摘要：为了更加科学、更加理性地对矿山员工进行管理，针对目前矿山员工定位系统中所出现的一些问题，如：在遇到突发事件的时候，不能准确地判断员工的位置等，对一种基于超宽带（UWB）技术的员工定位系统进行了深入的研究，对该系统的整体框架、系统的硬件构成以及软件的主要功能进行了详细的描述，并对其关键技术参数进行了详细的分析，使这个系统可以与其他的系统进行很好地结合起来，实践证明，使用这个系统可以准确地对员工进行定位，这对于更好地对员工进行管理是非常有利的，并且在遇到突发事件的时候，也可以准确地判断员工的位置，这对于提升矿山的安全性有着非常重要的意义。

关键词：超宽带；人员定位系统；硬件；软件；融合

一般来说，井下采煤的复杂性和危险性都比较大，为了确保采矿工作的成功，需要做好井下开采工作的安全。在此基础上，可以对矿井下的工人进行实时定位，从而达到对矿井进行安全调度的目的。一般情况下，通过UWB精密定位技术，能够对井下人员进行精准定位，实现对井下人员的安全保障，并在发生安全事件时能够第一时间实施救援。可见，矿井中的人体位置信息在矿井中的安全工作中发挥着举足轻重的作用。

1 超宽带的人员精确定位系统的整体框架

一般情况下，KJ69J矿井作业人员的监控系统由以下部分组成：一、地面控制中心；二、传送平台；三、三维地理信息系统的集成与应用，四、传送电缆的开发；五、无线通信装置；六、煤矿本安式卡片阅读机；七、矿山隔离炸药和本安式 UPS等等。经过对矿井作业的分析，在矿井中总共安装了以下几种主要的装置：一、99套矿井内安装了本安式阅读仪；二，六十八个地区的卡片阅读机；三是二千八百七十八个精准位置标识牌；四，有16个限制人数的屏幕。五，安装16个警报器等等，这些都是为了保证无线 WiFi的安全，既可以保证通信的正常进行，又可以扩大大井下无线网的覆盖范围。为确保装置的续航能力，在其内部配置了备用电池，其可持续工作8 h以上，从而确保了信号的稳定性[1]。

1.1 传输方式

采用万兆的数据传输方式，并且选择了环网的方式，这样就能确保了整个系统的安全。安装在大巷内的精密阅读仪，可以选择激光作为信号，极大地提升了信号的传递速度，从而减少监控的时间。在顺槽巷道回采过程中，采用 PLC的传送方式。同时，还可以通过电缆连接，方便维修人员进行维修[2]。

1.2 区域定位方式

（1）为达到对开采面精确位置的目的，在本矿所有开采面上均安装有精确位置读取装置。

（2）在八条交通通道上均安装精确的卡片读取装置，以便对员工的行踪进行及时的查询。

（3）在有冲压性强的矿山，安装一套能够实现对冲压性强的矿山进行动态精确定位的装置。

2 超宽带的人员精确定位系统硬件的组成

2.1 本安型信息矿灯

把人标识卡和矿灯结合起来，可以最大程度地减少识别卡更换电池的困难，既可以极大地减轻维修人员的负担，又可以减少不必要的维修费用[3]。

2.2 地面中心站

在地表室中，一般配置以下一些装置：首先是两台工业电脑；第二个是一台地理信息系统的服务器；第三，在控制室里安装一些打印机之类的设备。在此基础上，实现一年多的存储，并实现对阅读机失效的监测。

2.3 不间断电源

该装置为直流稳压式，能在有瓦斯和煤尘发生爆炸时实现高效率工作。同时，还能为矿山内的安全装置供电。并且它还具有以下三个方面的功能：一，电保护功能，二，防止过充电，三，过放电保护。

2.4 传输平台

这种定位系统可以选择环网传输，一般情况下，在井下的矿用本安型读卡器可以通过光纤电缆与环网相连，通过光纤电缆来进行下传输[4]。

2.5 读卡器

一般情况下，矿山用读卡器的核心部件是单片机，它可以通过通讯技术对定位标记卡中的信号进行识别并进行处理。这种方式可以精确地辨认出矿井下的人的方位和交通工具等，而且还可以在阅读机上设定 WiFi通讯功能。

3 超宽带的人员精确定位软件功能的实现

3.1 信息联网功能

本系统能进行网络化运作，并能进行以下的查询：用户资料、该地区的地理位置、该装置的工作情况、该装置所处的环境、该系统的警报等。

3.2 实时监测功能

可以实时监控当前煤矿工作人员的人数，同时可以对井下各单位的人数进行有效的检测，并对特别人员的工作进行重点检测[5]。

3.3 统计考勤功能

它可以对每一班的人数进行统计，也可以对一些特定的工作岗位进行独立的考核。

3.4 精确查询功能

能够对井下特殊岗位、部门人员某一时刻所处的位置和某一个工作人员的位置进行准确的定位，并对某一个时刻的人员进行抽样。

3.5 安全报警功能

该系统具有以下特点：一、双向电话；二、区内超载警报；三、工作状态警报；四、访问控制；五，小区内人员限制，警报系统等等。

4 超宽带的人员精确定位主要技术指标

（1）可供使用的设备的能力。它可以放置512张卡片和6500张标识卡，并且在同一时间，该读取装置可以对200多张标识卡进行标识。

（2）传送方法。在该方案中，主要采用以太环的方式，而在组网中，则采用有线和无线两种方式。一般采用以太网，RS485， CAN等方式在阅读机和分站间进行有线通信。

（3）无线电传送的范围。通常，阅卡机和识别卡可以进行信息交流，二者的距离设置在400米之内。

（4）精密定位的完成。在系统的大巷中，一般只能找到30厘米以内的消息。对于回采的煤层，其位置的准确度可达1公里。

（5）传送差错率。应当保持在10-8之间。

（6）在所述系统巡视的频率下。这一系统的速度必须处于0.24秒-1秒范围内。

（7）关于读取错误的比率。本方法的错误率为10-4。通常，标识卡的充电是通过充电电池来完成的，一次满电能持续一个月左右，而电池的使用寿命超过一年。

（8）储存时间。这种卡片阅读机可以存储超过2小时的信息。如果在预设的时候出现了连接错误，这台阅读机还能记录6000个用户的定位信息，在连接之后会有数据上传[6]。

5 超宽带的人员精确定位多系统融合

5.1 系统级融合

本系统可以进行与系统的集成，如果开采工作面出现某气体超标，则系统会自动启动联控，所以识别卡警示灯会根据对应的情况进行闪动，并发出紧急广播。

5.2 设备级融合

一般情况下，在安全监控系统综合分析站中，安装相应的人员定位系统，利用原有的通信装置来进行信号的传送，既能节省额外的投资，又能达到井下设备的整合。一般情况下，可以将无线网络设备，PLC设备，安装在个人位置读取卡的上方。其中，无线通信装置和精密定位装置共用一根天线，使装置具有较高的集成度。

6 防冲限员管理

在受冲击低压作用的矿井中，通常都要在回采工作面的部位上安装高精度的定位系统，并要在200 m处设立对应的限制人员工作站，并在该站的两边都要设立高精度的定位读卡器。通常情况下，要求在回采工作面前300米处布置一台人员限制装置，通常由以下部分构成：一、准确定位的分站；二、安全标识板；三、通讯、广播设备等，这些设备能够完成对现场人数的统计。

7 系统应用效果

实际应用表明，本装置工作稳定，在静止状态下，可实现30厘米的定位精度。在采矿作业中，它可以达到准确的位置和 WIFI的完全覆盖。在掘进工作面等比较复杂的环境下，它的定位精度能够提高到1米之内，从而能够完成以下的作用：一是对开采工作面的人员实行限制；二是进行位置考勤；三是对员工进行数据分析；四是准确定位该用户的所在地点；五是可以达到多个系统的协同工作，这样就可以提高当地对矿山的管理和抗灾能力，也可以提高矿山的安全性。

8结束语

综上所述，利用这套技术，在运输巷道和开采中，可以准确地找到目标，并且在矿井中建立一个完整的 WIFI，可以极大地降低通信的不确定性。未来，将继续对该系统进行改进，将安全监控、调度信息、通风与排水、车辆管理等整合到一起，达到共享系统数据，进行报警联动等目的，最大程度地提升井下作业的安全性。

参考文献：

[1]林正鸿，黄麟淇，李涵，王碧博，王志翔，陈心怡.基于超宽带非对称双边双程测距的矿山井下定位跟踪算法研究[J].黄金，2023，44（04）：28-33.

[2]王洋洋，张洪亮.基于UWB技术与DS-TWR算法的煤矿井下人员精确定位系统[J].煤炭技术，2022，41（11）：200-202.

[3]崔佳佳，崔中和.基于超宽带的人员精确定位系统在煤矿中的应用研究[J].当代化工研究，2021（16）：43-44.

[4]郑小磊，王金满.一种基于UWB技术的煤矿人员定位系统解决方案[J].现代信息科技，2020，4（21）：31-35.

[5]王华东.基于UWB+LoRa协议的精确定位系统在煤矿的安装使用[J].电气防爆，2020（05）：33-38.

[6].国家煤矿安全监察局：推进“矿山精确定位监视监控多功能管控系统”在煤矿企业应用[J].湖南安全与防灾，2017（05）：54.