uwb煤矿定位应用

uwb煤矿定位应用（精选3篇）

uwb煤矿定位应用 篇1

UWB煤矿定位系统

1、UWB煤矿定位系统简介

煤矿定位管理系统也叫做矿山人员定位管理系统或者矿井定位系统一般集人员考勤、区域跟踪定位、日常管理、轨迹追溯、电子围栏为一体的综合性运用系统。每个矿工携带一个UWB标签，在矿山作业时能为预先安装在矿道内的定位基站，定位基站采集人员的移动位置信息，并上传到定位引擎系统进行计算和呈现，使管理人员能够随时掌握人员的运动轨迹，以便于进行合理的调度管理。一旦意外事故发生，救援人员可根据该系统所提供的人员分布数据、图形，迅速了解有关人员的精确位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。目前该系统已经逐步从人员识别扩展到设备识别等方面。

2、UWB煤矿定位系统方案设计

矿山人员定位(煤矿定位)管理系统包括定位标签、定位基站、UWB腕带、定位引擎、大数据平台等。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。项目方案采用现有成熟的以太网和POE供电的方式为主传输平台，和相应的定位基站、人员UWB定位标签等设备与系统挂接，通过将采集的定位标签的位置信息进行后台数据交换从而实现作业人员的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在：

实现矿山作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字化矿山/隧道人员管理的目标。

为矿山管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控、轨迹图、电子围栏、位置告警等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，可以迅速定位到工作人员最后的精确定位地点及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。

轻松联网，BS结构，轻松实现广阔地域联网监控

2.1UWB煤矿定位系统原理

矿山人员定位(煤矿定位)管理系统是由地面监控中心主计算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，定时对安装的UWB定位基站进行数据巡检和信息采集，定位基站将自动采集有效识别距离内的UWB标签的信息，并根据系统指令，通过传输网络将相关数据传送至地面中心站。数据信息经分析处理后，将人员（或机车等移动目标）动态分布在主计算机界面中得以实时反映，从而实现安全状态在矿井数字化管理的目的。

遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，将UWB标签视为必要工牌，按准许上岗人员实行“一人一卡”制。

根据矿井监测需求，在坑道、作业面等地点安装具有进出方向、时间识别能力的定位基站，并通过光纤数据传输接口相互连接为高速工业以太网，从而构成完整通讯线路。

矿井生产单位输入工作人员相关信息后，向工作人员颁发UWB标签卡。

系统记录该UWB标签卡相对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等基本信息。

进入坑道的工作人员必须随身定位标签，当持卡人员经过设置定位基站的地点时被系统识别，系统将读取该标签号信息，通过系统传输网络，将工作人员通过的路段、时间、坐标信息等资料传输到地面监控中心进行数据管理，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名。对进入电子围栏区域的工作人员，系统将自动报警，安全监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。

生产单位可根据生产计划，对该标签卡进行授权管理。授权范围包括：该员工可以准入的坑道或作业面。为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该卡准入坑道或作业面的时效管理模块及卡的失效、报失等。

坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，救险队使用接受装置，在10-30米的范围内方便探测遇险人员的位置，便于救护工作的安全和高效运作，便于事故救助工作的开展。

系统可自动生成工作流程的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。

2.2 UWB煤矿定位系统功能及特点

2.2.1系统功能

2.2.1.1实时人员动态显示

任一时间查询并显示某个地点的人数、分布情况及身份。

查询一个或多个人员现在的实际位置、活动轨迹。

记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。2.2.1.2人员矿井考勤统计功能

可对出入井人员进行统计，实现矿矿井人员考勤记录，建立并打印人员出入井的各种信息报表（如：矿井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等），方便管理人员的查询与管理。

2.2.1.3信息多点共享

定位平台和定位基站可以局域网方式联网运行，使网上所有终端在使用权限范围内实现信息多点共享，供多个矿井各部门及领导同时在不同地点共享监测信息、系统综合分析信息、查询各类数据报表。2.2.1.4电子围栏报警功能

对于指定的电子围栏禁区，如果有非授权人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人数及身份，人员轨迹。2.2.1.5灾后急救信息

一旦发生各类事故，监控中心上立即能显示出事故地点的携卡人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果。2.2.1.6标签应急功能

UWB标签与定位基站失去联系时，仍能独立工作，自动存储人员监测数据。

2.2.2系统性能特点 2.2.2.1强大的系统处理能力

● 采用TDOA定位算法优化系统数据处理能力；

● 高度自动化，自动监测、统计、分析信息，整个过程无需人为干涉； ● 基于GIS技术的地理信息显示、查询系统； ● 完善的数据分析能力； 2.2.2.2 卓越的识别性能

● 高度的识别可靠性，100%的前端识别率； ● 识别距离远（地面识别距离可达100米）；

● 极高的防冲突性（每个检测点可最多同时识别10000个人员）； ● 高度的识别稳定性； ● 快速的识别速度 ● 定位精度高，达到10cm 2.2.2.3现场优势

● 环境适应性：高抗干扰性，对干扰源、周界环境无特殊要求； ● 安装方便性：定位基站一体化结构设计，采用POE供电； ● 运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化。2.2.2.4 电气特性

● 超低功耗，无线标签在不更换电池的情况下可连续正常工作3年； ● 方便性、安全性，定位标签无须外接矿灯电源，超长待机时间； ● 无辐射，对人体和环境无任何影响，更安全更健康

uwb煤矿定位应用 篇2

【关键词】煤矿；人员定位系统；井下；应用

0.概述

我国煤炭产量居世界首位，煤矿数量超过世界上其他主要产煤国家的煤矿总数，煤炭行业是我国国民经济和社会发展的支柱产业。安全是煤炭生产的头等大事，安全对煤炭生产起着保证、支撑和推动作用。近年来，国家针对煤矿安全问题采取了多方面的有力措施，但由于长期以来煤矿安全投入明显不足，煤矿企业安全装备严重缺乏，安全管理手段极其落后，国家煤矿安全形势仍然十分严峻。因此，加大煤矿安全投入，推广采用先进的煤矿安全装备与手段已成为煤炭行业迫在眉睫的必然需要。

同样，煤矿安全最重要的是保证矿工生命的安全，煤矿安全管理最重要的也是对矿工安全的管理，其中对矿工在井下工作位置的准确监测是实现保证矿工安全目的的基本前提。章村矿是一个老矿，巷道远、生产环节多、地质条件复杂，加上我矿三井承压开采9#煤，原有的生产管理和调度指挥模式已严重阻碍了企业的进一步发展，特别是安全管理难度很大，不能适应企业的做大做强。面对现实情况，不断加强灾害预防、事故救助等措施将事故带来的损失降至最低，已经成为当务之急。

随着科学技术的发展，如何能及时、动态的了解井下人员数量及分布情况，尤其对重点地区的实时监控，以便有效地促进该矿的生产管理和安全管理。将现代化的人员定位系统运用到生产中，为管理人员能够随时掌握井下人员的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。

1.人员定位系统用途

人员定位系统包括井下人员的信息采集、传输、处理、存储并能配合计算机及其网络实现web信息发布的功能。用于对井下人员数量及分布情况进行监控并配有图形显示、人员管理、人员考勤功能。当事故发生时，可迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。是煤矿加强安全管理的必要手段。

2.系统原理及构成

KJ133型矿用人员定位安全管理系统，是面向现代矿井生产企业迫切的安全管理与人员管理需求，从矿井生产企业对矿工在井下工作位置的准确监测需求出发，应用最先进的射频识别与无线监控技术，研制出的具有自主知识产权的、国际领先的井下目标定位跟踪系统。本系统可解决既有井下人员考勤定位系统存在的问题，尽可能适应井下各种复杂地形条件，最大限度地满足用户的需要。本系统的显著特点是可实现井下各种巷道条件下的信号“全覆盖”，实现对井下人员、车辆、设备等目标的“全程的、实时的、连续的、精确的定位跟踪”，同时实现对井下人员的“实时无线寻呼”。

本系统主要设计思想包括：实现全矿井信号覆盖，包括弯道、岔道等复杂地形条件；单台监测分站的信号覆盖范围大，至少可达500米以上；可以实现精确定位；可以实现实时的人员跟踪定位管理；无线寻呼；无线双向数据通讯；大容量数据传输等。

人员定位系统的构成主要包括：井上中心控制计算机系统、井下KJF82型矿用人员定位分站、KJF82.1型矿用无线收发器、KGE39型矿用人员定位标识卡、KGE41型矿用射频定位器、系统传输通道等部分。

通过网络化可实现矿井目标定位安全管理信息的充分共享，为矿井各部门及上级各层领导及时提供实时监测信息与历史信息，为他们监督、指挥、决策提供重要依据。

3.系统设计及需注意的几个问题

在实施中考虑可靠性、稳定性、易于管理维护和信号覆盖，根据章村矿开采时间长、巷道远、采面分布零散、生产环节多、人员分散的特点，考虑采用光缆作为主通信传输通道，分站、收发器加泄漏线的布线方式，需注意的几个问题：

（1）选用可靠的供电电源，安装可靠的电源保护器，避免电压的波动对设备造成影响。

（2）布线设计时长度要合理，避免出现盲区，影响监测效果。

（3）定位天线按要求接线和分站接口要接触牢靠。

（4）对定位器、标识卡要定期巡视，及时更换电池。

（5）井口验卡系统应能在人员上下井时发一次呼叫来验证标识卡声光及震动情况，来判别标识卡的完好。

4.应用效果及评价

该系统自安装运行以来，对我矿在安全管理、调度指挥、考勤管理等方面起到很大作用，受到很好的社会和经济效益。2011年3月下旬我矿举行的防水、防火演习就是通过人员定位系统发布撤退信息，并通过图形显示实时监测人员撤退情况，人员行走路线、到达位置及人员详细信息等都一目了然，提高了效率，受到很好效果。还可实现完善的考勤管理功能。如查询某人在任一时间段的活动轨迹；查询一人或多人每天人井次数及在井下的工作时间等一系列信息；可以督促和落实巡查人员(如瓦斯检测人员、温度检测人员、排风人员等)是否按时进行各项数据测试和处理，从根本上杜绝人为因素造成的事故。

5.结束语

本系统虽是人员定位系统，但可以推广运用到对井下重要设备的监控上。建立完善的管理制度后，可对重要设备如综掘、综采设备在运输环节进行跟踪监测，方便调度指挥。同时计算机会根据一段时间的人员出入信息整理出这一时期的每个下井人员的各种出勤报表，可做为井下人员考勤系统使用。

uwb煤矿定位应用 篇3

关键词：ZigBee技术定位跟踪移动目标

在煤矿系统中，矿井危险事故时有发生。只有获得受困工人准确的位置信息，抢救工作才能保证及时而又避免误伤。因此，设计安装一套煤矿井下人员的定位跟踪系统，成为一项十分紧迫的任务。

1方案的比较与选取

表1所示为四种无线通信方式的性能参数比较。

由表1可以看出ZigBee技术的优势是成本低、功耗小，而针对于煤炭行业资金不足、煤矿井下巷道曲折多变、风门众多、电源供电控制严格的特点非常适合应用Zig-Bee技术。虽然ZigBee技术的数据传输率不高，但足以满足定位系统的传输速度要求。

本方案选用2.4GHz频段的全球通用的ZigBee技术，采用基于ZigBee的无线传感器网络设计方案实现井下人员定位。在定位算法方面，采用国际上最先进的RSSI（接收讯号强度指标）算法，实现矿工的精确定位。

2定位跟踪系统的组成

定位跟踪系统主要由井上和井下2部分组成。井上部分包括大屏幕、计算机网络、485或光纤传输介质等。井下部分采用以太网技术，按照网络拓扑结构进行模块设置，每个网络模块由一个无线定位网络和若干个移动目标节点组成，定位网络节点简称FFD，移动目标节点简称RFD。系统组成如图1所示。

2.1ZigBee无线定位网络组成ZigBee无线定位网络的有网关、参考和定位节点三个部分，网关节点完成有线与无线信号的切换，参考节点为移动目标节点提供参考坐标与信号强度信息，网关和参考节点均以cc2430芯片为核心。移动目标节点以cc2431芯片为核心。

针对现场环境要求，沿巷道每隔45～180m，或者工作面高度降低45m时，在巷道合适位置（如巷道两侧顶部）设置参考节点，合理布局定位节点，安置完成的网络模块会自动形成一个ZigBee无线定位通信网络。每个节点模块的标识地址都是唯一的。为保证ZigBee网络的可靠通信，网络模块布局要保证每个模块可以保持与两个以上的模块实时通信。

2.2移动目标节点将基于ZigBee并具有身份识别功能的无线模块制作成一个便携式装置，并置于井下作业人员的头盔式安全帽内，完成无线收发功能。为了节省电力，利用IEEE802.15.4无线传输技术对模块的休眠、唤醒过程合理地控制，模块自身也只是每隔10～30s向邻近的定位网络节点发射身份地址码信号。每个下井的作业人员，都随身佩戴这样一个标志唯一身份地址的装置，其位置参数的获得来自于利用无线信号的强弱与定位节点的距离对照换算，理论上定位精度很高，可以达到2.5m。

3定位过程

cc2431模块自带了一个用于定位的引擎硬件，该引擎是在节点层面根据网络中的已知定位节点所接收到的无线信号强度值（RSSI）采用分布式算法对移动目标节点的位置完成估算。其计算原理是：由于通过预先实际环境的测量获得了信号强度与距离的函数关系，因此依据信号的强度，定位引擎可以通过已知的定位节点来确定与正在进行通信的移动目标节点之间的距离。只要利用两个定位节点来计算所获得的此目标节点的信号强度值，该移动目标的具体位置就可以确定。

4结语

通过比较B1ueTeeth、Wi-Fi、ZigBee、UWB这四种无线通信技术的具体特点，选取了基于ZigBee技术设计的头盔式煤矿井下人员无线定位跟踪系统的设计方案，并对系统的设计进行了重点阐述，详细说明了无线定位跟踪的实现流程，该设计方案中无线定位跟踪系统非常适合于煤矿的井下人员使用。

参考文献：

[1]王志中.煤矿井下人员定位系统研究[J].中国优秀硕士学位论文全文数据库，2011，S1.

[2]郭秀才，滕以金，窦美玲.井下人员定位跟踪检测系统的研究[J].矿业安全与环保，2009，36（5）.

[3]谢晓佳，程丽君，王勇.基于zigbee网络平台的井下人员跟踪定位系统[J].煤炭学报，2007，32（8）.

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