矿井RFID人员定位跟踪系统方案.doc

9矿井RFID人员定位跟踪系统概述井下煤炭开采作业安全生产会遇到所谓的四大害：瓦斯、煤粉尘、透水、塌方导致了大部分井下事故例如瓦斯爆炸透水或塌方等事故。和国外矿井相比国内大部分煤矿的生产条件和环境更为恶劣加上煤炭需求非常强烈短期内安全生产措施往往跟不上使得煤炭安全生产非常不乐观严重威胁到矿工的生命安全保障。当务之急积极利用现代高新技术改造煤炭安全生产的老旧技术确实保障煤炭安全生产。射频识别RFID是继互联网技术发展之后涌现的新一代技术被誉为21世纪十大新技术之一。中低频RFID技术已经应用于一卡通、门禁、身份证、票证等领域取得了很好的社会效果。然而这种被动式RFID阅读距离短阅读率低等限制了更为广泛的应用。无源RFID技术主要朝降低单品管理的标签成本方向发展。主动有源RFID技术近年来成为世界各国研发的重点和新方向主动式RFID标签克服了无源标签的操作距离短、识别率低等缺点。不仅如此主动式RFID标签技术具有非常强的适应性和可扩展性开始和传感技术以及通讯等技术融合为RFID技术开辟了新的应用前景。例如微波段的RFID技术和无线保真Wi-Fi通讯技术结合可以实现无线区域定位填补了GPS定位不能在地下和复杂环境下工作的空缺。主动式RFID的新技术和新功能包括：双向通讯功能、主动报警、自动报警、无线传感、无线定位、环境记录等等。可以说RFID技术已经超越了数据自动采集的原始范畴还具备了自动报警等智能化因素在资源开采、生产制造、安防和生命保障等领域发挥以前不可想象的作用。我们公司在有源RFID基础技术开发上投入了大量的研发资金创造性地融合无线保真Wi-Fi技术和微波RFID射频技术实现了区域无线精确定位和无线传感等技术。在多信道、超宽带、调频技术上获得了一些列的突破保证RFID标签在复杂环境下正常工作在世界上处于领先地位。目前已经完成矿井RFID人员定位系统的应用开发可以实现身份识别井下人员定位瓦斯无线报警等功能。RFID定位系统应用特征定位：RFID身份识别和井下定位技术帮助实现矿井下作业人员的跟踪管理并且为矿难援救提供定位等科学依据；预警：RFID井下无线报警技术能够实现井下灾害的预警进行灾害预报并配合井下人员跟踪系统组织矿工安全疏散；统一指挥调度：RFID技术和网络技术计算机技术结合在一起可以在地面上对井下作业环境生产管理灾害预警和应急事件处理等整个过程实现实时监控为矿上领导统一指挥统一调度提供强有力的工具；政府安全管理：如果煤炭生产单位和政府相关机构联网可以在政府的监控中心对全省内的所有矿井进行实时监控在第一时间内获得灾害预报和发生的信息对灾害发生应急反应。RFID定位原理无线实时定位跟踪系统该系统工作频率为2.45GHz是基于无线网中的到达时间差TDOA（TimeDifferenceOfArrival）和接收信号强度指示RSSI（ReceiverSignalStrengthIndicator）两种定位算法并与无线保真（Wi-Fi）技术和射频识别（RFID）相结合可实现实时定位和跟踪。)fferenceO置。信号干扰的影响精度和可靠性都比较好TDOA（TimeDifferenceOfArrival）到达时间差定位技术是根据不同基站接收到的同一移动终端信号在传输路径上的时延差异实现终端定位。TDOA算法不是直接利用信号到达时间而是用多个基站接收到信号的时间差来确定移动台位置。移动台定位于以两个基站为焦点的双曲线方程上。确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程两条双曲线即为移动台的二维位置坐标。在实际应用中通常采用最小均方误差算法通过使非线性误差函数的平方和取得最小这一非线性最优化来估计移动台位置。图2TDOA基本原理图RFID电子标签、信号接收器、和定位引擎服务器等组成定位系统根据三点决定坐标定位原理实现平面定位。RFID电子标签每2秒发射一次信号信号接收器接收数字信号通过有线网络传到定位引擎。定位引擎则用TDOA或者RSSI算法快速计算出标签的空间坐标（XY）。图1定位图主要设备RFID电子标签定位接受器卡口侦测器：图2aRFID标签图2b定位接收器图2cRFID卡口侦测器系统架构系统主要包括终端子系统、数据采集子系统、监控中心子系统和数据传输子系统四级系统组成。井下部署图10：井下射频定位示意图系统功能入口：在矿井入口安装必要的卡口设备可以进行快速而准确的自动化人员数量统计工作给收工时离开矿井的人数统计作必要的参照防止不必要的工作失误