基於RFID的井下人員定位係統的研究

摘 要： 針對煤礦井下人員定位的問題，提出了基於射頻識別技術(RFID)的解決方案。介紹了射頻識別的工作原理，03manbetx 了定位係統的組成及其工作原理，對係統的功能擴展進 行了討論。

我國是世界上產煤最多的國家之一，也是世界上發生礦難最多的地區之一。煤礦02manbetx.com 的發生，不僅給人民群眾造成巨大的痛苦，也使國家財產遭受重大損失。經過多年的努力，安全生產狀況總體趨於穩定好轉，但現實情況仍然不容樂觀，百萬噸煤產量的死亡率仍高於世界平均水平。麵對現實情況，要從兩方麵人手，一是不斷加強災害預防，減少02manbetx.com 的發生；二是加強02manbetx.com 的搜救工作，一旦發生02manbetx.com ，能及時、準確地掌握井下被困人員的分布情況，快速實施搶救措施，將事故損失降至最低。

采用射頻識別技術(RFID)構建井下定位係統。該係統能及時、準確地將井下各個區域人員的動態情況反映到地麵的監控計算機，使管理人員能隨時掌握井下人員的分布狀況和每個礦工的運動軌跡，以便進行更加合理的調度管理。當事故發生時，救援人員可根據井下人員定位係統提供的信息，迅速了解有關人員的位置，及時采取相應的救援措施，提高應急救援工作的效率[1,2]。

1 射頻識別工作原理

射頻識別技術(RFID，Radio Frequency Identifi—cation)是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的並交換數據。與其它接觸式識別技術不同，RFID係統的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可實現對人員或物體在不同狀態(移動、靜止)下的自動識別和定位。典型的射頻識別係統主要包括射頻卡和讀寫器兩部分。

射頻卡是將幾個主要模塊集成到一塊芯片中，芯片上有EEPROM用來儲存識別碼或其它數據。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線(和電池)，完成與讀寫器的通信[3]。與條碼、磁卡、Ic卡等同期或早期的識別技術相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長、適於惡劣環境、可識別運動目標等優點，可以作為人員的身份或貨物的標識卡。

在多數RFID係統中，讀寫器在一定區域內發射電磁波(區域大小取決於工作頻率和天線尺寸)。射頻卡內有一個LC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器發射的頻率相同。當射頻卡經過這個區域時，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生共振，在電容上感應出電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內儲存。當所積累的電荷達到2 V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去或接收讀寫器的數據。讀寫器接收到卡的數據後，解碼並進行錯誤校驗來決定數據的有效性，然後通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數據傳送到計算機網絡。

2 井下人員定位係統組成及其工作原理

2．1 係統組成

定位係統由軟件係統和硬件係統組成，其中軟件係統包括應用軟件和嵌入式軟件兩部分組成，用於完成信息采集、識別、加工及其傳輸，由這兩部分軟件共同支撐著整個係統的運行，並演繹出各種不同的應用係統。硬件係統由地麵監控計算機、傳輸適配器、射頻讀寫器、射頻識別卡和天線組成，用於完成信息采集和識別，從而實現人員識別、定位的功能。各部分功能如下。

(1) 射頻識別卡。每個識別卡具有唯一的電子編碼，其內部儲存著一個人員的信息，用來標識目標對象。識別卡平時處於睡眠狀態，當進入係統工作區後，被發射天線發出的無線電信號激活，發射出唯一的加密識別碼無線電信號。識別卡通常安裝在礦燈帽上。

(2)射頻讀寫器。每個監測點安裝一個射頻讀寫器，射頻讀寫器將低頻的加密數據載波信號經發射天線向外發送，用來激活進入該區域的識別卡；同時把接收天線接收來的識別卡的高頻載波信號經過放大後，經軟件解調、解碼後提取有效的數字信號通過標準串口RS485給地麵監控計算機。

(3)天線。發射天線和接收天線，自身不需要電源，與井下射頻讀寫器連接，形成監測點，實現與識別卡的通訊。發射天線用於發射無線電信號以激活識別卡，接收天線接收識別卡發出的無線電信號。

(4)地麵監控計算機。通過對讀寫器傳送來的編碼信號進行03manbetx ，識別出人員的身份，並將相關信息在顯示屏上實時顯示，可直觀動態顯示井下人員的分布情況。

(5)傳輸適配器。傳輸適配器安裝在監控計算機旁邊，作為數據傳輸接口，帶有RS232／RS485接口，可以連接4O個以上的監測點，實現20 km以內的遠距離傳輸。根據巷道分布圖布置監測點，各監測點通過礦用通訊電纜或光纜組網，與傳輸適配器連接，傳輸適配器通過RS232與監控計算機連接。最遠端監測點距離傳輸適配器可達20 km。射頻天線固定在巷道頂部，采用同軸電纜與監測點連接，連接距離不大於10 m為佳。

2．2 工作原理

首先，在井下的各個巷道和所有人員可能經過的通道中安放若幹個射頻讀寫器，具體數量和位置根據現場實際工況和要實現的功能要求而定，並且將它們通過網絡布線和地麵的監控計算機聯網。同時，在每個下井人員佩帶的礦燈帽上安裝一個識別卡，當下井人員進入井下以後，隻要通過或接近放置在巷道內的任何一個射頻讀寫器，射頻讀寫器即會馬上感應到信號同時立即上傳到地麵的監控計算機上，計算機馬上就可判斷出具體信息(如是誰?在哪個位置?)，同時把它顯示在顯示屏上，管理人員也可以根據顯示屏上的分布示意圖點擊井下某一位置，計算機即會把這一區域的人員情況統計並顯示出來。另外，一旦井下發生事故，可根據計算機中的人員分布信息馬上查出事故地點的人員情況，然後再用特殊的探測器在事故處進一步確定人員位置，以便幫助營救人員準確快速的營救被困人員。

3 結束語

本係統雖是人員定位係統，但可以推廣運用到對井下重要設備的監控上[4]。如果開發一些管理軟件運行在地麵的監控計算機上，該係統便可實現完善的考勤管理功能。如查詢某人在任一時間段的活動軌跡；查詢一人或多人每天人井次數及在井下的工作時間等一係列信息；可以督促和落實巡查人員(如瓦斯檢測人員、溫度檢測人員、排風人員等)是否按時進行各項數據測試和處理，從根本上杜絕人為因素造成的事故；同時計算機會根據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。