重要动力，也做出了巨大的贡献。国家层面对煤炭生产安全的重视程度越来越高，但在实际的发展过程中，煤矿安全和煤矿生产发展的水平存在不相适应的情况，这对于人员安全提出了更高的要求。井下定位系统的安装使得人员事故的发生频率越来越少，该系统的使用大大降低了井下受困人员的安全问题。安全问题首先要保障人员安全，要加强对人员安全的重视程度，要对煤矿井下工作人员、车辆、设备进行实时、准确的监控和追踪，掌握井下人员的动态，进一步提高人员的安全水平，促进我国煤矿行业的长远发展。
1.当前我国井下人员定位系统存在的普遍问题
1.1人员定位精度差，系统功能少
目前大多数煤矿井下使用的定位系统采用RFID技术，只能进行区域定位，即存在性监测，无法准确给出位置信息。一旦出现事故也只能判断人员所在的大致范围，无法实现精确救援。有些定位系统的定位功能还不太完善，采用无线射频识别定位对煤炭生产企业来说存在着成本较高的问题，定位信息也只能由标识卡向主机单向传输，而主机系统无法采用主动式的方式与井下人员取得及时的联系和交流，系统的定位实用性较差，系统的功能比较少。现代通信技术、计算机技术、定位技术的发展日新月异，产品的科技含量越来越高，当前大多数系统功能的不足已经远远不能适应日益现代化和信息化的环境。因此必须加大对定位系统的研发力度，不断进行创新，加强对定位功能的开发和设计工作，不断完善井下人员监控系统，提高监控质量，加强监控准确性和有效性，从而降低事故发生后的人员死亡率。
1.2标识卡通信距离近，漏读率高
人员定位系统中，每个标识卡都有自己的唯一标识，读卡器在标识卡通过时读取标识卡信息，用于标识人员进入该读卡器工作范围。但在实际的工作中，标识卡在通过读卡器的时候极易出现漏读的问题，有些工作人员在开车经过时，当速度较快的情况下，就会存在信息收集不到、个别人定位信息不准确或者缺少相应的信息，这种情况的发生可能导致人员无法定位，考勤不准确。因此有必要设计更加安全可靠的定位系统，为煤炭安全生产保驾护航。
2.人员定位系统的设计
2.1矿用人员定位系统设计
本系统采UWB超宽带精确定位技术，最高实现了厘米级的井下人员定位。
本网络拓扑组成设备有：服务器、主路由、交换机、光纤环网、定位分站、定位基站、定位器组成。服务器运行有定位引擎服务器软件、WEB服务器软件，实现定位信息的计算，并为客户端提供WEB访问服务。主路由用于连接外网，便于在外网访问服务器数据。交换机用于连接各个定位分站。定位分站、定位基站设计有高性能主控芯片、以太网接口电路、光纤接口电路、时钟电路、两个UWB定位模块电路、电源模块、存储FLASH、CAN接口电路、LED灯、数码管、两根射频天线。定位分站，通过以太网接至交换机，与定位引擎进行通信。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆定位基站通过定位分站分配输出的9-24V电源进行供电，通过CAN总线与定位分站进行连接。定位基站采用低功耗设计，每个基站的功耗小于1.5W。定位器设计有低功耗主控芯片、射频芯片DW1000、电源电路、振动监测电路、按键、指示灯、蜂鸣器、振动马达等。定位器通过UWB空中接口与定位分站、定位基站进行通信，通过定位分站将定位标签的测距信息，上传至服务器，由定位引擎进行计算定位位置。
2.2人员定位系统设计目标
系统的基本性能指标如下：（1）定位分站、定位基站与定位器之间的空中通信距离达到500米以上；（2）定位分站通过CAN口可下接5个定位基站，CAN口最远通信距离可达2KM；（3）同时定位人员的数量不低于200个。较远的通信距离和较高的并发容量，可以降低车辆超速通过时，人员定位的漏读率。定位分站较远的覆盖距离可以降低光纤熔接施工难度，降低施工成本。
2.3人员定位系统基本结构及原理
人员定位系统分为井上控制中心和井下控制系统两部分。本设计不仅对井下控制系统进行合理的升级，还加强了井上井下二者之间的联系和交流，系统实现了实时人员位置的监控，井下人员通过定位器发送的信号，经过通信光纤缆将信息传递到井上系统，然后通过服务器软件自动记录人员的考勤信息和精确定位数据。该系统可以通过控制台及时向井下人员传递信息，呼叫井下人员，加强二者之间的沟通和交流，促进井上井下之间的联系，有利于加强井上井下之间的合作，促进煤矿工作的顺利进行。通过系统的扩展功能，实现紧急情况下的人员指引逃生功能，利用应急方案及时处理突发问题，进一步提高井下人员的生命安全，降低安全事故的发生。
3.人员定位系统的功能
该系统除了具备一般井下定位系统的功能外，还具有精确的人员实时定位监控功能。使用该系统可以对井下人员进行及时的检查和监督，做好相关的记录工作，促进到岗考勤工作的完成。系统具备人员轨迹查询回放功能，方便管理人员对井下人员进行全面的管理，随时了解井下人员的工作行踪和行动路线，在问题发生的时候可以提供准确的数据信息，从而保证救援工作一步到位，缩短救援时间，提高救援效率。井下发生突发状况时，井下人员也可以通过相应的报警系统，进行一键SOS求救，使井上可以及时调动人员进行问题的处理。当井上人员或安全监控系统发出报警信息时，井上人员或控制系统，可以向井下人员发出声光报警信息，提醒井下人员进行避险，及时避免人身伤亡。此外还可以帮助管理和技术人员及时了解各分站情况，通过屏幕上的显示情况，确定相应的解决办法，成本较低，图形信息的指引为人员理解提供充分的条件，进而提高工作效率和质量。这些功能的开发，提高我国井下定位系统的准确性和有效性，从而保障人员的生命安全，推动我国矿下定位系统的长远发展。
4.人员定位系统基站布置
定位分站、定位基站的布置密度，根据需求，在主巷道内及其它需要进行定位的巷道内，进行连续布置。对于长直巷道，每隔 500m 布置一个基站，对于分支巷道，再往里 250m 左右布置基站。这样布置能实现以较低成本，在全巷道范围内进行精确人员定位，并减少漏读率，提高矿井下人员的安全水平。
结束语：
综上所述，煤矿人员的生命安全往往是施工单位关注的重要话题，煤矿生产安全主要涉及工作人员的安全，而高效的、精确的定位系统的使用将会给井下工作带来极大的便利，能够及时发现井下问题，根据井下的情况随时进行工作的调整，进而为工作人员的生命安全提供了保障。在经济社会和科学技术不断进步发展的今天，煤矿施工的安全显得尤为重要，井下定位系统在未来的发展趋势必是朝着可视化、网络化、智能化、精确化的方向发展，其功能和作用将会越来越广泛，对人员安全的保障将会更加明显，可靠性程度将会越来越高，所以我们有必要加强对定位系统的创新和改造。
参考文献：
[1]郑富豪. 基于现场总线的煤矿综合监控系统[D].吉林建筑大学，2018.
论文作者:石自辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/3
标签：井下论文; 人员论文; 定位系统论文; 基站论文; 煤矿论文; 分站论文; 功能论文; 《电力设备》2018年第29期论文;