kj206

KJ-206

矿井人员定位管理系统

Mine Personnel Position Monitoring System

北京矿通信息技术有限公司

Beijing Mining Communication Information &Technology CO.,LTD..

中国 · 北京 Beijing · China

目 录

1. 前言 2. 主要功能 2.1 监测查询功能 2.2 报警提示功能 2.3 考勤统计功能 2.4 信息联网功能 3. 系统特点 4. 系统结构

4.1 双绞线传输方式 4.2 无线传输方式 5. 系统组成设备及工作原理

5.1 传感设备—电子识别卡和读卡器 5.2 数据传输设备 5.2.1 井下监测分站 5.2.2 数据基台 5.2.3 数传接口 5.3 监测站设备 5.3.1 监测主机 5.3.2 监测工作站 5.3.3 辅助设备 6. 系统软件

6.1 操作员登录模块 6.2 实时显示模块 6.3 数据查询模块 6.4 数据统计模块 6.5 员工信息管理模块 6.6 信息联网模块 7. 系统主要技术指标 7.1 系统技术指标 7.2 读卡器技术指标 7.3 识别卡技术指标 7.4 监测分站技术指标 7.5 数据基台技术指标

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1. 前言

由于我国矿山安全生产的形势一直十分严峻，矿山安全正受到越来越广泛的关注。目前，我国矿山企业也正逐步装备各种矿山安全生产监测系统。这些安全系统的推广应用大大改善了我国矿山安全生产状况。但仍普遍存在入井人员管理困难的问题，即井上管理人员难以及时掌握井下人员的动态分布情况。一旦事故发生，由于缺乏井下人员的有关信息，致使抢险救灾、安全救护的效率低下，甚至延误了宝贵的救援时间。矿井人员定位管理系统可对矿山入井人员进行实时跟踪和定位，随时掌握井下作业人员的分布，以及每个人在井下的位置及活动轨迹。如果发生灾变，可立即从监测计算机上查询事故现场的人员分布、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险提供科学依据。而平时，本系统可发挥其考勤统计功能，对矿井人员进行日常考勤管理。

多年来，我国矿山信息科技工作者为此做了大量工作，特别是近年来，随着射频识别技术在此领域的逐步应用，矿井人员定位技术有了长足的发展。KJ206型矿井人员定位管理系统就是在吸取同类产品优点的基础上，引入最新的超长距离低频射频识别技术研制而成。该系统由于采用了双天线读写器，结合漏泄通信数据传输技术，因而技术更先进、设计更合理、定位更精确、运行更可靠。该系统必将为我国矿山的安全生产和事故后的抢险救灾工作发挥积极的作用。

2. 主要功能

KJ-206型矿井人员定位管理系统可对矿山入井人员进行实时跟踪监测和定位，使矿井管理层能随时了解井下每个人员的位置及活动轨迹，并能对入井人员进行日常考勤管理。具体功能如下：

2.1 监测查询功能

⑴ 实时显示当前井下各区域作业人员的数量及分布情况，也可显示某些特定人员（如安检员）的当前位置及分布。

⑵ 可查询某区域在某指定时段的人员出入记录。

⑶ 可随时查看当前或指定时刻井下某区域的人员数量及名单。 ⑷ 可查看某特定人员当前位置以及指定时段的活动轨迹。

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2.2 报警提示功能

⑴ 可对下井人员进行下井超时报警，下井时段可由人工设置。

⑵ 为某些限制区域（如一些重要峒室、危险场合）安装监测分站，系统对违章进入实现报警和记录。 2.3 考勤统计功能

对每个下井人员的下井时间和上井时间可作准确记录，并建立月统计报表，以供打印管理。 2.4 信息联网功能

可通过网络将某矿物局所属各矿的人员安全监测信息传输到局管理单位，以便加强各矿安全生产的局级监管。

3. 系统特点

本系统与国内同类产品相比较，具有以下主要特点：

 采用英国Identec公司第三代远距离读卡器。当井下人员携带电子识别卡经过宽

度达5～6米的巷道时，都能可靠识别。

 采用低频频段（115～153KHz）射频识别技术(RF ID)。电子识别卡的方向、携

带方式等对正确读出影响很小。

 采用有源识别卡。电子卡由锂电池供电，在正常使用情况下可持续工作5年以上。

通过识别卡和读卡器的信息交换，系统随时可掌握所有识别卡的电池状态。当某一识别卡电池电量不足，系统将发出提示信号。

 具有返回识别功能。每个读卡器配有内、外两根天线。两天线工作互不干扰，能

自动区分是哪根天线读到了数据。 从而使系统能及时准确判断某人员是进入了或离开了某一监测区域，还是仅接近该区域入口然后返回原区域。  采用信息防碰撞技术，具有同时读出多张电子识别卡的功能。

 井下无线监测分站和读卡器的供电电源均设有备份电池。一旦井下发生停电，或

与地面中心站失去联系时，分站仍能独立工作, 自动存储人员监测数据；  井下监测分站与地面中心站之间的数据通信可灵活采用不同的媒介：既可通过双

绞线以总线方式通信；也可利用井下现有漏泄通信系统，采用无线信道传送数据，以便充分利用资源。

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4. 系统结构

本系统根据井下监测分站与地面主控机数据通信不同的传输媒介有两种组成结构。

4.1 双绞线传输方式

当采用二芯通信电缆传输数据时，系统的结构框图如下：

监测 分站1 天线1 监测工作站

网络终端1 网络终端2 LAN HUB 监测主机 数传接口 后备监测主机 RS485 天线2 天线1 天线2 天线1 天线2 读卡器1 监测 分站2 读卡器2 监测 分站3 读卡器3 电子识别卡 电子识别卡

图4.1 系统结构框图—双绞线数传方式

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4.2 无线传输方式

图4.2 系统结构框图—无线数传方式

无线 分站1 读卡器1 电子识别卡

分站 天线 漏泄电缆 分配器 天线1 天线2 分站 天线 无线 分站2 漏泄电缆 天线1 天线2 监测主机 数据基台 数传接口 后备监测主机 无线基站 LAN HUB 当利用漏泄通信系统的无线信道传输数据时，系统的组成结构如下：

监测工作站

网络终端1 网络终端2 读卡器2 电子识别卡

5. 系统组成设备及工作原理

由以上框图可以看出，本系统由以下三部分设备组成：

5.1 传感设备—电子识别卡和读卡器

确定井下人员位置及运动方向的传感设备包括电子识别卡和读卡器。它是决定人员定位系统性能的关键设备。

读卡器安装在井下巷道内，电子识别卡由井下人员随身携带，或固定在矿灯电

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池盒外(见下图)。两者通过射频识别技术（RFID）进行数据交换。

图5.1 带有电子识别卡的矿灯电池

本系统采用有源电子识别卡，内含一个唯一的个人ID识别码，由一枚锂电池供电。读卡器不断通过内、外两根天线发射低频（153KHz）查询信号。当电子识别卡进入其作用范围时，识别卡检测到该信号即发出低频（115KHz）应答信号，其中包含了系统密码、个人识别码以及电池电量是否正常等信息。读卡器利用同一天线即可收到识别卡发出的上述信息。

读卡器的微处理器利用内、外两根天线发出信号的不同时序，可区分是哪根天线收到了某电子识别卡的反射信号。根据两根天线收到同一识别卡的时间先后，可确切判断该识别卡是进入了某一区域，还是从该区域出来了，或者仅从该区域入口处经过而并未进入或出去。从而使系统可以实现精确的而非模糊的实时定位。

因读卡器以扫描方式访问每张识别卡，只有被访问到的识别卡才有权响应，因而可有效避免信息冲突，使读卡器可一次读出进入读出区内的多张识别卡。

读卡器的微处理器将读卡信息处理后通过RS485总线及时传送给井下监测分站。其中包含进入读出范围的识别卡的个人识别码、其电池状态、进出方向等信息。

读卡器的直流电源由检测分站提供。

天线A

天线单元A B 天线

天线单元B 天线 信道 控制 数据 处理 单元 接口单元 RS485 去分站 DC15V 来自分站

图5.2 读卡器原理方框图

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5.2 数据传输设备

数据传输系统包含以下设备：

5.2.1 井下监测分站

井下监测分站由微处理器控制单元、数传无线收发信机及无线MODEM、分站电源等部分组成。检测分站有以下功能：

⑴ 接收读卡器信息并加以处理。微处理器通过RS485总线接收来自读卡器的信息，并加以处理。每台分站可接1～2台读卡器，接收并处理两台读卡器送来的信息。

⑵ 由实时时钟提供读卡时刻并储存数据。

⑶ 与监测主机通信。由于本系统为主从式监测系统，微处理器将接收监测主机的查询而将储存器内经处理的数据传送给监测主机。

⑷ 实现无线数据传输。通过VHF收发信机收发来自漏泄通信系统数据基台的射频信号，并对数据信号进行MSK数字调制处理，以减少频谱占用带宽，以便在给定的频带范围内，降低数据传输的误码率。

⑸ 提供分站电路所需DC12V电源和读卡器所需DC15V电源。由于分站和读卡器均要求在交流供电出现意外停电的情况下仍能继续工作并保存数据。所以两组电源都配有备用电池，足够在停电情况下正常工作两个小时。 该电源的输入电压为AC127V或AC220V。源电压波动范围允许

井下监测分站的框图如下：

＋10

％。 -20

AC127V

或220V 去读卡器1

无线收发信机 MODEM 控制单元 DC12V 稳压电源 备用电池 DC15V 去读卡器 去读卡器2

图5.3 井下监测分站框图

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5.2.2 数据基台

数据基台主要由接收机和发射机组成。它作为漏泄通信系统基站的一个信道，与

基站其他话音基台共同组成多信道无线通信系统。

数据基台将其射频信号通过射频汇接系统由漏泄电缆送至井下，与无线监测分站共同构成无线数据通信信道。

5.2.3 数传接口

含有无线调制解调器及RS485接口。将数据基台解调出的连续相位移频键控信号

(MSK)变换为数字信号，再转为RS485（或RS232）电平，以便与监测主机（及后备监测主机）实现串口通信。

选用RS232还是RS485电平可根据监控主机与漏泄通信系统基站的距离远近来决定。

5.3 监测站设备

地面监测站设备包含监测主机、监测工作站及一些辅助设备。

5.3.1 监测主机 （含监测管理软件）

监测主机选用工控机或PC机。监测主机功能为：

⑴ 作为检测系统的上位机，实现与井下各检测分站之间的数据通信，采集井下人员定位信息并建立数据库。

⑵ 对井下人员的定位信息进行分析处理、实时显示、统计汇总，以便实现分类检索、报表打印等功能

⑶ 作为局域网的服务器，发布各种数据。

主监测机可同时设工作机和备用机（热备份）。平时双机平行工作，各自备份运行数据。当工作机发生故障时，备份机可立即启动为工作机。

5.3.2 监测工作站（含客户端软件）

检测工作站实际为本地局域网终端之一。配有大屏幕监视器，安装有客户端软件并具有较高权限。

操作员登录检测工作站后可随时通过网络调用监测主机（服务器）数据库信息，

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在屏幕上动态显示井下人员的分布情况，可根据需要进行分类查询，打印统计报表，还可接收系统的各类报警信息以便进行有效的人员管理及系统日常维护。同时，工作站操作员还具有设置或更改系统的各种用户参数、录入或更改员工个人信息并上传至服务器保存等权限。

5.3.3 辅助设备

监测站的辅助设备包括HUB、UPS电源、打印机及其他网络终端。

其中HUB用于将监测主机与监测工作站及其他地面网络终端构成本地局域网。 UPS电源主要为了在交流电源停电后继续维持系统监测站设备正常运行。 打印机主要用来打印机人员监测统计报表。其他网络终端是指以太网上安装有客户端软件、具有人员监测信息网上共享功能的PC机。

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6. 系统软件

系统软件主要由操作员登录模块，实时显示模块，数据查询模块，数据统计模块，员工信息管理模块，信息联网模块等六部分构成。

6.1 操作员登录模块

操作员登录模块完成系统启动后操作员的用户名和密码输入，操作方法为手工输入。以管理员身份登录系统后，有增加，删除，修改系统用户的权限。系统用户包括管理员用户和普通用户，管理员用户拥有更大的权限。

图6.1 用户登录界面

图6.2 系统用户管理界面

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6.2 实时显示模块

系统软件通过对从井下传来的的信号进行分析处理，在计算机屏幕上实时显示各区域的人员分布情况。

图6.3 主界面

6.3 数据查询模块

数据查询模块根据指定的各种条件对原始数据进行检索。主要包括以下几部分 ——查询井下人员的实时分布情况 ——查询指定区域内当前人员记录 ——查询任一人员的历史活动轨迹 ——查询全矿的人员当前分布情况

——查询报警信息，包括长时间停留报警和进入限制区域报警

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图6.4 井下人员实时分布界面 图6.5 指定区域人员分布记录界面

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图6.6 指定人员运行轨迹查询界面

图6.7 全矿人员当前位置查询界面

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图6.8 查询报警信息记录界面

6.4 数据统计模块

日报表统计：具体显示每个下井人员的确切下井时间和出井时间。 月报表统计：对下井时间，下井次数等分类统计，便于考核。

图6.9 日报表统计与打印界面

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图6.10 月报表统计与打印界面

6.5 员工信息管理模块

管理员工个人基本信息和为每个员工分配唯一的ID号。

图6.11 设置员工信息数据库界面

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6.6 信息联网模块

在局域网内实现信息共享，援权用户可通过网络访问服务器上的数据记录。

7. 系统主要技术指标

7.1 系统技术指标

⑴ 电子识别卡类型： 有源射频卡 ⑵ 电子识别卡容量： 216

（65535） ⑶ 监测分站容量： 25

（32） ⑷ 监测读卡器容量： 2

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（64）

⑸ 数据传输方式： 主从方式，半双工 ⑹ 数据传输媒介： 双绞线或漏泄电缆 ⑺ 数据传输速率： 1200/2400bps

⑻ 最大传输距离： 15km (双绞线) / 30km （漏泄电缆）

7.2 读卡器技术指标

⑴ 工作频率： 153.6 KHz (发) ，115.2 KHz（收） ⑵ 调制带宽： 4KHz

⑶ 输出电平及数据速率： RS485 9600bps ⑷ 天线数量： 2个（内、外各一个） ⑸ 读卡距离： 约3米 ⑹ 工作电源： DC15V，约260mA （天线调谐时） ⑺ 外壳材质：

不锈钢板

⑻ 尺寸： 400×300×120 mm3

7.3 识别卡技术指标

⑴ 工作频率： 115.2KHz (发) ， 153.6 KHz（收） ⑵ 调制带宽： 4KHz ⑶ 数据容量：

64bit

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⑷ 电池寿命： 正常寿命 ≮ 5年 （每天读卡10min, 如将卡一直放在读出

区内，电池寿命将减至21天）

电池额定有效时间为7年。

⑸ 尺寸及重量： 85×54×4.5 mm3, 约30g

7.4 监测分站技术指标

⑴ 无线工作频率： 156 ～174MHZ ⑵ 数字调制方式： MSK， ⑶ 射频输出功率： 0.5W ⑷ 接收机灵敏度：

≤0.5μV (12dB SINAD)

⑸ 接口形式： 与读卡器接口： RS485

有线数传接口： RS485 天线接口形式： TNC

⑹ 电源输出电压：

DC12V, 0.6A （本机用）

DC15V. 0.6A （供两个读卡器用）⑺ 后备电池工作寿命： ≮ 2h ⑻ 输入电压： AC127V/220V

＋10

-20

％

7.5 数据基台技术指标

⑴ 工作频率： 发射156MHz，接收173MHz ⑵ 工作方式： 异频双工 ⑶ 频率容差：

≤ 5ppm

⑷ 射频输出功率：0.2W～5W（可调） ⑸ 调制限制：

≤ 5KHz

⑹ 参考灵敏度： ≤0.35μV (12dB SINAD) ⑺ 天线阻抗： 50Ω ⑻ 工作电压： DC12V

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