导语
6月，全国第20个“安全生产月”来了。
对环境高危的矿山行业而言，安全是生产不容逾越的红线。
稳步推进的智慧矿山建设，重中之重就是通过高新技术手段健全安全生产管控体系。
上期详细介绍了四相科技的出入井唯一性检测识别系统，展示了四相科技智能煤矿建设整体解决方案的井上部分。
本期文章将以井工矿的井下部分为出发点，详细介绍高精度定位系统在井下安全管控体系建设中的应用价值。
01
高危井下作业，定位建设必不可少
受到恶劣地质条件的影响，煤矿井下作业环境高危，不仅毒害气体、燃爆气体等时刻威胁着井下人员安全，长时间在高温、高湿、粉尘悬浮的井工矿中作业，对人员健康也有极大的损害。同时，井下复杂巷道多、人员作业区域分散，部分员工不规范作业行为时有发生，如遇事故突发，复杂狭窄的地下空间会让搜救工作很棘手。无法精确获取被困员工的实时位置，也就无法及时进行施救，很大程度上会延误救援逃生的时间。
随着矿山信息技术的发展，为了践行安全生产的原则，建立一套井下人员定位管理系统，搭建完善的井下人员管理生态平台，既能提高井下作业的安全性及井下人员的管理效率，对我国矿山数字化转型升级也有重大意义。
早在2011年，为进一步加强企业安全生产，国家安全监管总局、国家煤矿安监局就研究颁发《煤矿安全规程》及《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范》，明确提出要建设人员定位系统。
进入十四五发展新时期，智慧矿山建设步伐加快。2021年2月底，国家矿山安监局综合司发布的《“十四五”矿山安全生产规划（征求意见稿）》中再次强调要“实时采集矿山安全监控、人员位置监测、视频监控等数据，建成一个连接各级用户、各类角色的矿山安全生产综合信息系统”。
由于矿井下空间内卫星信号几近于无，定位系统的建设需要依赖室内定位技术。但在复杂的矿井巷道中，信号屏蔽物较多、电磁环境复杂多变，蓝牙、WiFi等技术定位精度普遍较差，无法满足煤矿智能化建设中对高精度定位的新要求。
那么面对复杂的煤矿井下空间，该如何选择合适的定位技术呢？
02
UWB高精度定位技术
复杂井下空间里的“GPS”导航
与其他无线定位技术相比，UWB超宽带定位技术具有定位精度高、功耗低、覆盖距离远、成本适中、多径分辨能力强、穿透能力强、抗干扰能力强、隐蔽性好等优点，非常符合复杂矿井环境下对定位技术的高要求。在近两年的煤矿定位系统招投标信息中，煤矿企业对定位技术的精度要求也在不断提高，某大型煤矿集团更是明确要求“以UWB为主，其他技术为辅”。
随着智慧矿山建设的不断推进，UWB定位技术成为多数井下人员定位系统的技术首选，其优越性能也成为传统井下人员定位系统向着“高精度”转型升级的关键驱动力之一。
*四种无线定位技术比较
立足位置信息服务，四相科技拥有行业领先的厘米级高精度UWB定位技术。
在同等硬件开销下，四相科技充分利用UWB物理层特征，创新性实现了多基站多跳高精度无线同步。通过高精度的无线同步，在没有新增硬件成本支出的情况下，既保证了高精度的定位效果，同时也大大降低了系统搭建维护成本以及工程实施成本。
除此之外，四相科技在硬件产品（基站、标签）中均采用UWB（定位）+ZigBee（通讯）进行创新融合组网（*ZigBee是一种低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术）。对于重要指令如呼叫、撤离，系统采用双通信技术下发模式，优先ZigBee下发，若ZigBee下发失败转UWB链路下发，为井下撤离、呼叫增设双保险，确保意外发生时后台能够与被困者进行通讯。
UWB（定位）+ZigBee（通讯）融合组网优势：
- 通过ZigBee下发信息和上传求救信号，丰富和扩展定位系统功能应用；
- 工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短。非工作模式时，ZigBee处于休眠模式非常省电。融合应用UWB和ZigBee网络，有效降低标签综合功耗，增加整体续航；
- 通过ZigBee进行时隙调度，可大幅降低标签信号间的干扰，增加系统容量；
- 可根据应用场景，动态调整和配置信道以及算法和相关无线参数，保证标签不同场景最佳定位效果；
- 定位网络和数据传输网络分离，系统稳定性加强。
基于UWB定位技术，四相科技配套开发出一条包含精确定位分站、智能矿灯、智能腰卡、智能灯绳卡等种类丰富的矿用产品线，轻松满足井下差异化需求。
利用井下高精度定位系统，四相科技能够实现对井下全空间、全要素的安全管理。从人到物，该系统不仅能辅助企业获取井下人员精确定位，还能扩展应用于机电设备、有轨运输车、无轨胶轮车等井下设备的管理上。
03
井下高精度定位系统
紧贴“场景”和“痛点”
四相科技采用厘米级高精度UWB定位技术，通过防爆定位基站、定位标签、引擎软件等核心模块搭建煤矿“六大系统”之一的人员定位系统，对井下作业人员进行实时精确的定位。同时利用开放的定位数据、GIS引擎、地图管理、视频联动等接口对接其他井下业务系统，在软件上可视化呈现井下人员实时位置、查询井下人员的移动轨迹，并为井下人员提供求救报警及紧急撤离等应急功能，打造出一个以人员定位系统为核心的井下安全管控平台，助力建设统一的智能化矿井平台。
四大安全管理系统，全方位保障井下安全。
01.人员安全管理
- 实时监控与轨迹回放：精确定位系统结合GIS 地图技术，可在软件上实时呈现井下人员的所在位置、井下总人数、井下各部门总人数、井下各区域总人数及显示当前的基站等告警信息，可关联成报表，方便查看井下人员历史活动轨迹，方便事故溯源；
- 3D可视化管控：高效的3D引擎、支持智能建模，可还原立体场景，以360度立体全视角进入各场景。支持三维 GIS 地图功能，可提供井下受困人员的精准三维地图、井下实景巷道全景等数据信息；
- 特定人员精确查找：通过姓名、工号或卡号的方式，系统可即刻以图形方式显示此人当前所在区域和井下的精确位置；
- 作业行为监管：当矿工在井下停留超出规定时间或未达到规定时间时，系统自动触发超时告警并记录；
- 活动轨迹异常告警：作业人员未按照规定线路进行规范作业，系统触发告警，该功能尤其适用于对井下巡检人员的监管；
- 高效智能考勤：自动生成考勤数据，实现考勤设备统计和按区域考勤统计等。
02.生产安全管理
- 生命安全监测预警：时刻监测井下人员动静状态，如超过设定时间人员未动，系统触发告警，便于即刻展开救援行动；
- 区域超员告警：某些区域内可容纳人员数量有限，超过设定人数会诱发安全事故。利用超员告警设置，可有效控制区域人数在安全范围内；
- 危险禁区管控：设置电子围栏，作业人员误闯禁区或接近危险源时触发告警，提示管理人员及时采取相应措施；
- 双向寻呼告警：危险发生时，人员可通过标签发送求救信息，同时系统监测危险时也能下发寻呼与撤离指示；
- 固定岗位脱岗管理：某些重要岗位需要有人值守，如值守人员离岗，系统自动触发告警，避免重大安全事故发生；
- 工作面接近保护装置交互：定位标签卡可与矿井现有接近保护装置进行系统对接，自主设定安全距离，当人员离工作面液压支架小于安全距离时触发告警提醒，同时接近保护装置控制支架运行状态，保障人身安全。
03.物资车辆安全管理
- 物资出入库：载具加装定位标签，再结合标签检测装置实现。可精确物资出入库时间点，结合定位系统和监控系统，实现物资安全管理；
- 运输车辆调度：在胶轮车等井下运输车辆上安装定位标签实现对车辆的全程跟踪，根据车辆实时分布和状态进行科学调度，提高车辆利用率，同时避免因无序运输引发的井下交通事故发生；
- 车辆防撞：自主设定安全距离，通过测距基站和声光报警器实现，保障人、车安全。配合红绿灯系统，方便车辆提前做好减速避让准备，维护交通安全。
04.系统设备安全管理
- 标识卡低电量预警：当标识卡电量过低时，系统将提前预警，通知相关技术人员及时更换电池；
- 分站不在线告警：当读卡分站供电电压不足、读卡分站信号线连接故障时系统会出现分站不在线告警或电量低告警，提醒管理者及时发现问题并解决；
- 用户权限分配：系统的管理软件能够实现分配多个不同权限的用户，方便各个用户在网络终端上同时运行软件，查询井下实时情况；
- 电源状态监控：基站配置485接口，可实时监控电源供电状态，当电源由于断电采用蓄电池供电时，基站可自动向系统上报电源异常状态，方便管理者及时进行供电设备维护。
深耕位置物联网领域，四相科技一直以来都致力于用定位技术服务工业安全。
在未来，随着矿山智能化建设的稳步发展，新一代高新技术与煤矿产业的融合也会持续加深。四相科技将紧跟矿山智能化发展走向，不断精进现有技术方案，为数字化矿山建设“添砖加瓦”！
