一种基于RFID技术的井下安全管理系统

【摘 要】 本文提出的一种基于RFID技术的井下安全管理系统ML2012系统，是在基于井下安全作业的基础上，开发生产的集井下人员定位、考勤、硬件设备维护、日常管理等于一体的综合性应用系统。可对煤矿井下人员、车辆进行监控和定位和灾情救援帮助。对提高矿井管理水平、保证企业自动化安全生产有着极其重要的意义。

【关键词】 RFID ML2012系统 安全

最近几年，煤矿行业生产安全事故不断发生，灾害预警及救援工作不能有效地进行，给国家财产和人员生命安全造成严重影响。行业安全形势不容乐观，已经严重影响到煤炭行业的生产，因此煤炭安全也已成为全国工业安全的重中之重。如何加强煤矿安全生产，提高救护和搜救工作效率，成为一个焦点问题。矿井发生事故时普遍存在以下共性问题：一是地面人员与井下人员的信息无法及时沟通，不能判断井下人员的分布情况。事故发生时无法进行人员疏导和撤离；二是事故发生后，地面人员难以掌握井下人员的分布情况，不能进行人员精确定位，无法制定有效的救灾救援方案，给救灾工作带来极大的困难。为此，如何改变目前煤矿企业落后的井下人员管理模式，快速、准确的履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，成为了当前煤炭企业安全生产、信息化管理工作中亟待解决的重要问题。

本文提出的一种基于RFID技术的井下安全管理系统ML2012系统，是在基于井下安全作业的基础上，开发生产的集井下人员定位、考勤、硬件设备维护、日常管理等于一体的综合性应用系统。可对煤矿井下人员、车辆进行监控和定位。如果发生灾情，可以从地面监控系统查询事故现场的人员分布情况，井下人员数量等信息，可为抢险提供帮助。同时也可以对矿井人员流动、考勤进行管理，有效地安排和调度，对提高矿井管理水平、保证企业自动化安全生产有着极其重要的意义。

一、ML2012系统的设计

1.1、设计思路和依据

ML2012系统在符合《AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求》、《AQ6210-2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》以及《MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件》等多项国家矿井安全标准的基础上，采用超高频RFID技术，通过对煤矿坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不同状态下的自动识别，及时、准确的将人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，方便管理人员进行合理的调度安排；并对井下人员信息进行收集和整理，通过软件形成各种文件，为管理人员反馈考勤信息；当事故发生时，救援人员也可根据井下人员定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率，最大限度地减少灾害损失。ML2012系统设计对于提高矿井管理水平、保证企业自动化安全生产提供信息上的支持和保障。

1.2、设计可行性分析

目前，井下以RFID为主要技术的监控系统，主要以有源的超高频RFID电子标签，这种标签相对无源RFID标签相比，可识别距离大，井下作业范围可达100米，在ML2012系统中的超高频RFID标签采用了多标签防碰撞机制，利用是改进动态帧时隙ALOHA算法，读写器在识别标签过程中会根据标签的碰撞情况合理地调整标签返回数据的时隙，大大地提高了系统吞吐量，同时识别目标个数达每秒80个，防碰撞功能好，能够实现很好的定位。

其次，煤矿井下具有甲烷等可燃性气体和煤尘，无线通信设备必须是防爆型电气设备，并宜采用安全性能好、体积小、质量轻、成本低的本质安全型防爆措施，矿井的辐射电磁场环境应按2级中等电磁辐射环境考虑。并且矿井的瓦斯浓度在不同的位置和不同的时间会发生的变化。系统采用的超高频RFID标签技术，不会对井下作业产生危险。同时读写器设计和封装时采取本质安全型防爆措施，杜绝了发生危险的可能性。在设置可行性方面。矿井一般深度都在地下500m以下。因此读写器与后台操作可采用现场总线方式连接，同时信息可利用现有的监控系统的线路进行传输。总线型网络结构，只需增加一段电缆和一个读写器就可以增加一个节点，这使系统可以随着煤矿的开采不断的扩充。

最后，在操作可行性方面，超高频RFID电子标签和操作人员安全头盔结合，携带方便、无需另外携带，操作简单，读写器可在有效范围之内的距离就可实现对标签的自动识别，符合井下作业设备力求简单、方便的要求。

1.3、系统功能设计

ML2012系统平台是以RFID技术、GIS系统为基础，围绕人员定位和跟踪、人员考勤管理、安全监测与报警、紧急事件协助处理、安全生产管理报表等各项业务进行设计。主要包括以下三项功能。

（1）人员定位和跟踪

人员考勤一通过RFID实时显示目前多少人在井下以及某人在井下的具置、下井次数和下井时间，并以动态方式模拟播放该人员行进轨迹，通过轨迹回放就知道井下人员的行进动向。设施统计一分类统计出各种设施的数量，并在巷道图中高亮显示出具置，可直接通过图中设施查询其所在煤层、，型号、维护时间以及照片等信息。

（2）安全管理功能。

安全管理功能主要围绕“一通三防”进行设计，各级管理人员通过计算机可随时查询相关历史资料以及实时监测数据，各种监测数据直接与相关专题图关联显示，用户可进行各种统计分析以及自动报警功能，包括数据录入、实时监控、查询统计、统计分析，自动报警等功能。

（3）数据维护管理功能。

数据管理和维护，主要围绕系统数据提供操作和维护的工具，如数据备份和恢复管理、查询和统计、操作人员权限管理设置、报表生产和应用等。

1.4、系统结构图

如图1所示，ML2012系统主要由包括地面调度控制中心、井下监测读写分站、有源RFID电子标签组成。地面调度控制中心负责整个系统定位系统的控制和管理，与井下相连的监测读写分站配合可以对井下人员进行实时监控。它可由一台或多台计算机并配有相应数据库管理软件，结合井下地理信息系统完成。监测读写分站为整个监控系统的关键部分，它可以根据井下具体情况采用不同的监测系统，主要负责标签周期性信号的检测，电子标签由井下工作人员随身佩戴，凭电子标签进入井下，并通过监测读写分站读取标签中的唯一的员工卡号，卡号对应每个人的个人信息。把时间、位置和个人情况写入数据库，控制中心自动生成考勤作业统计与报表。当工作人员在进下作业时，经过不同的监测读写分站阵列，就能得出其在井下的行走轨迹。最终定位该标签的最终位置和判断移动方向，一旦出现安全事故，可以迅速得出井下人员的分布，提高救护效率。