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基于UWB技术的矿山人员精确定位系统

文章出处：网责任编辑：FUWIT作者：FUWIT人气：-发表时间：2021-06-25 15:31:00【大中小】

方案背景及目标：

随着智能技术的不断发展，矿山生产模式不断更新，绿色、生态、智能逐渐成为矿业的追求。矿业智能化、无人化对于矿山来说非常重要，不仅可以带来生产能力的提高，还可以帮助降低资本投入和生产成本，提升安全保障。因此，发展智能化、无人化采矿技术，革新矿山开采模式、减少井下工作人员，是未来全球矿业的必由之路。

智能矿山建设和应用针对井下人员采用UWB技术，定位精度不大于0.3m（最大静态定位误差），实现井下人员和车辆的考勤、定位、报警、轨迹等信息的实时监测、历史追溯与查询分析，有效提升矿井人员的调度指挥和应急管理。

矿山UWB系统简介：

矿山定位管理系统是应用UWB技术进行的矿山人员定位管理系统，集人员考勤、区域跟踪定位、日常管理、轨迹追溯、电子围栏为一体的综合性运用系统。每个矿工携带携带一个UWB标签，在矿山作业时能为预先安装在矿道内的定位基站，定位基站采集人员的移动位置信息，并上传至定位引擎系统进行计算和呈现，使管理人员能够随时掌握人员的运动轨迹，以便于进行合理的调度管理。一旦意味事故发生，救援人员可根据该系统所提供的人员分布数据、图形，迅速了解有关人员的精确位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

系统方案设计：

矿山人员定位（煤矿定位）管理系统包括定位标签、定位基站、UWB标签、定位引擎、大数据平台等。因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。项目方案采用现有成熟的以太网和POE供电的方式为主传输平台，和相应的定位基站、人员UWB定位标签等设备与系统挂接，通过将采集的定位标签的位置信息进行后台数据交换从而实现作业人员的跟踪定位和安全管理。

3.1系统总体框架

系统涉及到无载波通信技术、嵌入式技术、网络通信技术、数据库技术和计算机技术等方面。系统以TCP/IP通讯网络作为传输介质，通过安装分站实现井下全覆盖，让监控对象配备相应的标识卡来实现与系统的挂接。精确定位系统主动获取各分站上传的标识卡动态数据，通过一系列的运算、分析与比较，最终实现人员的精确跟踪及定位，同时将数据存储在应用系统的数据库中，用户可以通过可视化的界面对井下标识卡实时监控及管理。系统总体框架图如下：

UWB人员定位系统

3.2系统设计目标

系统总体设计目标主要体现在：

● 实现矿山作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字矿山/隧道人员管理的目标。

● 为矿山管理人员提供人员进出限制、考勤作业、检测监控、轨迹图、电子围栏、位置告警等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，可迅速定位到工作人员最后的精确定位地点及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

● 系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。

● 轻松联网，BS结构，轻松实现广阔地域联网监控。

3.3系统流程

矿山人员定位（管理系统是由地面监控中心主计算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，定位对安装的UWB定位基站进行数据巡检和信息采集，定位基站将自动采集有效识别距离内的UWB定位标签的细信息，并根据系统指令，通过传输网络将相关数据传送至后台。数据信息经分析处理后，将人员动态分布在主计算机界面中心得以实时反映，从而实现安全状态在矿井数字化管理中的应用。

● 遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，将UWB标签视为必要装备，按准许上岗人员实现“一人一卡”制。

● 根据矿井检测需求，在坑道、作业面等地点安装具有进出方向、时间识别能力的定位基站，并通过光纤数据传输接口相互连接为高速工业以太网，从而构成完整通讯线路。

● 矿井生产单位输入工作人员相关信息后，向工作人员颁发UWB标签卡。

● 系统记录该UWB标签卡相应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等基本信息。

● 进入坑道的工作人员必须随身定位标签，当持卡人员经过设置定位基站的地点时被系统识别，系统将读取该标签号信息，通过系统传输网络，将工作人员通过的路段、时间、坐标信息等资料传输到地面监控中心进行数据管理，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的姓名。对进入电子围栏区域的工作人员，系统将自动报警，安全监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。

● 生产单位可根据生产计划，对该标签卡进行授权管理。授权范围包括：该员工可以准入的坑道或作业面。为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该卡准入坑道或作业面时的失效管理模块及卡的失效、报失等。

● 坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，救险队使用接受装置，在10-30米的范围内方便探测遇险人员的位置，便于救护工作的安全和高效运作，便于事故救助工作的开展。

3.4系统功能

● 实时人员动态显示

任一时间查询并显示某个地点的人数、分布情况及身份。

查询一个或多个人员现在的实际位置、活动轨迹。

记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从跟不上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故。

UWB人员定位系统

● 人员矿井考勤统计功能

可对出入井人员进行统计，实现矿井人员考勤记录，建立并打印人员出入井的各种信息报表，如矿井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等，方便管理人员的查询与管理。

UWB人员定位系统

● 信息多点共享

定位平台和定位基站可以局域网方式联网运行，使网上所有终端在使用权限范围内实现信息多点共享，供多个矿井各部门及领导同时在不同地点共享监测信息、系统综合分析信息、查询各类数据报表。

● 电子围栏报警功能

对于指定的电子围栏禁区，如果有非授权人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人数及身份，人员轨迹。

UWB人员定位系统

● 灾后急救信息

一旦发生各类事故，监控中心立即能显示出事故地点的携卡人员数量、人员信息、人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果。一旦井下发生紧急情况，井下人员可通过携带标签上的呼救信号通知管理中心，也可与管理中心进行直接对讲，实时汇报井下情况，极大提高了救援效率，减少灾害损失。

UWB人员定位系统

● 标签应急功能

UWB标签与定位基站失去联系时，仍能独立工作，自动存储人员检测数据。

UWB人员定位系统

3.5系统性能特点

● 强大的系统处理能力

采用TDOA定位算法优化系统数据处理能力；

高度自动化、自动检测、统计、分析信息，整个过程无需人为干涉；

基于GIS技术的地理信息显示、查询系统；

完善的数据分析能力；

● 卓越的识别性能

高度的识别可靠性，100%的前端识别率；

识别距离远（地面识别距离可达100米）；

极高的防冲突性（每个监测点可最多同时识别1000个人员以上）；

高度的识别稳定性；

快速的识别速度；

定位精度高，达到50cm；

● 现场优势

环境适应性：高抗干扰性，对干扰源、周界环境无特殊要求；

安装方便性：定位基站一体化结构设计，采用POE供电；

运行可靠性：内部电路高度集成化，器件故障率最小化；

● 电气特性

超低功耗，无线标签在不更换电池的情况下可连续正常工作半年以上；

方便性、安全性，定位标签无须外接矿灯电源，超长待机时间；

无辐射，对人体和环境无任何影响，更加安全更加健康。

设备技术参数：

4.1 定位基站

UWB室外定位基站

4.2定位标签

UWB资产定位标签

4.3安全帽标签

UWB定位安全帽

4.4腕带标签

UWB手环定位标签

4.4工牌标签

UWB工牌标签

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