第一節(jié) 井下人員定位系統(tǒng)國外技術現(xiàn)狀
1990年8月美國安菲斯公司利用超低信號的穿透力研制開發(fā)的可實現(xiàn)超低頻信號穿透巖層進行傳輸?shù)臒o線急救通訊系統(tǒng)（PED，即PersonalEmergencyDevice系統(tǒng)），該系統(tǒng)能夠提供一些預先編制好的緊急信息，這些信息在緊急情況出現(xiàn)時自動生成。這些警告信息由礦井工作人員預先制定，在緊急情況發(fā)生時，可以在最短的時間內(nèi)，將警告發(fā)送給井下全部或相應的工作人員。任意井下人員可以通過PED系統(tǒng)與其他工作人員進行通訊。呼叫人在接通PED通話系統(tǒng)后，數(shù)字化的聲音將提示呼叫人輸入他要呼叫的PED接收機代碼和電話分機的號碼。在通話結(jié)束后，信息將會生成并傳達給呼叫之人。
隨著射頻識別技術的興起，國外也加快了這一領域的發(fā)展，并成功地將其應用到了井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中。澳大利亞芒特艾薩礦用公司開發(fā)了一種人員探測系統(tǒng)，用于監(jiān)測礦工進入危險地帶。在南非的德里方丹礦，安裝了一種人員跟蹤系統(tǒng)，它使用由澳大利亞ISD公司制造的一種射頻識別系統(tǒng)。這個系統(tǒng)試用頂板安裝的天線，用來監(jiān)控裝在每個礦工帽上的小型無源信標。
第二節(jié) 井下人員定位系統(tǒng)國內(nèi)技術現(xiàn)狀
一、技術 發(fā)展 分析
以RFID為核心的井下人員定位系統(tǒng)是現(xiàn)在的發(fā)展主流，但是對于在精確定位上RFID仍存在許多不足之處，因此FRID技術和GIS技術的結(jié)合為實現(xiàn)井下人員精確定位提供很好的技術支持。隨著WIFI技術的不斷成熟，手機定位逐漸成為了井下定位系統(tǒng)的主流，WIFI手機良好的通訊效果以及基站的靈敏識別使得人員定位系統(tǒng)更加精確。MESH網(wǎng)絡在不久的將來也將應用在井下人員定位系統(tǒng)，使得定位系統(tǒng)更有效的服務于井下礦業(yè)安全生產(chǎn)。
二、主要 技術工藝 流程或特點
（一）基于RFID的定位系統(tǒng)
1、RFID技術
射頻識別技術(RFID，即RadioFrequencyIdentification)是從20世紀80年代起走向成熟的一項自動識別技術。它利用射頻方式進行非接觸雙向通信，實現(xiàn)人們對各類物體或設備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動或靜止)下的識別和數(shù)據(jù)交換。與同期或早期的接觸式識別技術不同的是RFID系統(tǒng)的射頻識別卡和讀卡器之間不用接觸就可完成識別。它具有以下特點：
(1)操作方便，工作距離長，可以實現(xiàn)對移動目標的識別；
(2)無硬件接觸，避免了因機械接觸而產(chǎn)生的各種故障，使用壽命長；
(3)射頻識別卡無外露金屬觸點，整個卡片完全密封，具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能，適合在惡劣環(huán)境條件下工作；
(4)對無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過隨機序列的加密，并有完善、保密的通信協(xié)議?？▋?nèi)序列號是唯一的，制造商在卡出廠前已將此序號固化，安全性高；
(5)卡內(nèi)具有防碰撞機制，可同時對多個移動目標進行識別；
(6)信號的穿透能力強(可穿透墻壁、路面、衣物、人等)，數(shù)據(jù)傳輸量小，抗干擾能力強，感應靈敏，易于維護和操作。
2、系統(tǒng)功能
典型的射頻識別系統(tǒng)主要包括兩個部分：射頻識別卡和讀卡器。系統(tǒng)通過井下放置的各個讀卡器來讀取為井下人員配發(fā)的唯一識別卡信息，并對信息進行上傳處理從而完成對井下人員的定位。
當下井人員進入井下以后，只要通過或接近放置在坑道內(nèi)的任何一個讀卡器，讀卡器即會馬上感應到信號同時立即上傳到控制中心的計算機上，計算機馬上就可判斷出具體信息，同時把它顯示在控制中心的大屏幕或電腦顯示屏上并做好備份，管理者也可以根據(jù)大屏幕上或電腦上的分布示意圖點擊井下某一位置，計算機即會把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計顯示出來。同時控制中心的計算機會根據(jù)一段時間的人員出入信息整理出這一時期的每個下井人員的各種出勤報表。如出勤率、總出勤時間、遲到/早退記錄、未出勤時間等。另外一旦井下發(fā)生事故，可根據(jù)電腦中的人員分布信息馬上查出事故地點的人員情況，在事故處確定人員位置，以便營救人員以準確快速的方式營救出被困人員。
（二）基于WIFI的定位系統(tǒng)
1、WIFI技術
WIFI全稱WirelessFidelity，采用802.11a/b/g標準，它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高，可以達到54Mbps，另外它的有效距離也很長，同時也與已有的多種設備兼容。
其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下方面：
(1)無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍牙技術的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50英尺左右(約合15m)，而WIFI的半徑則可達100m。
(2)WIFI手機的無線通信質(zhì)量非常好，就是在嘈雜的環(huán)境下，也能有很好的過濾功能。
(3)WIFI技術傳輸速度非?？?，可以達到11Mbps，符合個人和社會信息化的需求。
(4)WIFI手機通過TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，在網(wǎng)絡上的工作效率更高。
2、系統(tǒng)功能
利用井下以太網(wǎng)絡，在井下設立若干基站，通過無線網(wǎng)絡覆蓋井下巷道，利用WIFI手機、固定電話等終端設備來進行通訊，從而實現(xiàn)井上與井下的語音調(diào)度以及井下對井上、井下對井下之間的信息反饋。為生產(chǎn)調(diào)度、應急救援、安全監(jiān)控等提供可靠的依據(jù)。
（三）GIS結(jié)合的定位系統(tǒng)
1、GIS技術
地理信息系統(tǒng)(GIS，GeographicInformationSystem)是一種基于計算機的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進行成圖和 分析 。GIS技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理 分析 功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作(例如查詢和統(tǒng)計 分析 等)集成在一起。這種能力使GIS與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其在廣泛的公眾和個人、企事業(yè)單位中解釋事件、預測結(jié)果、 規(guī)劃 戰(zhàn)略等中具有實用價值。
2、系統(tǒng)功能
(1)通過基于GIS技術的地理信息實時顯示、查詢井下情況。主要內(nèi)容是任一時間井下或某個地點究竟有多少人，這些人都是誰?每個人在井下任一時間的活動軌跡；查詢一個或多個人員現(xiàn)在的實際位置，方便調(diào)度中心可快速正確地用電話聯(lián)系該人員；查詢有關人員在任一地點的到/離時間和總工作時間等一系列信息，可以督促和落實重要巡查人員。如瓦斯檢測人員、溫度檢測人員、通風人員等是否按時到地點進行各項數(shù)據(jù)的測試和處理，從根本上杜絕因人為因素而造成的相關事故；可實現(xiàn)多點共享，供多個領導同時在不同地點查看。
(2)了解井下人員每時每刻在巷道中的實時動態(tài)分布，并根據(jù)井下的實際地理情況制作相應的動態(tài)圖，使井下情況一目了然。
（四）MESH技術
無線MESH網(wǎng)絡(無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡)也稱為“多跳(multi-hop)”網(wǎng)絡，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡完全不同的新型無線網(wǎng)絡技術。
在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(WLAN)中，每個客戶端均通過一條與AP相連的無線鏈路來訪問網(wǎng)絡，用戶如果要進行相互通信的話，必須首先訪問一個固定的接入點(AP)，這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡。而在無線MESH網(wǎng)絡中，任何無線設備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：
(1)無論固定組網(wǎng)還是移動組網(wǎng)，都能夠迅速按需形成任意拓撲；
(2)拓撲遭遇節(jié)點高速、高頻變換時，無線網(wǎng)狀網(wǎng)能夠自動調(diào)整拓撲并維持連接；
(3)能夠采用靈活的多跳傳輸，可隨需擴展，非常適合有線不方便或成本很高的場合；
基于無線MESH網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的以上優(yōu)點和煤礦井下環(huán)境惡劣、組網(wǎng)復雜等特殊條件，無線MESH網(wǎng)絡很適合在煤礦井下應用。
第三節(jié) 井下人員定位系統(tǒng)國內(nèi)外技術趨勢 研究
井下人員定位系統(tǒng)的技術核心是井下通信技術，井下通信經(jīng)歷了有線通信和無線通信兩個過程。隨著信息化的發(fā)展，無線通信方式將越來越體現(xiàn)出它的優(yōu)越之處。從射頻識別技術到WIFI技術甚至到MESH網(wǎng)絡在井下的應用都將為井下定位提供更可靠的技術支持。同時對于井下人員定位系統(tǒng)的上位顯示也將逐步向GIS信息顯示方向發(fā)展。井下無線通信的無縫連接以及上位系統(tǒng)的精確顯示將是今后井下人員定位系統(tǒng)的發(fā)展方向。
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