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1、 矿井人员跟踪定位及考勤管理系统方案 目 录一、前言1二、产品介绍21、产品概述22、产品组成及其功能23、系统构成简图34、系统工作原理35、主要技术指标46、与其它产品相比较的优点57、安标产品证书5三、矿井人员定位跟踪管理系统技术方案61、系统总体设计思路62、系统设计特点63、系统设计方案74、系统的基本构成及组件的功能75、系统网络构成示意图96. 矿井人员跟踪定位及考勤管理软件96.1 操作员登录模块106.2显示模块106.3数据查询模块116.4 数据统计模块136.5个人编码器管理模块156.6人员活动轨迹管理模块166.7系统维护模块166.8人员跟踪定位及考勤管理系统数据
2、处理流程17一、前言随着国家对煤矿安全的日益重视和监管力度的不断加强，我国大中型煤矿及广大乡镇小煤矿已大量装备了煤矿安全生产监控系统，这些安全装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况。但目前煤矿井下还普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低，效果不理想。开发新型矿井人员跟踪定位及考勤管理系统，就可对煤矿入井人员进行实时跟踪监测和定位，随时清楚掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹。如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事
3、故抢险提供科学依据。同时，也可利用系统的日常考勤管理功能，对矿井人员进行考勤管理。为了实现这一目标，于2003年8月就开始研发的“矿井人员跟踪定位及考勤管理系统”，经过资料收集、调研、方案论证、设计、试验室试验、样机加工、性能测试、防爆送检及井下工业性试验等阶段，完成了全部研究内容。矿井人员跟踪定位及考勤管理系统在完成了全部开发设计、样机生产加工、实验室性能测试和防爆检测检验后，成套产品于2004年10月在重庆松藻煤电集团公司二矿、西山焦煤集团屯兰矿、山西离柳焦煤集团有限公司朱家店煤矿第二坑口等地进行了现场安装和工业性试验。现场实际应用表明，系统工作稳定可靠，达到了设计指标要求，能够满足煤矿井
4、下使用。矿井人员跟踪定位及考勤管理系统技术先进、设计合理、结构新颖、主要技术性能指标符合煤矿实际需要。该系统的成功推出必将为我国煤矿的安全生产和事故后的抢险救灾发挥积极作用。- 18 -二、产品介绍1、产品概述煤矿井下人员跟踪定位管理系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，该产品是通过对坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不同状态（移动、静止）下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。该产品集成了技术含量很高的射频识别技术，并采用双频点长短波频率实现可靠的全双工通信，分站设备和KGE26本
5、质安全型标识卡采用全新的嵌入式微处理器和嵌入式软件进行设计，具有隔爆兼本质安全型设计、系统作用距离远、可任意调整系统的识别范围、识别无“盲区”、信号穿透力强、安全保密性能高、对人体无电磁污染、环境适应性强、可同时识别众多目标、便于网络连接等性能优点，目前这种崭新的信息采集、存贮、传递和处理技术，已迅速得到国内外同行的广泛关注，它将为煤矿井下人员定位跟踪管理起非常重要的作用。该产品是在总结射频识别技术（RFID）的基础上，结合煤矿井下安全生产的特点，通过自身的技术力量，在远距离射频识别技术系统产品专利产品的基础上开发成功的高新技术产品，拥有自主知识产权，填补了国内信息技术领域的一项空白。该系统产
6、品已根据煤矿安全生产企业的技术要求和安全标准进行独立设计，完全可以满足煤矿井下人员跟踪定位的自动化管理要求。同时可充分利用矿井已有煤矿监控系统平台资源联网运行，有效节约投资。2、产品组成及其功能该产品由软件系统和硬件系统组成，其中软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分组成，用于完成信息采集、识别、加工及其传输，由这两部分软件共同支撑着整个系统的运行。硬件系统由井下分站设备、发射天线、接收天线、天线调谐器、阅读器和标识卡组成，用于完成信息采集和识别，从而实现预设的系统功能和信息化管理目标。其中硬件系统包括：井下分站设备：由人员信息采集处理板、人员信息传输处理板、隔爆电源、备用电池、嵌入式软件组成
7、。其主要功能是完成对人员识别编码输出信号的采集、处理、与地面计算机的双向通讯及供电等。发射天线：用于发射无线电信号以激活KGE26标识卡。接收天线：接收KGE26标识卡发出的无线电信号。标识卡：由嵌入式处理器及其软件、卡内发射和接收天线、收发电路和高能电池组成，其工作在两个频点上，全双工通信。作用：KGE26标识卡平时处于睡眠状态，当进入系统工作区后，被发射天线发出的无线电信号激活，发射出唯一的加密识别码无线电信号。卡内高能电池为标识卡正常工作和发射315MHz的电磁波提供能量，卡内电池一次性可使用70万次以上(卡内电池可更换)。数传接口：主要由电源板、信号转换板及安全栓组成，完成通讯信号的转
8、换和本安与非本安运行环境的隔离。人员定位管理软件：实现对井下人员的跟踪定位信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能。 3、系统构成简图图1 井下人员跟踪定位分站构成示意图4、系统工作原理井下分站设备的人员信息采集处理板将低频的加密数据载波信号经发射天线向外发送；随身携带的KGE26标识卡进入低频的发射天线工作区域后被激活（未进入发射天线工作区域标识卡不工作），同时将加密的载有目标识别码的信息经卡内高频发射模块发射出去；接收天线接收到标识卡发来的载波信号，经分站人员信息采集处理板接收处理后，提取出目标识别码，并经人员信息传输处理板送至地面计算机，完成预设的系统功能，从而实现目标
9、的自动化管理。隔爆电源及备用电池完成供电、断电保护功能。5、主要技术指标（1）井下人员跟踪定位基站有效接收范围：10m；（2）允许被测目标最大移动速度： 6m/s （3）系统容量： 64台基站；（4）传输速率：2400bps；（5）容纳员工数：65535个；（6）通讯方式：RS485或DPSK；（7）地面人员监测管理软件：操作系统： WIN9X/2000网络平台：以太网数据库： ACCESS或SQL SERVER（8）井下人员跟踪定位基站交流输入电源： 127V/220V/380V/660V 发射频率：132.3 KHz 接收频率：315MHz 识别距离：10m(1m-10m可调)识别目标数：
10、可同时识别30张不同卡号备用电池：2小时防爆型式：隔爆兼本质安全型 （9）人员标识卡 工作电源：3VDC 发射频率：315MHz接收频率：132.3 KHz 工作方式：间歇工作 更换电池时间：2年 防爆型式：本质安全型6、与其它产品相比较的优点l 用有自主知识产权和自有技术标准体系。l 远距离识别，无需将标识卡靠近读卡设备读卡。l 标识卡携带方便。l 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。l 系统运行安全、稳定、可靠、误码率几乎为0。l 具有信息防冲撞功能，可同时识别多个标识卡。l 信号穿透力和绕射力强，系统识别标识卡可做到无方向性。l 识别距离不小于9米
11、，最大可到15米，且识别距离115米可以调整。l 无对人体伤害的微波电磁污染，信息的安全性和保密性能高。l 可靠识别快速移动目标（即射频卡）。l 标识卡低电量双重显示，即标识卡低电量时会出现黄色指示灯，同时标识卡低电量的信息将通过系统传送到后台计算机，台计算机会出现低电量信息提示，便于通知用户更换卡内电池。l 标识卡内的高能电池容量可使用2.5年，即2.5年更换一次电池，标识卡的寿命周期可超过10年。l 系统安装、维护方便。7、安标产品证书KJF48隔爆兼本安型动态目标识别器及KGE26标识卡执行技术标准： Q/SJC003-2003。KJF48隔爆兼本安型动态目标识别器矿用产品安全标志证书编
12、号：20043850。KJF48隔爆兼本安型动态目标识别器防爆合格证号：2042307KGE26标识卡煤矿矿用产品安全标志证书编号：20043849。KGE26标识卡防爆合格证号：2044064。KFD-3井下分站电源箱安全标志证书编号：20011013KFD-3井下分站电源箱防爆合格证号：320013117 三、矿井人员定位跟踪管理系统技术方案1、 系统总体设计思路井下人员跟踪定位基站及考勤管理系统涉及计算机软件、数据库、电子电路、防爆本安电源、数字通讯、无线识别技术等方面。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
13、确定利用现有KJ90煤矿监控系统作为主传输平台，开发相应的井下人员跟踪定位基站、人员无线编码发射器等设备与系统挂接，通过井下人员跟踪定位基站及考勤管理专用软件与主系统以标准的SQL SERVER数据库进行后台数据交换从而实现井下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：（1） 实现煤矿井下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”，实现数字矿山的目标。（2） 为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，通过该系统立刻可以知道该作业面工作人员及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。（3） 系统
14、设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。2、系统设计特点（1） 高度自动化。系统能自动检测井下坑道人员经过该监测点的时间、地点信息，并自动实现对人员的考勤作业、统计及监测管理。（2） 先进的通信系统。安装在煤矿井下各通道的无线信息采集设备，实时将采集到的信息传送到井下专用处理传输分站，并通过井下现场总线（RS485或DPSK）实时向地面的网络服务器传送相关人员通过的数据，整个过程无需人为干预。（3） 完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括工人通过坑道的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供
15、全方位的服务。（4） 系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品采用坑道壁挂式设计，保证系统在恶劣的环境下能连续正常运转，并提供断电后2小时的供电电源。（5） 完善的异常情况（包括无效卡、失效卡、黑名单卡进入）报警呼叫系统配置。 3、系统设计方案本系统遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许上岗人员和班组实行“一人一卡”制，该标识卡可视为“上岗证”或“坑道准入证”。具体方案：1) 煤矿生产单位在井下坑道、作业面的交叉道口安装井下分站设备。2) 煤矿生产单位向下井工作人员颁发并装备标识卡（标识卡要求随身携带在腰带上）。3) 系统数据库记录该标识卡所对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、
16、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等基本信息。4) 生产单位对该标识卡进行授权后即生效。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。5) 进入坑道的工作人员必须随身携带标识卡，当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别，系统将读取该卡号信息，通过系统传输网络，将持卡人通过的地点、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理；如果采集的卡号无效、或进入限制通道，系统将自动报警，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。6) 坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以
17、知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。7) 系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。4、系统的基本构成及组件的功能井下分站设备：井下分站设备由人员信息采集处理板、人员信息传输处理板、隔爆电源、备用电池、嵌入式软件，以及矿用阻燃电源电缆、矿用阻燃双绞线通信电缆、接线盒等组成。其中隔爆电源每个由3组电源组成，可根据井下电源的配置情况接入127V/660V/380V/220V/电源，为分站工作提供电源；人员信息处理采集主板是完成对人员通行信息的采集、处理；人员信息传输处理板是将RS232信息转换为RS485信息，传输距离10KM，同时将重码的信息进行判定和过滤，接
18、受上位机的轮循访问并向上位机传送所采集到的人员编码信息；不间断电源是停电后提供2小时的供电电源（设计的蓄电池为2.5安时）；矿用阻燃电源电缆主要是为分站的隔爆腔提供井下220V/127V电源；矿用阻燃双绞线通信电缆主要是完成井下网络的连接，为现场RS485或DPSK总线方式。其组成见下面框图：人员信息采集处理主板人员信息传输处理板不间断电源井下分站设备接收天线发射天线隔爆电源嵌入式软件=图2 井下人员跟踪定位分站设备构成地面设备：地面人员监测管理部分由数据通信接口、HUB、监控主机（含监控管理软件）、UPS电源、打印机、网络终端、防雷设备等组成。其中通信接口是将井下的RS485或DPSK信号转
19、换为监控计算机RS232串口信号；HUB用于地面设备网络连接；监控计算机（含人员监测管理软件）及数据库，实现对信息的自动化管理目标，在计算机屏幕上直观动态显示井下人员的分布情况，使管理层一目了然；UPS电源主要为了在交流电源停电后继续维持系统设备正常运行；打印机主要用来打印机人员监测管理报表；网络终端主要是人员监测信息的网上共享。其组成见下面框图：RS232监控计算机HUB服务器UPS电源YUAN 网络终端网络终端井下RS485总线数传接口图3 井下人员跟踪定位地面网络组成5、系统网络构成示意图图4 井下人员跟踪定位系统网络构成示意图6. 矿井人员跟踪定位及考勤管理软件煤矿井下人员跟踪定位管理
20、系统软件是采用VC开发的集数据采集与信息处理的综合数据库管理系统。本系统是以 SQL Server 7.0数据库为主的Client/Server模式开发而成的，共有操作员登录、实时显示、数据查询、数据统计、个人编码器管理、人员活动轨迹、系统维护七个模块（如图19所示）。系统上端软件操作员登录数据查询数据统计个人编码器管理人员活动轨迹系统维护实时显示图5 矿井人员跟踪定位及考勤管理系统软件模块6.1 操作员登录模块操作员登录模块主要完成开机后操作员的密码及权限输入，人员权限情况的校验等功能，操作方法采用手工输入。如图20所示。图6 井下人员跟踪定位基站主控界面6.2显示模块图7 井下人员跟踪定位
21、基站软件立体示意图矿井人员位置信息通过井下人员跟踪定位基站发送到地面监控主机后，由软件进行实时分析处理并在计算机屏幕上实时显示当前矿井下各巷道人员分布情况等。示例如图21、22所示。6.3数据查询模块数据查询模块主要完成通过各种条件对原始数据进行检索并汇总的功能。其功能实现主要分为四部分：原始数据总条件过滤、进一步进行明细条件的查询、对查询结果进行浏览、对符合条件的数据进行汇总。查询模块包括：查询井下人员的动态分布情况和数量；查询任一井下人员当前位置和指定时间所处的位置；查询任一指定位置的人员情况，并进行实时跟踪显示；查询人员考勤记录查询；图9 实时跟踪查询界面图8 软件数据查询界面全矿数据查
22、询。图10 考勤报表打印界面图11 历史数据报表打印界面图12 个人下井数据报表打印界面6.4 数据统计模块数据统计模块主要是根据巷道各基站的交换信息进行统计汇总，并按照指定的格式进行报表的输出。统计表报表包括：任一时间段职工下井状况统计报表；出勤状况统计报表；大屏幕显示；图13 任一时间段职工下井状况统计表图14 出勤状况统计表图15 大屏幕显示6.5个人编码器管理模块个人编码器模块主要是对职工个人信息进行统计汇总，并按照一定的规则进行编码分配。包括：全体员工数据管理、员工资料管理、员工信息。图16 全体员工数据图17员工个人资料管理图18 员工信息管理6.6 人员活动轨迹管理模块人员活动轨迹管理模块主要是针对人员在井下活动轨迹的纪录，实现对井下人员活动路线、滞留时间及目前所处位置的管理。图19 历史活动轨迹6.7 系统维护模块系统维护模块主要是完成对整个管理系统进行初始化操作和对各种与系统相关的重要数据进行维护的功能。此模块只能由本系统的超级用户来完成，其他任何人员不能完成此模块的各项功能。维护项目包括：基本信息维护；操作人员维护；巷道各基站维护；数据库维护。 图20 基站测点定义图21 基站工作状态监视窗人员定位数据库人员实时数据矿井人员跟踪定位处理软件网上发布与煤矿监控系统连接人工设置查询及报表打印实时显示图21 数据处理流程6.8人员跟踪定位及考勤管理系统数据流程
