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uwb定位系統(tǒng),藍牙定位系統(tǒng)

人員定位系統(tǒng)專題

礦井隧道人員定位方案-UWB定位技術(shù)
發(fā)布日期:2024-11-01 瀏覽次數(shù):8

  本方案旨在通過先進的定位技術(shù),實現(xiàn)對礦井隧道內(nèi)人員的實時、精準定位,以便有效提高礦井生產(chǎn)安全管理水平,及時掌握人員分布情況,在發(fā)生緊急情況時能夠迅速開展救援行動。


  一、UWB定位技術(shù)優(yōu)勢


  綜合考慮礦井隧道的復(fù)雜環(huán)境(如粉塵、潮濕、電磁干擾等)以及對定位精度、可靠性等方面的要求,選擇超寬帶(UWB)定位技術(shù)作為本方案的核心定位手段。


  高精度定位:UWB技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級甚至更高精度的定位,可準確確定人員在礦井隧道內(nèi)的具體位置,滿足對人員定位精細管理的需求。


  抗干擾能力強:礦井隧道內(nèi)存在多種電磁干擾源,如電機、通風(fēng)設(shè)備等,UWB技術(shù)具有良好的抗干擾特性,能在復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作,確保定位數(shù)據(jù)的準確傳輸。


  低功耗:定位設(shè)備采用低功耗設(shè)計,可延長電池使用壽命,減少設(shè)備維護頻次,適合在礦井隧道這種不便頻繁更換電池的環(huán)境中使用。


  穿透性較好:盡管礦井隧道存在巖石、煤層等障礙物,但UWB信號具有一定的穿透能力,能在一定程度上保證信號的有效傳播,實現(xiàn)對人員的持續(xù)定位。


礦井隧道人員定位方案-UWB定位技術(shù)


  二、系統(tǒng)架構(gòu)


  1.定位標簽


  人員佩戴:為每位進入礦井隧道的人員配備UWB定位標簽,標簽可設(shè)計為小巧輕便的形式,如卡片式或掛件式,方便攜帶且不影響人員正常作業(yè)。


  功能特性:定位標簽內(nèi)置UWB芯片,具備唯一標識,可定期發(fā)送包含自身ID及其他相關(guān)信息(如電量、設(shè)備狀態(tài)等)的UWB信號,信號發(fā)射功率可根據(jù)實際需求進行調(diào)整,以平衡定位精度和電池續(xù)航。


  2.定位基站


  分布部署:在礦井隧道內(nèi)及井口附近合理分布安裝UWB定位基站。根據(jù)隧道的長度、走向、分支情況以及礦井的整體布局,確定基站的數(shù)量和具體安裝位置,確保整個礦井隧道區(qū)域都能被有效覆蓋。


  信號接收與處理:定位基站負責接收定位標簽發(fā)送的UWB信號,并對信號進行處理,包括信號強度檢測、到達時間測量等,然后將處理后的信號數(shù)據(jù)傳輸給后臺服務(wù)器。


  網(wǎng)絡(luò)連接:定位基站通過有線(如以太網(wǎng))或無線(如Wi-Fi、Zigbee等,根據(jù)礦井現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件選擇)方式與后臺服務(wù)器建立連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。


  3.后臺服務(wù)器


  數(shù)據(jù)處理與分析:接收來自定位基站傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù),運用定位算法(如基于到達時間差(TDOA)的定位算法)對數(shù)據(jù)進行處理,計算出每個定位標簽(即每位人員)的精確位置,并將位置信息實時存儲在數(shù)據(jù)庫中。


  人員管理與監(jiān)控:對礦井隧道內(nèi)的人員信息進行全面管理,包括人員基本信息(姓名、工號、所屬部門等)、入井時間、當前位置、歷史軌跡等。通過監(jiān)控界面,管理人員可以直觀地查看人員分布情況,實時掌握人員動態(tài)。


  報警與預(yù)警功能:設(shè)置各類報警規(guī)則,如人員進入危險區(qū)域、人員長時間靜止不動(可能發(fā)生意外情況)、人員數(shù)量異常(超出規(guī)定人數(shù))等,當觸發(fā)報警條件時,服務(wù)器能及時發(fā)出警報信息,通知相關(guān)管理人員采取相應(yīng)措施。


  與其他系統(tǒng)對接:可與礦井的安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等其他相關(guān)系統(tǒng)進行對接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作,為礦井的整體安全管理提供更全面的支持。


  4.監(jiān)控終端


  顯示與操作界面:在礦井調(diào)度室、安全管理辦公室等場所設(shè)置監(jiān)控終端,終端配備大屏幕顯示器和友好的操作界面,用于展示人員位置信息、軌跡數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息。管理人員可以通過操作界面進行人員查詢、軌跡回放、報警設(shè)置等操作。


  遠程訪問:支持遠程訪問功能,允許相關(guān)管理人員通過網(wǎng)絡(luò)(如企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),根據(jù)安全要求設(shè)置)在異地(如礦領(lǐng)導(dǎo)在外出差期間)也能實時查看礦井隧道內(nèi)人員的定位情況,及時了解礦井安全生產(chǎn)狀況。


  三、定位算法及精度保障


  1.定位算法


  采用基于到達時間差(TDOA)的定位算法,其原理如下:


  測量UWB信號從定位標簽發(fā)送到不同定位基站的到達時間差。


  根據(jù)光速恒定的原理,利用已知的定位基站位置和測量得到的到達時間差,構(gòu)建雙曲線方程組。


  通過求解雙曲線方程組,計算出定位標簽(即人員)的位置。


  2.精度保障措施


  基站合理布局:根據(jù)礦井隧道的實際形狀和尺寸,科學(xué)規(guī)劃定位基站的布局,盡量采用均勻分布的方式,確保在整個隧道區(qū)域內(nèi)都能準確測量到UWB信號的到達時間差,避免出現(xiàn)定位盲區(qū)。


  多徑效應(yīng)處理:礦井隧道環(huán)境復(fù)雜,UWB信號在傳播過程中可能會產(chǎn)生多徑效應(yīng),影響定位精度。采取抗多徑技術(shù),如在定位基站和定位標簽中設(shè)置特殊的濾波器,對多徑信號進行抑制,提高定位精度。


  時間同步校準:為確保基于TDOA的定位算法的準確性,需要對定位基站進行嚴格的時間同步校準,可采用高精度的時鐘源或通過網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP)等方式實現(xiàn),保證各個基站之間的時間測量準確一致。


礦井隧道人員定位方案-UWB定位技術(shù)


  四、系統(tǒng)功能特點


  1.實時定位與軌跡回放


  實時定位:能夠?qū)崟r獲取并顯示礦井隧道內(nèi)每位人員的當前位置,管理人員通過監(jiān)控終端可以隨時查看人員的分布情況,了解人員是否在正常作業(yè)區(qū)域內(nèi)。


  軌跡回放:系統(tǒng)自動記錄每位人員在礦井隧道內(nèi)的行動軌跡,管理人員可以根據(jù)需要選擇特定人員,查看其在過去一段時間內(nèi)的活動軌跡,以便分析人員的作業(yè)路線、停留時間等情況,這對于事故調(diào)查、作業(yè)效率評估等方面具有重要意義。


  2.危險區(qū)域預(yù)警與限制進入


  危險區(qū)域設(shè)定:根據(jù)礦井隧道的地質(zhì)條件、生產(chǎn)流程以及安全要求,預(yù)先設(shè)定各類危險區(qū)域,如采空區(qū)、積水區(qū)、瓦斯積聚區(qū)等,并在系統(tǒng)中進行標注。


  預(yù)警與限制:當人員接近或進入危險區(qū)域時,系統(tǒng)能及時發(fā)出預(yù)警信號,提醒人員注意安全。同時,可以設(shè)置限制進入功能,當人員試圖強行進入危險區(qū)域時,系統(tǒng)會發(fā)出警報并通知相關(guān)管理人員,有效防止人員誤闖危險區(qū)域,保障人員生命安全。


  3.人員考勤管理


  入井出井記錄:系統(tǒng)自動記錄每位人員的入井時間、出井時間,作為人員考勤的重要依據(jù),無需人工手動記錄,提高了考勤管理的準確性和效率。


  考勤統(tǒng)計與報表:根據(jù)入井出井記錄以及人員在井內(nèi)的工作時長,系統(tǒng)可以自動生成考勤統(tǒng)計報表,方便企業(yè)進行人力資源管理和工資核算等工作。


  4.緊急情況救援支持


  人員位置快速鎖定:在發(fā)生火災(zāi)、坍塌等緊急情況時,管理人員可以通過監(jiān)控終端迅速鎖定受困人員的位置,為救援行動提供準確的目標信息,節(jié)省救援時間。


  救援路徑規(guī)劃:結(jié)合礦井隧道的地圖信息和人員當前位置,系統(tǒng)可以為救援人員規(guī)劃出最佳的救援路徑,避開危險區(qū)域,提高救援效率,確保救援人員在前往救援的過程中自身安全能夠得到保障。


  五、系統(tǒng)實施步驟


  1.需求調(diào)研與分析


  深入了解礦井的規(guī)模、隧道布局、生產(chǎn)流程、人員數(shù)量等基本情況,以及企業(yè)對人員定位系統(tǒng)的具體需求,如定位精度要求、功能需求、預(yù)算限制等。


  分析礦井隧道內(nèi)的環(huán)境特點,包括粉塵、潮濕、電磁干擾等因素對定位系統(tǒng)的影響,為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計和選型提供依據(jù)。


  2.系統(tǒng)設(shè)計與選型


  根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果,設(shè)計系統(tǒng)的整體架構(gòu),包括定位標簽、定位基站、后臺服務(wù)器、監(jiān)控終端等各部分的功能和連接方式。


  選擇合適的UWB定位設(shè)備(定位標簽和定位基站),考慮設(shè)備的性能參數(shù)(如定位精度、信號發(fā)射功率、接收靈敏度等)、質(zhì)量可靠性、價格等因素,確保所選設(shè)備能夠滿足礦井隧道人員定位的需求。


  3.設(shè)備安裝與調(diào)試


  根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案,在礦井隧道內(nèi)及井口附近安裝定位基站,注意基站的安裝位置要符合布局規(guī)劃要求,確保信號覆蓋良好。


  為每位進入礦井隧道的人員配備定位標簽,并進行初始化設(shè)置,如綁定人員基本信息等。


  完成設(shè)備安裝后,進行系統(tǒng)調(diào)試,包括定位基站與后臺服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接調(diào)試、定位算法的測試、系統(tǒng)功能的驗證等,確保系統(tǒng)能夠正常運行,達到預(yù)期的定位精度和功能要求。


  4.人員培訓(xùn)與系統(tǒng)驗收


  對礦井相關(guān)管理人員和作業(yè)人員進行系統(tǒng)使用培訓(xùn),包括監(jiān)控終端的操作方法、人員定位信息的查看方式、報警功能的使用等內(nèi)容,確保他們能夠熟練使用系統(tǒng)。


  組織系統(tǒng)驗收工作,邀請企業(yè)相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)專家等參與,按照驗收標準對系統(tǒng)的性能、功能、穩(wěn)定性等方面進行全面評估,驗收合格后系統(tǒng)正式投入使用。


  六、系統(tǒng)維護與管理


  1.設(shè)備維護


  定期對定位標簽和定位基站進行檢查和維護,查看設(shè)備是否有損壞、電池電量是否充足等情況,及時更換損壞的設(shè)備或電池,確保設(shè)備正常工作。


  清理定位基站周圍的粉塵等雜物,保持設(shè)備的散熱良好,避免因散熱不良導(dǎo)致設(shè)備故障。


  2.數(shù)據(jù)維護


  定期備份后臺服務(wù)器中的人員位置數(shù)據(jù)和其他相關(guān)信息,防止數(shù)據(jù)丟失或損壞。


  對數(shù)據(jù)進行清理和優(yōu)化,刪除過期的軌跡數(shù)據(jù)等,以提高數(shù)據(jù)庫的運行效率。


  3.系統(tǒng)升級


  關(guān)注UWB定位技術(shù)的發(fā)展動態(tài),當有新的技術(shù)改進或功能升級時,及時對系統(tǒng)進行升級,以提高系統(tǒng)的性能和功能。


  根據(jù)企業(yè)的發(fā)展需求和礦井生產(chǎn)的變化情況,對系統(tǒng)的功能進行適時調(diào)整和優(yōu)化,如增加新的危險區(qū)域設(shè)置、完善考勤管理功能等。


  通過以上礦井隧道人員定位方案,利用UWB定位技術(shù)的優(yōu)勢,結(jié)合完善的系統(tǒng)架構(gòu)、功能特點以及實施和維護管理措施,可以有效地實現(xiàn)對礦井隧道內(nèi)人員的精準定位和全面管理,為礦井安全生產(chǎn)提供有力保障。

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