基于RFID技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)
【摘要】介紹了基于射頻識別技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時追蹤對攜帶射頻識別(RFID)的井下工作人員的位置、身份識別及考勤的管理。為煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)事前預(yù)防、事后處理提供了一種新的手段。
【關(guān)鍵詞】RFID,煤礦安全，身份識別

1系統(tǒng)工作原理
無線電技術(shù)在自動識別領(lǐng)域應(yīng)用中更具體的技術(shù)名稱為射頻識別，英文為RadioFrequencyIdentification，簡稱為RFID。射頻識別系統(tǒng)的組成一般至少包括兩個部分:①電子標簽，英文名稱為碗;②閱讀器，英文名稱為Reader。電子標簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，電子標簽附著在待識別物體的表面。閱讀器又稱為讀出裝置，可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。進一步通過計算機及計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。
煤礦井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)是采用雙頻點長短波頻率實現(xiàn)可靠的全雙工通信。
1.1系統(tǒng)組成及其功能
井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分組成，軟件系統(tǒng)包括安裝于服務(wù)器上的應(yīng)用軟件和RFID讀寫器嵌人式軟件兩部分組成，嵌人式軟件系統(tǒng)用于RFID卡信息采集、識別，應(yīng)用軟件用于井下人員的定位、管理。
硬件系統(tǒng)分井上計算機系統(tǒng)與井下RFID系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)包括RFID卡、接收天線、閱讀器和標識卡等組成。
①井下讀寫設(shè)備:由接收天線、發(fā)射天線、讀寫器、電源等設(shè)備組成，用于對RFID理機卡的跟蹤。該設(shè)備通過RS485口與上位機連接。其主要功能是完成對人員識別編碼輸出信號的采集、處理、與地面計算機的雙向通訊及供電等。
②RFID卡:由嵌人式處理器及其軟件、卡內(nèi)發(fā)射和接收天線、收發(fā)電路和高能電池組成，其工作在兩個頻點上，全雙工通信。
1.2系統(tǒng)工作原理
井下讀寫設(shè)備將低頻的加密數(shù)據(jù)載波信號經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送射頻信號;經(jīng)過此區(qū)域的RFID卡進入低頻的發(fā)射天線工作區(qū)域后被激活，將加密的載有目標識別碼的信息經(jīng)卡內(nèi)高頻發(fā)射模塊發(fā)射出去;接收天線接收到RFID卡發(fā)來的載波信號，經(jīng)分井下讀寫設(shè)備提取出目標識別碼，并傳輸處理板送至地面上位機，上位機將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，通過管理軟件實現(xiàn)對人員定位的管理。

2系統(tǒng)總體設(shè)計思路及設(shè)計特點
2.1設(shè)計思路
2.1設(shè)計思路
由于煤礦的特殊性，設(shè)計方案的過程中除采用RFID、軟件、自動化控制、防爆等多方面技術(shù)實現(xiàn)其功能外，還要考慮系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、抗干擾性等多方面的能力。
2.2系統(tǒng)設(shè)計特點
①高度自動化。系統(tǒng)能自動檢測佩帶RFID卡的井下人員經(jīng)過該測點的時間、地點信息。②先進的通信系統(tǒng)。安裝在煤礦井下各通道的無線信息采集設(shè)備，實時將采集到的信息傳送到井下專用處理傳輸分站，并通過井下RS485實時向地面的上位機傳送相關(guān)人員通過的數(shù)據(jù)。③完備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與信息查詢軟件。系統(tǒng)軟件具備專用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包括工人通過坑道的信息采集和統(tǒng)計分析系統(tǒng)，考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理分析系統(tǒng)，顯示并打印各種統(tǒng)計報表資料，為高層管理人員的查詢與管理提供全方位的服務(wù)。④完善的異常情況(包括無效卡、失效卡、黑名單卡進入)報警呼叫系統(tǒng)配置。

3系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能及構(gòu)成
3.1系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能
①井下人員實時跟蹤監(jiān)測，位置自動顯示;②實時查詢、打印當前及某時間段井下人員數(shù)量、活動軌跡及分布情況;③人井人員的考勤、統(tǒng)計、存儲、打印;④系統(tǒng)中心站及網(wǎng)絡(luò)終端可以局域網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)運行，使網(wǎng)上所有終端在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能共享監(jiān)測信息和系統(tǒng)綜合分析信息、查詢各類數(shù)據(jù)報表;⑤井下人員跟蹤定位基站與地面
中心站失去聯(lián)系時，基站仍能獨立工作，自動存儲人員監(jiān)測數(shù)據(jù);⑥RFID卡采用低功耗設(shè)計，重量輕，無須外部電源，有多種攜帶方式供選擇。
3.2系統(tǒng)設(shè)計方案
本系統(tǒng)遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，按準許上崗人員和班組實行“一人一卡”制，該標識卡可視為“上崗證”或“坑道準人證”。具體方案:
①煤礦生產(chǎn)單位在井下坑道、作業(yè)面的交叉道口安裝井下分站設(shè)備。②煤礦生產(chǎn)單位向下井工作人員頒發(fā)并裝備標識卡。③系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫記錄該標識卡所對應(yīng)人員的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)等基本信息。④生產(chǎn)單位對該標識卡進行授權(quán)后即生效。授權(quán)范圍包括:該員工可以準入的坑道或作業(yè)面。為防止無關(guān)人員和非法人員進入坑道或作業(yè)面，系統(tǒng)設(shè)置該卡準人坑道或作業(yè)面的時效管理模塊及卡的失效、報失等。⑤進人坑道的工作人員必須隨身攜帶標識卡，當持卡人員經(jīng)過設(shè)置識別系統(tǒng)的地點時被系統(tǒng)識別，系統(tǒng)將讀取該卡號信息，通過系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將持卡人通過的地點、時間等資料傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)管理;如果采集的卡號無效、或進人限制通道，系統(tǒng)將自動報警，監(jiān)控中心值班人員接到報警信號，立即執(zhí)行相關(guān)安全工作管理程序。⑥坑道一旦發(fā)生安全事故，監(jiān)控中心在第一時間內(nèi)可以知道被困人員的基本情況，便于事故救助工作的開展。⑦系統(tǒng)可自動生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理等方面的報表資料，提高管理效益。
3.3系統(tǒng)的墓本構(gòu)成及組件的功能
系統(tǒng)設(shè)計分兩大部分:井上管理系統(tǒng)及井下采集系統(tǒng)。井上管理系統(tǒng)采用標準的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。上位機傳送數(shù)據(jù)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫。井下采集系統(tǒng)由井下讀寫設(shè)備、RFID,隔爆電源、備用電池、礦用阻燃電源電纜、礦用阻燃雙絞線通信電纜、接線盒等組成。井下讀寫設(shè)備是完成對人員通行信息的采集、處理;井下讀寫設(shè)備將RS232信息轉(zhuǎn)換為RS485信息和自動存儲人員監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸距離lOkm，同時將重碼的信息進行判定和過濾，接受上位機的輪循訪問并向上位機傳送所采集到的人員編碼信息;礦用阻燃雙絞線通信電纜主要是完成井下網(wǎng)絡(luò)的連接，為現(xiàn)場RS485總線方式;其組成見圖2所示。井上管理系統(tǒng)部分由交換機、上位機、UPS電源、服務(wù)器、管理機等設(shè)備組成。井下采集設(shè)備通過RS485信號通過轉(zhuǎn)換后連接到上位機的RS232串口上;交換機用于井上設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接;上位機及數(shù)據(jù)庫服務(wù)期實現(xiàn)對人員定位的信息化管理，在計算機屏幕上直觀動態(tài)顯示井下人員的分布情況，使管理層一目了然;UPS電源主要為了在交流電源停電后繼續(xù)維持系統(tǒng)設(shè)備正常運行。
基于RFID技術(shù)的煤礦安全追蹤系統(tǒng)是以煤礦安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，射頻識別模塊(RFID)為主要設(shè)備，為煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)事前預(yù)防、事后處理提供了一種新的手段。該系統(tǒng)為綜合了RFID技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機信息技術(shù)的新型煤礦計算機監(jiān)管系統(tǒng)。