6-煤礦井下人員定位系統(tǒng)課件

第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)一、本章教學(xué)目的掌握煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備意義、組成及工作原理、分類；了解射頻識(shí)別技術(shù)的工作原理和讀卡器、標(biāo)簽、天線等組成部分；了解煤礦井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和常見的幾種煤礦井下人員定位系統(tǒng)等等。二、本章主要內(nèi)容第一節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)概述第二節(jié)煤礦井下無線通訊及射頻識(shí)別技術(shù)第三節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求第四節(jié)常見的煤礦井下人員定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

重點(diǎn)與難點(diǎn)：1、射頻識(shí)別技術(shù)的工作原理；2、射頻設(shè)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12/1/20221第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)一、本章教學(xué)目的11/30/20第一節(jié)概述一、煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備必要性及意義1、必要性

有利于日常井下人員管理和礦井事故發(fā)生后的井下救援工作?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知（國(guó)發(fā)[2010]23號(hào)）》要求煤礦和非煤礦山要安裝：監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)井下人員定位系統(tǒng)緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)壓風(fēng)自救系統(tǒng)供水施救系統(tǒng)通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)裝備要求于3年之內(nèi)完成。逾期未安裝的，依法暫扣安全生產(chǎn)許可證、生產(chǎn)許可證。12/1/20222第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第一節(jié)概述一、煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備必要性及意義12、意義煤礦井下人員定位系統(tǒng)又稱煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)，是由地面監(jiān)控中心主計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)軟件支持下，通過數(shù)據(jù)傳輸接口和沿巷道鋪設(shè)的通訊光纜或電纜，無間斷、即時(shí)地對(duì)井下安裝的無線數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，無線數(shù)據(jù)采集器將自動(dòng)采集有效識(shí)別距離內(nèi)的標(biāo)識(shí)卡的信息，并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至地面中心站。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井人員位置、攜卡人員出入井時(shí)刻、重點(diǎn)區(qū)域出入時(shí)刻、限制區(qū)域出入時(shí)刻、工作時(shí)間、井下和重點(diǎn)區(qū)域人員數(shù)量、井下人員活動(dòng)路線等監(jiān)測(cè)、顯示、打印、存儲(chǔ)、查詢、異常報(bào)警、路徑跟蹤、管理等功能。充分利用礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，無須重復(fù)布線，僅需增加相應(yīng)的人員跟蹤定位無線數(shù)據(jù)采集基站、無線編碼發(fā)射器、人員跟蹤定位處理軟件即可實(shí)現(xiàn)。能夠清楚掌握每個(gè)人員在煤礦井下的位置及活動(dòng)軌跡，為事故搶險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。12/1/20223第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、意義11/30/20223第六章煤礦井下人員定位系

煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在遏制超定員生產(chǎn)、事故應(yīng)急救援、領(lǐng)導(dǎo)下井帶班管理、特種作業(yè)人員管理、井下作業(yè)人員考勤等方面發(fā)揮著重要作用。（1）遏制超定員生產(chǎn)；（2）防止人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域；（3）及時(shí)發(fā)現(xiàn)未按時(shí)升井人員；（4）加強(qiáng)特種作業(yè)人員管理；（5）加強(qiáng)干部帶班管理；（6）煤礦井下作業(yè)人員考勤管理；（7）應(yīng)急救援與事故調(diào)查技術(shù)支持（系統(tǒng)有2h備用電源、標(biāo)識(shí)卡電池7D）；（8）持證上崗管理；（9）具有緊急呼叫功能的系統(tǒng)；（10）減少工作量、提高工作效率；（11）加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部之間信息共享。

12/1/20224第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在遏制超定員生產(chǎn)、事故應(yīng)二、煤礦井下人員定位系統(tǒng)組成及工作原理1、組成：煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由標(biāo)識(shí)卡、位置監(jiān)測(cè)分站、電源箱（可與分站一體化）、傳輸接口、主機(jī)（含顯示器）、系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、打印機(jī)、大屏幕、UPS電源、遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)接口、電纜和接線盒等組成。

煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖12/1/20225第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)二、煤礦井下人員定位系統(tǒng)組成及工作原理煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系2、煤礦井下人員定位系統(tǒng)工作原理在井下需要進(jìn)行人員跟蹤的區(qū)域和巷道中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體需要放置一定數(shù)量的多功能分站，系統(tǒng)的分站是采集信號(hào)的關(guān)鍵部件，形成系統(tǒng)后，它將不斷地通過發(fā)射天線發(fā)出載波信號(hào)（尋找信號(hào)）。當(dāng)帶有標(biāo)識(shí)卡的職工通過分站附近時(shí)，它發(fā)出的固定頻率的電磁場(chǎng)將同標(biāo)識(shí)卡芯片里的諧振電路產(chǎn)生共振，這時(shí)，標(biāo)識(shí)卡芯片即被喚醒，原本處于“體眠狀態(tài)”的芯片被激活并將含有自身種類識(shí)別碼標(biāo)志（姓名、年齡、所屬單位、工種、通過時(shí)間等）的信息代碼調(diào)制到載波上經(jīng)卡內(nèi)天線發(fā)射出。安裝在分站里的讀卡模塊是采集射頻標(biāo)識(shí)卡的第一門戶通道，也是讀卡器中最重要的個(gè)功能部件。讀卡模塊內(nèi)部集成了無線接收電路及發(fā)生基波信號(hào)的功率輸出電路。它將接受到標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的識(shí)別碼信息在其內(nèi)部經(jīng)讀卡模塊的解調(diào)、帶通濾波整形后由輸出電路輸出序列串行信號(hào)

12/1/20226第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、煤礦井下人員定位系統(tǒng)工作原理11/30/20226第三、煤礦井下人員定位系統(tǒng)分類及裝備要求1、煤礦井下人員定位系統(tǒng)分類2、煤礦井下人員定位系統(tǒng)裝備要求1）按工作原理分：場(chǎng)強(qiáng)式、射頻標(biāo)簽式、其他。2）按信號(hào)傳輸方向分：?jiǎn)蜗颉腚p工、全雙工。3）按標(biāo)識(shí)卡結(jié)構(gòu)分：與礦燈一體、與手機(jī)一體、與BP機(jī)一體、帽卡、胸卡、腰卡、其他。4）按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類：獨(dú)立式、與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)一體、與煤礦井下移動(dòng)通信系統(tǒng)一體、其他。5）按標(biāo)識(shí)卡供電方式分：有源卡、無源卡。6）按標(biāo)識(shí)卡的工作頻率分：特高頻（300MHz~3GHz）、超高頻（3GHz~30GHz）、其他。7）按功能分：非連續(xù)監(jiān)測(cè)式、連續(xù)監(jiān)測(cè)式、其他。（1）各個(gè)人員出入井口、采掘工作面等重點(diǎn)區(qū)域出/入口、盲巷等限制區(qū)域等地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置分站，并能滿足相關(guān)要求。（2）巷道分支處應(yīng)設(shè)置分站，并能滿足監(jiān)測(cè)攜卡人員出/入方向的要求。（3）下井人員應(yīng)攜帶標(biāo)識(shí)卡。標(biāo)識(shí)卡嚴(yán)禁擅自拆開。（4）工作不正常的標(biāo)識(shí)卡嚴(yán)禁使用。兩個(gè)多10%。（5）礦調(diào)度室應(yīng)設(shè)置顯示設(shè)備，顯示井下人員位置等。（6）設(shè)正常和唯一性檢測(cè)的裝置，可采用虹膜、人臉等自動(dòng)檢測(cè)方法。煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)卡正常工作和下井人員每人一張卡，且僅攜帶表明自己身份的卡，是遏制超能力生產(chǎn)、加強(qiáng)煤礦井下作業(yè)人員管理、為應(yīng)急救援提供技術(shù)支持的必要條件。12/1/20227第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)三、煤礦井下人員定位系統(tǒng)分類及裝備要求1）按工作原理分：場(chǎng)強(qiáng)第二節(jié)礦井下無線通訊及射頻識(shí)別技術(shù)一、煤礦井下無線通訊技術(shù)1、目前常用的無線通信方式1）藍(lán)牙技術(shù)2）紅外技術(shù)3）超寬頻技術(shù)（UWB）4）Wi-Fi技術(shù)5）Zigbee技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)是一種全球通用的小范圍無線通信技術(shù)，是針對(duì)目前近距離便攜式器件之間的紅外線鏈路（IrDA）而提出的，是低成本、短距離無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)用，其主要目標(biāo)是提供一個(gè)全世界通行的無線傳輸環(huán)境，通過無線電波來實(shí)現(xiàn)所有移動(dòng)設(shè)備之間的信息傳輸服務(wù)。

優(yōu)點(diǎn)：藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用紅外線收發(fā)器連接雖然能免去電線或電纜的連接；

缺點(diǎn)：距離只限于1~2m，而且必須在視線上直接對(duì)準(zhǔn)，中間不能有任何阻擋，同時(shí)直限于在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行連接，不能同時(shí)連接更多的設(shè)備。

紅外技術(shù)是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：是無須申請(qǐng)頻率使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉；體積小，功耗低，連接方便，簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)；由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，因而適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)；紅外線發(fā)射角度較小，傳輸安全性高。

不足：它是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于兩臺(tái)設(shè)備之間的連接。超寬頻技術(shù)（UltraWideBand，UWB）是一種獨(dú)特的、很有前景的無線通信技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)在時(shí)域中以納秒級(jí)的非正旋波窄脈沖信號(hào)為載波，因而在領(lǐng)域中具有扁平的很寬的頻譜，目前建議標(biāo)準(zhǔn)的帶寬為55Mb/s，通過調(diào)頻避免與其他無線信號(hào)的沖突；由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且成本低，在家用方面很有市場(chǎng)。

缺點(diǎn)：可能會(huì)成為潛在的干擾源，同時(shí)由于功率限制，傳輸距離短，只有10m左右的距離。Wi-Fi（wirelessfidelity，無線保真）即802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)工作在2.4GHz的頻帶，采用CCK調(diào)制技術(shù)，傳輸速率最高分別可達(dá)到11Mbit/s和54Mbit/s。Wi-Fi是由AP（AccessPoint，無線訪問節(jié)點(diǎn)）和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)點(diǎn)：速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域，通訊距離可達(dá)305m，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76m到122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合；可移動(dòng)性、價(jià)格低廉?；贗EEE802.15.4協(xié)議規(guī)定的ZigBee技術(shù)是一種新興的無線通信技術(shù)：蜜蜂（bee）+“嗡嗡”（zig）優(yōu)點(diǎn)：近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率（工作速率大約為20~250kb/s）、低成本（不到藍(lán)牙的1/10）、安全（提供了三級(jí)安全模式）以及自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與自主路由。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，支持地理定位功能，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)方案，可以嵌入許多其它的設(shè)備。12/1/20228第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第二節(jié)礦井下無線通訊及射頻識(shí)別技術(shù)一、煤礦井下無線通訊技術(shù)2、影響煤礦井下定位的主要因素（1）多徑傳播（2）多址干擾（3）信號(hào)同步誤差無線信號(hào)的多徑傳播現(xiàn)象會(huì)使得基于角度和時(shí)間的定位方法產(chǎn)生較大的誤差，主要原因是多徑傳播會(huì)對(duì)測(cè)量代表收發(fā)雙方實(shí)際距離和方位的直射路徑（LOS）信號(hào)的角度和時(shí)延產(chǎn)生較大的干擾。多址干擾是影響系統(tǒng)性能和容量的主要因素，當(dāng)對(duì)定位信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，多址干擾的存在仍然會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的干擾。但是目前大多數(shù)效果較好的多用戶檢測(cè)算法當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)，其運(yùn)算量非常大，實(shí)現(xiàn)較為困難。在進(jìn)行TOA估計(jì)的過程中，信號(hào)時(shí)間延遲的估計(jì)精度與估計(jì)過程中參考信號(hào)和接收信號(hào)之間的同步程度有關(guān)，即檢測(cè)到的信號(hào)峰值是否為真正的峰值點(diǎn)，特別是對(duì)于多徑傳播環(huán)境下，如何在相關(guān)波形中獲取較好的相關(guān)峰值點(diǎn)很重要。當(dāng)接收信號(hào)和參考信號(hào)的同步較差時(shí)，會(huì)展寬相關(guān)波形，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的旁瓣，這些對(duì)TOA估計(jì)的影響很大。因此，在設(shè)計(jì)人員定位系統(tǒng)之前必須對(duì)巷道內(nèi)無線通訊環(huán)境進(jìn)行分析。12/1/20229第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、影響煤礦井下定位的主要因素?zé)o線信號(hào)3、煤礦井下無線通訊特點(diǎn)（1）衰減與頻率的關(guān)系（2）衰減與曲率的關(guān)系（3）巷道半徑對(duì)無線傳輸?shù)挠绊懀?）衰減與粗糙度、傾斜度的關(guān)系（5）接收點(diǎn)有用信號(hào)十分微弱（6）井下環(huán)境機(jī)電噪聲干擾嚴(yán)重礦井巷道對(duì)電波的自由傳播可視為帶阻型。在甚低頻段以及低頻、中頻的低端，衰減隨頻率增加而增大；在中頻高端和高頻段，衰減達(dá)到最大，30MHZ的電波的衰減最大，最不利于傳輸；進(jìn)入高頻后，衰減隨頻率上升而減小。頻率越高，傳輸衰減越小，但當(dāng)頻率升高時(shí)，電波的拐彎能力變差，拐角處的損耗增大，傳輸距離減小。衰減隨著巷道曲率增加而增大。通過對(duì)礦井無線傳輸特點(diǎn)的分析，可以看出，特低頻、甚低頻、特高頻頻段衰減最小，拐角損耗隨著頻率的升高而逐漸增大。中頻段借助于感應(yīng)體傳輸距離也可以達(dá)到1000m以上，但由于工作頻率較低時(shí)，易受工頻電磁干擾，且信道容量小，要求發(fā)射機(jī)功率大，無線體積大。特別是中頻感應(yīng)通信，當(dāng)感應(yīng)線發(fā)生故障或無縱向?qū)w時(shí)，通信距離大大減小。因此，礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)不適合選用頻率較低的工作頻率。礦井無線傳輸受巷道截面等效半徑與波長(zhǎng)的比值影響，比值越大，傳輸衰減越小，巷道斷面大對(duì)通信有利。巷道截面對(duì)無線傳輸影響程度與波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)巷道截面等效半徑與波長(zhǎng)相差不大于10倍時(shí)（大于或小于），巷道截面尺寸對(duì)無線傳輸?shù)挠绊懽畲?，?dāng)巷道截面等效半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，巷道截面對(duì)無線傳輸?shù)挠绊戄^小。巷道截面一般在幾平方米至十幾平方米之間，因此，巷道截面對(duì)中頻及其以下頻率的無線傳輸影響較小，對(duì)高頻、甚高頻和特高頻的無線傳輸影響較大。首先，在井下移動(dòng)通信中，天線的發(fā)射效率低；其次，無線電波在井下巷道這樣一個(gè)特定的非自由空間傳播，決定電磁波傳播速度的煤巖層介電常數(shù)和磁導(dǎo)率變化很大，因而傳播速度也不斷發(fā)生變化；再次，由于巷道壁、井下障礙物等反射，形成反射波。因此，到達(dá)基站接收天線的信號(hào)不止一個(gè)，由于它們有著不同的幅度、相位和時(shí)延量，使到達(dá)基站接收的信號(hào)時(shí)大時(shí)小，造成多徑效應(yīng)的現(xiàn)象，使接收點(diǎn)的有用信號(hào)十分微弱。當(dāng)電波在巷道中傳播時(shí)，由于巷道壁的粗糙與傾斜，將引起電波損耗。當(dāng)頻率較低時(shí)，粗糙所引起的損耗較大；當(dāng)頻率較高時(shí)，傾斜所引起的損耗較大。煤礦井下空間窄小，機(jī)電設(shè)備相對(duì)集中、功率大。因此，電磁干擾嚴(yán)重，特別是大型機(jī)電設(shè)備啟停，架線電機(jī)車電火花等對(duì)通信設(shè)備干擾大。12/1/202210第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)3、煤礦井下無線通訊特點(diǎn)礦井巷道對(duì)電波的名稱甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號(hào)VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF頻率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波短波米波分米波厘米波毫米波波長(zhǎng)1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm傳播特性空間波為主地波為主地波與天波天波與地波空間波空間波空間波空間波主要用途海岸潛艇通信；遠(yuǎn)距離通信；超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航越洋通信；中距離通信；地下巖層通信；遠(yuǎn)距離導(dǎo)航船用通信；業(yè)余無線電通信；移動(dòng)通信；中距離導(dǎo)航遠(yuǎn)距離短波通信；國(guó)際定點(diǎn)通信電離層散射；流星余跡通信；人造電離層通信；對(duì)空間飛行體通信；移動(dòng)通信小容量微波中繼通信；對(duì)流層散射通信；中容量微波通信大容量微波中繼通信；數(shù)字通信；衛(wèi)星通信；國(guó)際海事衛(wèi)星通信再入大氣層時(shí)的通信；波導(dǎo)通信中國(guó)無線電頻率劃分及主要用途

12/1/202211第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)名稱甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號(hào)VLFLF二、射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介1、射頻識(shí)別技術(shù)概念1）射頻識(shí)別技術(shù)2）射頻的定義2、射頻識(shí)別系統(tǒng)原理及特點(diǎn)1）射頻識(shí)別系統(tǒng)組成和工作原理：信號(hào)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線2）射頻識(shí)別技術(shù)的基本工作原理3）射頻識(shí)別技術(shù)特點(diǎn)RFID（RadioFrequencyIdentification，射頻識(shí)別）技術(shù)是從20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸通信，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象的目的并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣的環(huán)境。最早應(yīng)用于通訊控制、高速公路、橋梁的自動(dòng)收費(fèi)以及安全領(lǐng)域。以前由于成本過高，影響了其向更廣的領(lǐng)域拓展。近十年來，隨著大規(guī)模集成電路制造工藝的不斷提高，芯片集成度越來越高，功能越來越強(qiáng)，元器件封裝不斷減小，使得射頻識(shí)別系統(tǒng)的成本大大降低，體積也大大減小，真正進(jìn)入到實(shí)用化階段，成為一種成熟的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱，每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。在電子學(xué)理論中，電流流過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng)；交變電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng)，被稱為電磁波。在電磁波頻率低于100kHz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不會(huì)形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100kHz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，把遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電流稱為射頻。

射頻識(shí)別系統(tǒng)一般都由信號(hào)發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)、發(fā)射接收天線幾部分組成，在射頻識(shí)別系統(tǒng)工作過程中，始終以能量作為基礎(chǔ)，通過一定的時(shí)序方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。（1）讀卡器將無線電載波信號(hào)經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射。（2）當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)后，激活、發(fā)射自身信息。（3）系統(tǒng)的接收天線接收標(biāo)簽發(fā)出的載波信號(hào)，經(jīng)天線的調(diào)節(jié)器傳輸給讀卡器、讀取信息并解碼后，送計(jì)算機(jī)控制器。（4）計(jì)算機(jī)控制器根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性，并做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照計(jì)算機(jī)的指令動(dòng)作。

讀取方便快捷、識(shí)別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更改、更好的安全性、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)通信。RFID是一種突破性的技術(shù)：第一：可以識(shí)別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識(shí)別一類物體；第二：其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三：可以同時(shí)對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行識(shí)讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。12/1/202212第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)二、射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介RFID（Radi三、射頻識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、RFID讀卡器1）讀卡器的基本功能2）讀卡器的分類3）讀卡器的工作方式讀卡器一般由天線、射頻模塊、讀寫模塊組成。

天線是發(fā)射和接收射頻載波信號(hào)的設(shè)備；

射頻模塊由射頻振蕩器、射頻處理器、射頻接收器以及前置放大器等組成，該模塊可接收和發(fā)射射頻載波；

讀寫模塊由放大器、解碼及糾錯(cuò)電路、微處理器、時(shí)鐘電路、標(biāo)準(zhǔn)接口以及電源組成，它可以接收射頻模塊傳輸?shù)男盘?hào)，解碼后獲得標(biāo)簽內(nèi)信息，可將要定稿標(biāo)簽的信息編碼后傳遞給射頻模塊，完成寫標(biāo)簽操作。根據(jù)使用用途，可將讀卡器劃分為工業(yè)讀卡器、固定式讀卡器、OEM讀卡器、便攜式讀卡器等。讀卡器的基本構(gòu)成

讀卡器主要有兩種工作方式，一種是TTF（TagTalksFirst，標(biāo)簽先發(fā)言），另一種是RTF（ReaderTalksFirst，讀卡器先發(fā)言），這是讀卡器的防沖突協(xié)議方式。一般標(biāo)簽處于“等待”或稱為“休眠”的工作狀態(tài)。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的作用范圍時(shí)，檢測(cè)到一定特征的射頻信號(hào)，便從“休眠”狀態(tài)轉(zhuǎn)到“接收”狀態(tài)，接收讀卡器發(fā)出的命令，進(jìn)行相應(yīng)的處理，并將結(jié)果返回給讀卡器。這類只有接收到讀卡器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的標(biāo)簽被稱為RTF方式；與此相反，進(jìn)入讀卡器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送自身系列號(hào)的標(biāo)簽被稱為TTF方式。TTF和RTF協(xié)議相比，TTF方式的標(biāo)簽具有識(shí)別速度快等特點(diǎn)，適用于需要高速應(yīng)用的場(chǎng)合；另外，它在噪聲環(huán)境中更穩(wěn)健，在處理標(biāo)簽數(shù)量動(dòng)態(tài)變化的場(chǎng)合也更為實(shí)用。因此，更適于工業(yè)環(huán)境的跟蹤和定位應(yīng)用。12/1/202213第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)三、射頻識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)讀卡器一般由天線2、RFID標(biāo)簽(又叫電子標(biāo)簽或智能標(biāo)簽，持久性、大容量）1）標(biāo)簽的基本組成2）標(biāo)簽的分類3）RFID標(biāo)簽的封裝一般標(biāo)簽由天線、調(diào)制器、編碼發(fā)生器、時(shí)鐘以及存儲(chǔ)器等組成，時(shí)鐘把所有電路功能時(shí)序化，以使存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)在精確的時(shí)間內(nèi)被傳送到讀卡器；存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)是應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)定的唯一性編碼，在標(biāo)簽被安裝在識(shí)別對(duì)象上以前已被定入，數(shù)據(jù)讀出時(shí)，編碼發(fā)生器把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)編碼，調(diào)制器接收由編碼器編碼后的信息，通過天線電路將此信息發(fā)射或反射到讀卡器。數(shù)據(jù)寫入時(shí)，由控制器控制將天線收到的信號(hào)解碼后寫入存儲(chǔ)器。（1）按供電方式：有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽；（2）按工作方式：主動(dòng)式和被動(dòng)式標(biāo)簽；（3）按讀寫方式：只讀型和讀寫型標(biāo)簽；（4）按工作頻率：分為低頻（30~300kHz）、中高頻（3~30MHz）、超高頻以及微波標(biāo)簽，其典型工作頻率為433.92MHz、862（902）~928MHz、1.45GHz、5.8GHz；（5）按作用距離：密耦合（＜1cm）、近耦合（約15cm）、疏耦合（約1m）及遠(yuǎn)距離（1m~10m，甚至更遠(yuǎn)）標(biāo)簽。標(biāo)簽的基本構(gòu)成

（1）封裝材質(zhì)：RFID標(biāo)簽的封裝材質(zhì)主要有紙標(biāo)簽、塑料標(biāo)簽和玻璃標(biāo)簽。（2）封裝形式根據(jù)標(biāo)簽不同的應(yīng)用場(chǎng)合，可將標(biāo)簽封裝成不同的形狀，使其滿足不同需要。主要形式有：信用卡和半信用卡標(biāo)簽，線形標(biāo)簽，盤形標(biāo)簽，自粘標(biāo)簽，片上線圈，其它如鑰匙扣形標(biāo)簽、手表形標(biāo)簽等。12/1/202214第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、RFID標(biāo)簽(又叫電子標(biāo)簽或智能標(biāo)簽，持久性、大容量）3、RFID天線1）選擇天線的主要參數(shù)2）讀卡器天線

（1）電感式系統(tǒng)的天線（2）微波系統(tǒng)的天線3）標(biāo)簽天線（1）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）（2）天線的增益（3）天線的極化（4）天線的波瓣寬度（5）天線的輸入阻抗Zin（6）有效長(zhǎng)度①電感式系統(tǒng)的天線的選擇原則。在讀卡器天線的設(shè)計(jì)或選擇必須滿足的條件有：一是天線線圈的電流電大，以用于產(chǎn)生最大的磁通量；二是功率匹配，以便最大程度地利用磁通量的可用通量；三是足夠的帶寬，保證載波信號(hào)的傳輸。②電感式系統(tǒng)的天線的連接方法。一是利用電流匹配來進(jìn)行連接，對(duì)于135kHz以下頻率范圍內(nèi)的典型的低成本讀卡器，高頻接口和天線線圈是相鄰安裝在一起的，甚至常常是在同一塊電路板上。二是通過同軸電纜饋接，對(duì)于超過1MHz以上的頻率或是135kHz頻率范圍內(nèi)較長(zhǎng)的導(dǎo)線長(zhǎng)度，通常都是使用屏蔽電纜，即同軸電纜。③品質(zhì)因數(shù)的影晌。電感讀卡器天線的品質(zhì)因數(shù)可通過線圈電阻與線圈電阻的歐姆損耗和/或串聯(lián)電阻的比值計(jì)算出來。讀卡器的基本構(gòu)成

微波系統(tǒng)所使用的天線類型是基于帶狀線技術(shù)的天線，即所謂的平面天線。這種天線的特點(diǎn)是建造高度較低并且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，能方便地使用光刻技術(shù)制造出來，有很高的可復(fù)制性，輻射器的基本元件是直角微帶導(dǎo)線組成的。為了得到不同的定向和極化效應(yīng)，可以用不同的方式把輻射器元件組合在一起。（1）標(biāo)簽天線應(yīng)具有的性能主要包括：一是體積足夠小；二是有全向或半球覆蓋的方向性；三是給標(biāo)簽提供能量；四是天線的極化能與讀卡器的查詢信號(hào)相匹配；五是價(jià)格便宜。（2）標(biāo)簽天線的形式考慮到天線的阻抗、輻射模式、局部結(jié)構(gòu)、作用距離等因素的影響，為了以最大功率傳輸，在標(biāo)簽中不應(yīng)該使用全向天線，而應(yīng)該使用方向性天線。因?yàn)樗哂懈俚妮椛淠Ｊ胶透俚姆祷負(fù)p耗干擾。12/1/202215第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)3、RFID天線（1）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）4、RFID防沖突方法1）RFID沖突產(chǎn)生的原因

對(duì)于讀卡器來說，信號(hào)沖突?？煞譃閮煞N：（1）讀卡器與讀卡器之間的干擾（2）多讀卡器到標(biāo)簽間的干擾2）防沖突的方法3）校驗(yàn)方式射頻讀卡器通過多種方式和標(biāo)簽傳送信息，通常讀卡器利用天線在周圍形成磁場(chǎng)，被動(dòng)標(biāo)簽從磁場(chǎng)中接收到能量然后將其信號(hào)發(fā)送給讀卡器，讀卡器將信息轉(zhuǎn)化成電子信息。有時(shí)信號(hào)太微弱，讓彼此傳遞的一方無法收到或辨識(shí)；有時(shí)信號(hào)太相近，造成接受端信號(hào)的混亂，一般RFID的讀卡器一次只能與一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行溝通，因而會(huì)有所謂沖突的問題。RFID的信號(hào)碰撞一般可分為標(biāo)簽信號(hào)碰撞以及讀卡器信號(hào)碰撞兩大類，前者是指一個(gè)讀卡器同時(shí)收到多個(gè)標(biāo)簽所返回的信號(hào)，造成讀卡器無法準(zhǔn)確判讀或造成誤讀，后者則是一個(gè)標(biāo)簽同時(shí)收到多個(gè)讀卡器所發(fā)出的命令以至于造成沖突。當(dāng)一個(gè)讀卡器發(fā)射較強(qiáng)的信號(hào)與射頻標(biāo)簽反射回的微弱信號(hào)相干擾時(shí)，就引起了讀卡器與讀卡器之間的干擾。讀卡器R1位于讀卡器R2干擾區(qū)。從射頻標(biāo)簽T1反射回的信號(hào)到達(dá)讀卡器R1，很容易被讀卡器R2發(fā)射的信號(hào)干擾。這種干擾即使兩個(gè)讀卡器閱讀范圍沒有重疊也有可能產(chǎn)生。讀卡器與讀卡器間的干擾當(dāng)多個(gè)讀卡器同時(shí)閱讀同一個(gè)標(biāo)簽時(shí)引起了多讀卡器到標(biāo)簽間的干擾，如圖6.8所示，兩個(gè)讀卡器閱讀范圍重疊。從讀卡器R1和R2發(fā)射的信號(hào)可能在射頻標(biāo)簽T1處產(chǎn)生干擾。在這種情況下，標(biāo)簽T1不能正常傳遞信號(hào)并且讀卡器R1和R2都不能閱讀T1。因?yàn)樽x卡器沖突，讀卡器R能閱讀標(biāo)簽T2和T3，但是不能閱讀標(biāo)簽T1。

（1）分址多任務(wù)（SDMA：SpaceDivisionMultipleAccess）：利用空間分割的方式來避免信號(hào)的沖突，多用以處理讀卡器的信號(hào)碰撞。（2）分頻多任務(wù)（FDMA：FrequencyDivisionMultipleAccess）：利用信號(hào)傳輸所使用的頻道進(jìn)行區(qū)分來避免信號(hào)碰撞的一種方法。（3）分時(shí)多任務(wù)（TDMA：TimeDivisionMultipleAccess）：是防信號(hào)碰撞中最常使用，也最成熟的一項(xiàng)技術(shù)，其原理是利用時(shí)間的差異，將可使用的通信時(shí)序分配給不同的標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，排定先后順序后依序與讀卡器進(jìn)行溝通。讀卡器到標(biāo)簽間的干擾為了防止數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，因干擾而產(chǎn)生誤碼，通訊協(xié)議中均對(duì)傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn)。讀卡器和標(biāo)簽之間的信號(hào)無線傳輸可采用LRC（LongitudinalRedundancyCheck，縱向冗余校驗(yàn)）檢驗(yàn)方式，避免讀卡器從空中拾取錯(cuò)誤的信號(hào)；讀卡器與分站之間采用CRC（CyclicRedundancyCheck，循環(huán)冗余校驗(yàn)）校驗(yàn)，保證傳輸數(shù)據(jù)的有效性。12/1/202216第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)4、RFID防沖突方法射頻讀卡器通過第三節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件1、目前常用的無線通信方式1）一般條件2）環(huán)境條件3）供電電源

煤礦井下人員定位系統(tǒng)一般由主機(jī)、傳輸接口、分站、標(biāo)識(shí)卡、電源箱、電纜、接線盒、避雷器和其他必要設(shè)備組成。（1）系統(tǒng)應(yīng)符合MT209、MT/T1004、MT/T1005、MT/T1007、MT/T1008、AQ6201、AQ1048等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，符合《國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局關(guān)于建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知（安監(jiān)總煤裝[2010]146號(hào)）》要求，系統(tǒng)中的其他設(shè)備應(yīng)符合有關(guān)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并按照經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及文件制造和成套。（2）中心站及入井電纜的入井口處應(yīng)具有防雷措施。（3）帽卡式標(biāo)識(shí)卡應(yīng)通過國(guó)家有關(guān)部門的檢測(cè)，并出具對(duì)人身健康無害的報(bào)告。條件機(jī)房、調(diào)度室的設(shè)備煤礦井下的設(shè)備環(huán)境溫度15℃~30℃0℃~40℃相對(duì)濕度40%~70%≤95%（25℃）大氣壓力80kPa~106kPa80kPa~106kPa環(huán)境條件GB/T2887規(guī)定的塵埃、照明、噪聲、電磁場(chǎng)干擾和接地條件有爆炸性氣體混合物，但無顯著振動(dòng)和沖擊、無破壞絕緣的腐蝕性氣體。溫度變化率小于10℃/h，且不得結(jié)露項(xiàng)目地面設(shè)備交流電源井下設(shè)備交流電源額定電壓380V/220V，允許偏差－10%~＋10%127V/380V/660V/1140V，允許偏差：－20%（－25%）~＋10%諧波≤5%≤10%頻率50Hz，允許偏差±5%50Hz，允許偏差±5%12/1/202217第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第三節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件二、系統(tǒng)要達(dá)到的主要功能1、監(jiān)測(cè)功能2、管理功能3、存儲(chǔ)和查詢功能4、顯示及打印功能5、人機(jī)對(duì)話及自診斷功能6、其他功能（1）具有攜卡人員出/入井時(shí)刻、出/入重點(diǎn)區(qū)域時(shí)刻、出/入限制區(qū)域時(shí)刻等監(jiān)測(cè)功能。（2）具有識(shí)別攜卡人員出/入巷道分支方向等功能。（3）能對(duì)乘坐電機(jī)車等各種運(yùn)輸工具的攜卡人員進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。（4）能識(shí)別多個(gè)同時(shí)進(jìn)入識(shí)別區(qū)域的標(biāo)識(shí)卡。（5）具有標(biāo)識(shí)卡工作是否正常和每位下井人員攜帶1張卡唯一性檢測(cè)功能。（1）系統(tǒng)應(yīng)具有漢字顯示和提示功能；（2）系統(tǒng)應(yīng)具有列表顯示功能；（3）系統(tǒng)應(yīng)具有模擬動(dòng)畫顯示功能；（4）系統(tǒng)應(yīng)具有系統(tǒng)設(shè)備布置圖顯示功能；（5）系統(tǒng)應(yīng)具有漢字報(bào)表、初始化參數(shù)召喚打印功能（定時(shí)打印功能可選）。（1）具有攜卡人員下井總數(shù)及人員、出/入井時(shí)刻、下井工作時(shí)間等，出/入重點(diǎn)區(qū)域總數(shù)及人員、出/入重點(diǎn)區(qū)域時(shí)刻、工作時(shí)間等，出/入限制區(qū)域總數(shù)及人員、出/入限制區(qū)域時(shí)刻、滯留時(shí)間等，特種作業(yè)人員等下井、進(jìn)入重點(diǎn)區(qū)域總數(shù)及人員、出/入時(shí)刻、工作時(shí)間等顯示、打印、查詢等功能，并具有超時(shí)人員總數(shù)及人員、超員人員總數(shù)及人員報(bào)警、顯示、打印、查詢等功能。（2）具有攜卡人員下井活動(dòng)路線顯示、打印、查詢、異常報(bào)警等功能。（3）具有攜卡人員卡號(hào)、姓名、身份證號(hào)、年齡、職務(wù)或工種、所在區(qū)隊(duì)班組、主要工作地點(diǎn)、每月下井次數(shù)、下井時(shí)間、每天下井情況等顯示、打印、查詢等功能。（4）有按部門、地域、時(shí)間、分站、人員等分類查詢、顯示、打印等功能。（1）具有上述信息的存儲(chǔ)功能；（2）具有查詢功能，查詢類別如下：按人員查詢；按時(shí)間查詢；按地域查詢；按識(shí)別區(qū)查詢；按超時(shí)報(bào)警查詢；按超員報(bào)警查詢；按限制區(qū)域報(bào)警查詢；按工作異常報(bào)警查詢；按人員分類查詢；按部門查詢；按工種查詢等。（3）具有防止修改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等存儲(chǔ)內(nèi)容（參數(shù)設(shè)置及頁(yè)面編輯除外）功能。（4）系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)備份功能。（5）分站應(yīng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。當(dāng)系統(tǒng)通信中斷時(shí)，分站存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)卡卡號(hào)和時(shí)刻；系統(tǒng)通信正常時(shí)，上傳至中心站。（1）具有人機(jī)對(duì)話功能，以便于系統(tǒng)生成、參數(shù)修改、功能調(diào)用、圖形編輯等。（2）具有操作權(quán)限管理功能，對(duì)參數(shù)設(shè)置等必須使用密碼操作，并具有操作記錄。（3）在任何顯示模式下，均可直接進(jìn)入所選的列表顯示、模擬圖顯示、打印、參數(shù)設(shè)置、頁(yè)面編輯、查詢等方式。（4）具有自診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)中分站、傳輸接口等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警并記錄故障時(shí)間和故障設(shè)備，以供查詢及打印。（1）主機(jī)應(yīng)具有雙機(jī)切換功能，及備用電源。（2）具有網(wǎng)絡(luò)接口、將有關(guān)信息上傳至各級(jí)主管部門。（3）具有軟件自監(jiān)視及容錯(cuò)功能。（4）具有實(shí)時(shí)多任務(wù)功能，對(duì)參數(shù)傳輸、處理、存儲(chǔ)和顯示等能周期循環(huán)運(yùn)行而不中斷。12/1/202218第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)二、系統(tǒng)要達(dá)到的主要功能（1）具有攜卡人員出/入井時(shí)刻、出/三、系統(tǒng)要達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)1）最大位移速度：≥5m/s；2）并發(fā)識(shí)別數(shù)量：≥80；3）漏讀率：≤10-4；4）最大傳輸距離：標(biāo)識(shí)卡與分站≥10m，分站至傳輸接口≥10km；5）最大監(jiān)控容量：分站數(shù)量8、16、32、64、128，標(biāo)識(shí)卡≥8000個(gè)；6）最大巡檢周期：≤30s；7）誤碼率：≤10-8；8）存儲(chǔ)時(shí)間：≥1a，主機(jī)故障時(shí)，丟失信息≤5min，分站數(shù)據(jù)≥2h；9）畫面響應(yīng)時(shí)間：調(diào)出整幅畫面85%的響應(yīng)時(shí)間≤2s，其余畫面≤5s；10）雙機(jī)切換時(shí)間：從工作主機(jī)故障到備用主機(jī)正常工作≤5min;11）標(biāo)識(shí)卡電池壽命：電池不可更換的標(biāo)識(shí)卡壽命≥2年，可更換的≥6個(gè)月12）標(biāo)識(shí)卡電池工作時(shí)間：每次充電應(yīng)能保證標(biāo)識(shí)卡連續(xù)工作時(shí)間≥7d13）備用電源工作時(shí)間：在電網(wǎng)停電后，備用電源≥2h；14）遠(yuǎn)程本安供電距離：≥2km。12/1/202219第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)三、系統(tǒng)要達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)11/30/202219第六章第四節(jié)常見的煤礦井下人員定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、KJ251煤礦井下人員定位系統(tǒng)1、系統(tǒng)的工作原理2、系統(tǒng)主要功能特點(diǎn)（有特色的幾點(diǎn)，其他見書本）3、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)（見書本）二、KJ101N煤礦井下人員定位系統(tǒng)三、KT23煤礦井下人員定位系統(tǒng)四、KJ-241煤礦井下人員定位系統(tǒng)人員隨身攜帶的標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入讀卡器工作區(qū)域被激活后（未進(jìn)入讀卡器工作區(qū)域標(biāo)識(shí)卡不工作，即處于休眠狀態(tài)），將人員編碼加密信息發(fā)射出去；讀卡器接收到標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的無線信號(hào)，經(jīng)分站接收處理后，提取出人員編碼相關(guān)信息，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口送至地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，完成礦井人員自動(dòng)跟蹤定位管理和考勤。分站工作原理

KJ251人員定位管理系統(tǒng)界面

（1）對(duì)井下人員可實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)；（8）單臺(tái)目標(biāo)讀卡器可瞬間同時(shí)識(shí)別200個(gè)以上的人員標(biāo)識(shí)卡。乘車出入的工作人員無需下車，在車輛進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域后，就可自動(dòng)完成人員定位及考勤功能。（9）識(shí)別區(qū)域無方向性、無盲區(qū)，對(duì)人體沒有傷害。（13）門禁功能。根據(jù)需要在煤礦井下限制員工進(jìn)入特殊區(qū)域。（14）報(bào)警功能?？梢詫?duì)下井人員限制出入時(shí)間及地點(diǎn)，如果超過授權(quán)時(shí)間或進(jìn)入未經(jīng)授權(quán)的地點(diǎn)都會(huì)觸發(fā)報(bào)警設(shè)備發(fā)出警示，以便控制人員迅速做出反映，采取安全措施。（15）系統(tǒng)可自動(dòng)生成人員信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理等方面的報(bào)表資料，提高管理效益。（17）系統(tǒng)具有人員活動(dòng)軌跡再現(xiàn)功能。KJ101N人員定位系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件兩部分組成，用于完成信息采集、識(shí)別、加工及其傳輸，由這兩部分軟件共同支撐著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。硬件系統(tǒng)由井下分站設(shè)備、發(fā)射天線、人員標(biāo)識(shí)卡組成。井下分站設(shè)備用于完成信息采集和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和信息化管理目標(biāo)。本系統(tǒng)是采用基于902-928MHz無源射頻卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的煤礦井下人員定位，可以有效消除有源射頻卡存在的安全隱患，是煤礦安全生產(chǎn)動(dòng)目標(biāo)定位系統(tǒng)的高性價(jià)比綜合解決方案。整個(gè)井下人員定位系統(tǒng)無線系統(tǒng)由礦用讀卡器（KJF38）、雙向中繼放大器（KLT10）、無源射頻卡、數(shù)據(jù)采集機(jī)、定位服務(wù)器、管理中心軟件等單元組成。KJ-241井下人員及設(shè)備定位系統(tǒng)設(shè)備主要包括：中心站主機(jī)、KJJ-1200型數(shù)據(jù)通訊箱、BFDZ-2型多功能分站、KWB-10型煤礦用無線標(biāo)識(shí)傳感器以及JHWK型煤礦用無線標(biāo)識(shí)卡。12/1/202220第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第四節(jié)常見的煤礦井下人員定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、KJ251煤礦井下習(xí)題1、簡(jiǎn)述煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備意義。2、簡(jiǎn)述煤礦井下人員定位系統(tǒng)組成及工作原理。3、簡(jiǎn)述煤礦井下人員定位系統(tǒng)分類及裝備要求。4、煤礦井下無線通訊的主要特點(diǎn)有哪些？5、簡(jiǎn)述射頻識(shí)別系統(tǒng)RFID原理。6、簡(jiǎn)述射頻識(shí)別系統(tǒng)RFID讀卡器及標(biāo)簽的分類。7、簡(jiǎn)述選擇射頻識(shí)別系統(tǒng)RFID天線的主要參數(shù)有哪些？8、簡(jiǎn)述煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要要求。12/1/202221第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)習(xí)題1、簡(jiǎn)述煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備意義。11第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)一、本章教學(xué)目的掌握煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備意義、組成及工作原理、分類；了解射頻識(shí)別技術(shù)的工作原理和讀卡器、標(biāo)簽、天線等組成部分；了解煤礦井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和常見的幾種煤礦井下人員定位系統(tǒng)等等。二、本章主要內(nèi)容第一節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)概述第二節(jié)煤礦井下無線通訊及射頻識(shí)別技術(shù)第三節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求第四節(jié)常見的煤礦井下人員定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

重點(diǎn)與難點(diǎn)：1、射頻識(shí)別技術(shù)的工作原理；2、射頻設(shè)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12/1/202222第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)一、本章教學(xué)目的11/30/20第一節(jié)概述一、煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備必要性及意義1、必要性

有利于日常井下人員管理和礦井事故發(fā)生后的井下救援工作?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知（國(guó)發(fā)[2010]23號(hào)）》要求煤礦和非煤礦山要安裝：監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)井下人員定位系統(tǒng)緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)壓風(fēng)自救系統(tǒng)供水施救系統(tǒng)通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)裝備要求于3年之內(nèi)完成。逾期未安裝的，依法暫扣安全生產(chǎn)許可證、生產(chǎn)許可證。12/1/202223第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第一節(jié)概述一、煤礦井下人員定位系統(tǒng)的裝備必要性及意義12、意義煤礦井下人員定位系統(tǒng)又稱煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)，是由地面監(jiān)控中心主計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)軟件支持下，通過數(shù)據(jù)傳輸接口和沿巷道鋪設(shè)的通訊光纜或電纜，無間斷、即時(shí)地對(duì)井下安裝的無線數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，無線數(shù)據(jù)采集器將自動(dòng)采集有效識(shí)別距離內(nèi)的標(biāo)識(shí)卡的信息，并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至地面中心站。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井人員位置、攜卡人員出入井時(shí)刻、重點(diǎn)區(qū)域出入時(shí)刻、限制區(qū)域出入時(shí)刻、工作時(shí)間、井下和重點(diǎn)區(qū)域人員數(shù)量、井下人員活動(dòng)路線等監(jiān)測(cè)、顯示、打印、存儲(chǔ)、查詢、異常報(bào)警、路徑跟蹤、管理等功能。充分利用礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，無須重復(fù)布線，僅需增加相應(yīng)的人員跟蹤定位無線數(shù)據(jù)采集基站、無線編碼發(fā)射器、人員跟蹤定位處理軟件即可實(shí)現(xiàn)。能夠清楚掌握每個(gè)人員在煤礦井下的位置及活動(dòng)軌跡，為事故搶險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。12/1/202224第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、意義11/30/20223第六章煤礦井下人員定位系

煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在遏制超定員生產(chǎn)、事故應(yīng)急救援、領(lǐng)導(dǎo)下井帶班管理、特種作業(yè)人員管理、井下作業(yè)人員考勤等方面發(fā)揮著重要作用。（1）遏制超定員生產(chǎn)；（2）防止人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域；（3）及時(shí)發(fā)現(xiàn)未按時(shí)升井人員；（4）加強(qiáng)特種作業(yè)人員管理；（5）加強(qiáng)干部帶班管理；（6）煤礦井下作業(yè)人員考勤管理；（7）應(yīng)急救援與事故調(diào)查技術(shù)支持（系統(tǒng)有2h備用電源、標(biāo)識(shí)卡電池7D）；（8）持證上崗管理；（9）具有緊急呼叫功能的系統(tǒng)；（10）減少工作量、提高工作效率；（11）加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部之間信息共享。

12/1/202225第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在遏制超定員生產(chǎn)、事故應(yīng)二、煤礦井下人員定位系統(tǒng)組成及工作原理1、組成：煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由標(biāo)識(shí)卡、位置監(jiān)測(cè)分站、電源箱（可與分站一體化）、傳輸接口、主機(jī)（含顯示器）、系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、打印機(jī)、大屏幕、UPS電源、遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)接口、電纜和接線盒等組成。

煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖12/1/202226第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)二、煤礦井下人員定位系統(tǒng)組成及工作原理煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系2、煤礦井下人員定位系統(tǒng)工作原理在井下需要進(jìn)行人員跟蹤的區(qū)域和巷道中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體需要放置一定數(shù)量的多功能分站，系統(tǒng)的分站是采集信號(hào)的關(guān)鍵部件，形成系統(tǒng)后，它將不斷地通過發(fā)射天線發(fā)出載波信號(hào)（尋找信號(hào)）。當(dāng)帶有標(biāo)識(shí)卡的職工通過分站附近時(shí)，它發(fā)出的固定頻率的電磁場(chǎng)將同標(biāo)識(shí)卡芯片里的諧振電路產(chǎn)生共振，這時(shí)，標(biāo)識(shí)卡芯片即被喚醒，原本處于“體眠狀態(tài)”的芯片被激活并將含有自身種類識(shí)別碼標(biāo)志（姓名、年齡、所屬單位、工種、通過時(shí)間等）的信息代碼調(diào)制到載波上經(jīng)卡內(nèi)天線發(fā)射出。安裝在分站里的讀卡模塊是采集射頻標(biāo)識(shí)卡的第一門戶通道，也是讀卡器中最重要的個(gè)功能部件。讀卡模塊內(nèi)部集成了無線接收電路及發(fā)生基波信號(hào)的功率輸出電路。它將接受到標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的識(shí)別碼信息在其內(nèi)部經(jīng)讀卡模塊的解調(diào)、帶通濾波整形后由輸出電路輸出序列串行信號(hào)

12/1/202227第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、煤礦井下人員定位系統(tǒng)工作原理11/30/20226第三、煤礦井下人員定位系統(tǒng)分類及裝備要求1、煤礦井下人員定位系統(tǒng)分類2、煤礦井下人員定位系統(tǒng)裝備要求1）按工作原理分：場(chǎng)強(qiáng)式、射頻標(biāo)簽式、其他。2）按信號(hào)傳輸方向分：?jiǎn)蜗?、半雙工、全雙工。3）按標(biāo)識(shí)卡結(jié)構(gòu)分：與礦燈一體、與手機(jī)一體、與BP機(jī)一體、帽卡、胸卡、腰卡、其他。4）按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類：獨(dú)立式、與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)一體、與煤礦井下移動(dòng)通信系統(tǒng)一體、其他。5）按標(biāo)識(shí)卡供電方式分：有源卡、無源卡。6）按標(biāo)識(shí)卡的工作頻率分：特高頻（300MHz~3GHz）、超高頻（3GHz~30GHz）、其他。7）按功能分：非連續(xù)監(jiān)測(cè)式、連續(xù)監(jiān)測(cè)式、其他。（1）各個(gè)人員出入井口、采掘工作面等重點(diǎn)區(qū)域出/入口、盲巷等限制區(qū)域等地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置分站，并能滿足相關(guān)要求。（2）巷道分支處應(yīng)設(shè)置分站，并能滿足監(jiān)測(cè)攜卡人員出/入方向的要求。（3）下井人員應(yīng)攜帶標(biāo)識(shí)卡。標(biāo)識(shí)卡嚴(yán)禁擅自拆開。（4）工作不正常的標(biāo)識(shí)卡嚴(yán)禁使用。兩個(gè)多10%。（5）礦調(diào)度室應(yīng)設(shè)置顯示設(shè)備，顯示井下人員位置等。（6）設(shè)正常和唯一性檢測(cè)的裝置，可采用虹膜、人臉等自動(dòng)檢測(cè)方法。煤礦井下人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)卡正常工作和下井人員每人一張卡，且僅攜帶表明自己身份的卡，是遏制超能力生產(chǎn)、加強(qiáng)煤礦井下作業(yè)人員管理、為應(yīng)急救援提供技術(shù)支持的必要條件。12/1/202228第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)三、煤礦井下人員定位系統(tǒng)分類及裝備要求1）按工作原理分：場(chǎng)強(qiáng)第二節(jié)礦井下無線通訊及射頻識(shí)別技術(shù)一、煤礦井下無線通訊技術(shù)1、目前常用的無線通信方式1）藍(lán)牙技術(shù)2）紅外技術(shù)3）超寬頻技術(shù)（UWB）4）Wi-Fi技術(shù)5）Zigbee技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)是一種全球通用的小范圍無線通信技術(shù)，是針對(duì)目前近距離便攜式器件之間的紅外線鏈路（IrDA）而提出的，是低成本、短距離無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)用，其主要目標(biāo)是提供一個(gè)全世界通行的無線傳輸環(huán)境，通過無線電波來實(shí)現(xiàn)所有移動(dòng)設(shè)備之間的信息傳輸服務(wù)。

優(yōu)點(diǎn)：藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用紅外線收發(fā)器連接雖然能免去電線或電纜的連接；

缺點(diǎn)：距離只限于1~2m，而且必須在視線上直接對(duì)準(zhǔn)，中間不能有任何阻擋，同時(shí)直限于在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行連接，不能同時(shí)連接更多的設(shè)備。

紅外技術(shù)是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：是無須申請(qǐng)頻率使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉；體積小，功耗低，連接方便，簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)；由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，因而適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)；紅外線發(fā)射角度較小，傳輸安全性高。

不足：它是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于兩臺(tái)設(shè)備之間的連接。超寬頻技術(shù)（UltraWideBand，UWB）是一種獨(dú)特的、很有前景的無線通信技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)在時(shí)域中以納秒級(jí)的非正旋波窄脈沖信號(hào)為載波，因而在領(lǐng)域中具有扁平的很寬的頻譜，目前建議標(biāo)準(zhǔn)的帶寬為55Mb/s，通過調(diào)頻避免與其他無線信號(hào)的沖突；由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且成本低，在家用方面很有市場(chǎng)。

缺點(diǎn)：可能會(huì)成為潛在的干擾源，同時(shí)由于功率限制，傳輸距離短，只有10m左右的距離。Wi-Fi（wirelessfidelity，無線保真）即802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)工作在2.4GHz的頻帶，采用CCK調(diào)制技術(shù)，傳輸速率最高分別可達(dá)到11Mbit/s和54Mbit/s。Wi-Fi是由AP（AccessPoint，無線訪問節(jié)點(diǎn)）和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)點(diǎn)：速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域，通訊距離可達(dá)305m，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76m到122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合；可移動(dòng)性、價(jià)格低廉?；贗EEE802.15.4協(xié)議規(guī)定的ZigBee技術(shù)是一種新興的無線通信技術(shù)：蜜蜂（bee）+“嗡嗡”（zig）優(yōu)點(diǎn)：近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率（工作速率大約為20~250kb/s）、低成本（不到藍(lán)牙的1/10）、安全（提供了三級(jí)安全模式）以及自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與自主路由。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，支持地理定位功能，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)方案，可以嵌入許多其它的設(shè)備。12/1/202229第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第二節(jié)礦井下無線通訊及射頻識(shí)別技術(shù)一、煤礦井下無線通訊技術(shù)2、影響煤礦井下定位的主要因素（1）多徑傳播（2）多址干擾（3）信號(hào)同步誤差無線信號(hào)的多徑傳播現(xiàn)象會(huì)使得基于角度和時(shí)間的定位方法產(chǎn)生較大的誤差，主要原因是多徑傳播會(huì)對(duì)測(cè)量代表收發(fā)雙方實(shí)際距離和方位的直射路徑（LOS）信號(hào)的角度和時(shí)延產(chǎn)生較大的干擾。多址干擾是影響系統(tǒng)性能和容量的主要因素，當(dāng)對(duì)定位信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，多址干擾的存在仍然會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的干擾。但是目前大多數(shù)效果較好的多用戶檢測(cè)算法當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)，其運(yùn)算量非常大，實(shí)現(xiàn)較為困難。在進(jìn)行TOA估計(jì)的過程中，信號(hào)時(shí)間延遲的估計(jì)精度與估計(jì)過程中參考信號(hào)和接收信號(hào)之間的同步程度有關(guān)，即檢測(cè)到的信號(hào)峰值是否為真正的峰值點(diǎn)，特別是對(duì)于多徑傳播環(huán)境下，如何在相關(guān)波形中獲取較好的相關(guān)峰值點(diǎn)很重要。當(dāng)接收信號(hào)和參考信號(hào)的同步較差時(shí)，會(huì)展寬相關(guān)波形，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的旁瓣，這些對(duì)TOA估計(jì)的影響很大。因此，在設(shè)計(jì)人員定位系統(tǒng)之前必須對(duì)巷道內(nèi)無線通訊環(huán)境進(jìn)行分析。12/1/202230第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、影響煤礦井下定位的主要因素?zé)o線信號(hào)3、煤礦井下無線通訊特點(diǎn)（1）衰減與頻率的關(guān)系（2）衰減與曲率的關(guān)系（3）巷道半徑對(duì)無線傳輸?shù)挠绊懀?）衰減與粗糙度、傾斜度的關(guān)系（5）接收點(diǎn)有用信號(hào)十分微弱（6）井下環(huán)境機(jī)電噪聲干擾嚴(yán)重礦井巷道對(duì)電波的自由傳播可視為帶阻型。在甚低頻段以及低頻、中頻的低端，衰減隨頻率增加而增大；在中頻高端和高頻段，衰減達(dá)到最大，30MHZ的電波的衰減最大，最不利于傳輸；進(jìn)入高頻后，衰減隨頻率上升而減小。頻率越高，傳輸衰減越小，但當(dāng)頻率升高時(shí)，電波的拐彎能力變差，拐角處的損耗增大，傳輸距離減小。衰減隨著巷道曲率增加而增大。通過對(duì)礦井無線傳輸特點(diǎn)的分析，可以看出，特低頻、甚低頻、特高頻頻段衰減最小，拐角損耗隨著頻率的升高而逐漸增大。中頻段借助于感應(yīng)體傳輸距離也可以達(dá)到1000m以上，但由于工作頻率較低時(shí)，易受工頻電磁干擾，且信道容量小，要求發(fā)射機(jī)功率大，無線體積大。特別是中頻感應(yīng)通信，當(dāng)感應(yīng)線發(fā)生故障或無縱向?qū)w時(shí)，通信距離大大減小。因此，礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)不適合選用頻率較低的工作頻率。礦井無線傳輸受巷道截面等效半徑與波長(zhǎng)的比值影響，比值越大，傳輸衰減越小，巷道斷面大對(duì)通信有利。巷道截面對(duì)無線傳輸影響程度與波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)巷道截面等效半徑與波長(zhǎng)相差不大于10倍時(shí)（大于或小于），巷道截面尺寸對(duì)無線傳輸?shù)挠绊懽畲?，?dāng)巷道截面等效半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，巷道截面對(duì)無線傳輸?shù)挠绊戄^小。巷道截面一般在幾平方米至十幾平方米之間，因此，巷道截面對(duì)中頻及其以下頻率的無線傳輸影響較小，對(duì)高頻、甚高頻和特高頻的無線傳輸影響較大。首先，在井下移動(dòng)通信中，天線的發(fā)射效率低；其次，無線電波在井下巷道這樣一個(gè)特定的非自由空間傳播，決定電磁波傳播速度的煤巖層介電常數(shù)和磁導(dǎo)率變化很大，因而傳播速度也不斷發(fā)生變化；再次，由于巷道壁、井下障礙物等反射，形成反射波。因此，到達(dá)基站接收天線的信號(hào)不止一個(gè)，由于它們有著不同的幅度、相位和時(shí)延量，使到達(dá)基站接收的信號(hào)時(shí)大時(shí)小，造成多徑效應(yīng)的現(xiàn)象，使接收點(diǎn)的有用信號(hào)十分微弱。當(dāng)電波在巷道中傳播時(shí)，由于巷道壁的粗糙與傾斜，將引起電波損耗。當(dāng)頻率較低時(shí)，粗糙所引起的損耗較大；當(dāng)頻率較高時(shí)，傾斜所引起的損耗較大。煤礦井下空間窄小，機(jī)電設(shè)備相對(duì)集中、功率大。因此，電磁干擾嚴(yán)重，特別是大型機(jī)電設(shè)備啟停，架線電機(jī)車電火花等對(duì)通信設(shè)備干擾大。12/1/202231第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)3、煤礦井下無線通訊特點(diǎn)礦井巷道對(duì)電波的名稱甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號(hào)VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF頻率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波短波米波分米波厘米波毫米波波長(zhǎng)1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm傳播特性空間波為主地波為主地波與天波天波與地波空間波空間波空間波空間波主要用途海岸潛艇通信；遠(yuǎn)距離通信；超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航越洋通信；中距離通信；地下巖層通信；遠(yuǎn)距離導(dǎo)航船用通信；業(yè)余無線電通信；移動(dòng)通信；中距離導(dǎo)航遠(yuǎn)距離短波通信；國(guó)際定點(diǎn)通信電離層散射；流星余跡通信；人造電離層通信；對(duì)空間飛行體通信；移動(dòng)通信小容量微波中繼通信；對(duì)流層散射通信；中容量微波通信大容量微波中繼通信；數(shù)字通信；衛(wèi)星通信；國(guó)際海事衛(wèi)星通信再入大氣層時(shí)的通信；波導(dǎo)通信中國(guó)無線電頻率劃分及主要用途

12/1/202232第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)名稱甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號(hào)VLFLF二、射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介1、射頻識(shí)別技術(shù)概念1）射頻識(shí)別技術(shù)2）射頻的定義2、射頻識(shí)別系統(tǒng)原理及特點(diǎn)1）射頻識(shí)別系統(tǒng)組成和工作原理：信號(hào)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線2）射頻識(shí)別技術(shù)的基本工作原理3）射頻識(shí)別技術(shù)特點(diǎn)RFID（RadioFrequencyIdentification，射頻識(shí)別）技術(shù)是從20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸通信，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象的目的并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣的環(huán)境。最早應(yīng)用于通訊控制、高速公路、橋梁的自動(dòng)收費(fèi)以及安全領(lǐng)域。以前由于成本過高，影響了其向更廣的領(lǐng)域拓展。近十年來，隨著大規(guī)模集成電路制造工藝的不斷提高，芯片集成度越來越高，功能越來越強(qiáng)，元器件封裝不斷減小，使得射頻識(shí)別系統(tǒng)的成本大大降低，體積也大大減小，真正進(jìn)入到實(shí)用化階段，成為一種成熟的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱，每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。在電子學(xué)理論中，電流流過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng)；交變電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng)，被稱為電磁波。在電磁波頻率低于100kHz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不會(huì)形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100kHz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，把遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電流稱為射頻。

射頻識(shí)別系統(tǒng)一般都由信號(hào)發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)、發(fā)射接收天線幾部分組成，在射頻識(shí)別系統(tǒng)工作過程中，始終以能量作為基礎(chǔ)，通過一定的時(shí)序方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。（1）讀卡器將無線電載波信號(hào)經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射。（2）當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)后，激活、發(fā)射自身信息。（3）系統(tǒng)的接收天線接收標(biāo)簽發(fā)出的載波信號(hào)，經(jīng)天線的調(diào)節(jié)器傳輸給讀卡器、讀取信息并解碼后，送計(jì)算機(jī)控制器。（4）計(jì)算機(jī)控制器根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性，并做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照計(jì)算機(jī)的指令動(dòng)作。

讀取方便快捷、識(shí)別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更改、更好的安全性、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)通信。RFID是一種突破性的技術(shù)：第一：可以識(shí)別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識(shí)別一類物體；第二：其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三：可以同時(shí)對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行識(shí)讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。12/1/202233第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)二、射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介RFID（Radi三、射頻識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、RFID讀卡器1）讀卡器的基本功能2）讀卡器的分類3）讀卡器的工作方式讀卡器一般由天線、射頻模塊、讀寫模塊組成。

天線是發(fā)射和接收射頻載波信號(hào)的設(shè)備；

射頻模塊由射頻振蕩器、射頻處理器、射頻接收器以及前置放大器等組成，該模塊可接收和發(fā)射射頻載波；

讀寫模塊由放大器、解碼及糾錯(cuò)電路、微處理器、時(shí)鐘電路、標(biāo)準(zhǔn)接口以及電源組成，它可以接收射頻模塊傳輸?shù)男盘?hào)，解碼后獲得標(biāo)簽內(nèi)信息，可將要定稿標(biāo)簽的信息編碼后傳遞給射頻模塊，完成寫標(biāo)簽操作。根據(jù)使用用途，可將讀卡器劃分為工業(yè)讀卡器、固定式讀卡器、OEM讀卡器、便攜式讀卡器等。讀卡器的基本構(gòu)成

讀卡器主要有兩種工作方式，一種是TTF（TagTalksFirst，標(biāo)簽先發(fā)言），另一種是RTF（ReaderTalksFirst，讀卡器先發(fā)言），這是讀卡器的防沖突協(xié)議方式。一般標(biāo)簽處于“等待”或稱為“休眠”的工作狀態(tài)。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的作用范圍時(shí)，檢測(cè)到一定特征的射頻信號(hào)，便從“休眠”狀態(tài)轉(zhuǎn)到“接收”狀態(tài)，接收讀卡器發(fā)出的命令，進(jìn)行相應(yīng)的處理，并將結(jié)果返回給讀卡器。這類只有接收到讀卡器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的標(biāo)簽被稱為RTF方式；與此相反，進(jìn)入讀卡器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送自身系列號(hào)的標(biāo)簽被稱為TTF方式。TTF和RTF協(xié)議相比，TTF方式的標(biāo)簽具有識(shí)別速度快等特點(diǎn)，適用于需要高速應(yīng)用的場(chǎng)合；另外，它在噪聲環(huán)境中更穩(wěn)健，在處理標(biāo)簽數(shù)量動(dòng)態(tài)變化的場(chǎng)合也更為實(shí)用。因此，更適于工業(yè)環(huán)境的跟蹤和定位應(yīng)用。12/1/202234第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)三、射頻識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)讀卡器一般由天線2、RFID標(biāo)簽(又叫電子標(biāo)簽或智能標(biāo)簽，持久性、大容量）1）標(biāo)簽的基本組成2）標(biāo)簽的分類3）RFID標(biāo)簽的封裝一般標(biāo)簽由天線、調(diào)制器、編碼發(fā)生器、時(shí)鐘以及存儲(chǔ)器等組成，時(shí)鐘把所有電路功能時(shí)序化，以使存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)在精確的時(shí)間內(nèi)被傳送到讀卡器；存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)是應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)定的唯一性編碼，在標(biāo)簽被安裝在識(shí)別對(duì)象上以前已被定入，數(shù)據(jù)讀出時(shí)，編碼發(fā)生器把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)編碼，調(diào)制器接收由編碼器編碼后的信息，通過天線電路將此信息發(fā)射或反射到讀卡器。數(shù)據(jù)寫入時(shí)，由控制器控制將天線收到的信號(hào)解碼后寫入存儲(chǔ)器。（1）按供電方式：有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽；（2）按工作方式：主動(dòng)式和被動(dòng)式標(biāo)簽；（3）按讀寫方式：只讀型和讀寫型標(biāo)簽；（4）按工作頻率：分為低頻（30~300kHz）、中高頻（3~30MHz）、超高頻以及微波標(biāo)簽，其典型工作頻率為433.92MHz、862（902）~928MHz、1.45GHz、5.8GHz；（5）按作用距離：密耦合（＜1cm）、近耦合（約15cm）、疏耦合（約1m）及遠(yuǎn)距離（1m~10m，甚至更遠(yuǎn)）標(biāo)簽。標(biāo)簽的基本構(gòu)成

（1）封裝材質(zhì)：RFID標(biāo)簽的封裝材質(zhì)主要有紙標(biāo)簽、塑料標(biāo)簽和玻璃標(biāo)簽。（2）封裝形式根據(jù)標(biāo)簽不同的應(yīng)用場(chǎng)合，可將標(biāo)簽封裝成不同的形狀，使其滿足不同需要。主要形式有：信用卡和半信用卡標(biāo)簽，線形標(biāo)簽，盤形標(biāo)簽，自粘標(biāo)簽，片上線圈，其它如鑰匙扣形標(biāo)簽、手表形標(biāo)簽等。12/1/202235第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)2、RFID標(biāo)簽(又叫電子標(biāo)簽或智能標(biāo)簽，持久性、大容量）3、RFID天線1）選擇天線的主要參數(shù)2）讀卡器天線

（1）電感式系統(tǒng)的天線（2）微波系統(tǒng)的天線3）標(biāo)簽天線（1）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）（2）天線的增益（3）天線的極化（4）天線的波瓣寬度（5）天線的輸入阻抗Zin（6）有效長(zhǎng)度①電感式系統(tǒng)的天線的選擇原則。在讀卡器天線的設(shè)計(jì)或選擇必須滿足的條件有：一是天線線圈的電流電大，以用于產(chǎn)生最大的磁通量；二是功率匹配，以便最大程度地利用磁通量的可用通量；三是足夠的帶寬，保證載波信號(hào)的傳輸。②電感式系統(tǒng)的天線的連接方法。一是利用電流匹配來進(jìn)行連接，對(duì)于135kHz以下頻率范圍內(nèi)的典型的低成本讀卡器，高頻接口和天線線圈是相鄰安裝在一起的，甚至常常是在同一塊電路板上。二是通過同軸電纜饋接，對(duì)于超過1MHz以上的頻率或是135kHz頻率范圍內(nèi)較長(zhǎng)的導(dǎo)線長(zhǎng)度，通常都是使用屏蔽電纜，即同軸電纜。③品質(zhì)因數(shù)的影晌。電感讀卡器天線的品質(zhì)因數(shù)可通過線圈電阻與線圈電阻的歐姆損耗和/或串聯(lián)電阻的比值計(jì)算出來。讀卡器的基本構(gòu)成

微波系統(tǒng)所使用的天線類型是基于帶狀線技術(shù)的天線，即所謂的平面天線。這種天線的特點(diǎn)是建造高度較低并且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，能方便地使用光刻技術(shù)制造出來，有很高的可復(fù)制性，輻射器的基本元件是直角微帶導(dǎo)線組成的。為了得到不同的定向和極化效應(yīng)，可以用不同的方式把輻射器元件組合在一起。（1）標(biāo)簽天線應(yīng)具有的性能主要包括：一是體積足夠??；二是有全向或半球覆蓋的方向性；三是給標(biāo)簽提供能量；四是天線的極化能與讀卡器的查詢信號(hào)相匹配；五是價(jià)格便宜。（2）標(biāo)簽天線的形式考慮到天線的阻抗、輻射模式、局部結(jié)構(gòu)、作用距離等因素的影響，為了以最大功率傳輸，在標(biāo)簽中不應(yīng)該使用全向天線，而應(yīng)該使用方向性天線。因?yàn)樗哂懈俚妮椛淠Ｊ胶透俚姆祷負(fù)p耗干擾。12/1/202236第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)3、RFID天線（1）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）4、RFID防沖突方法1）RFID沖突產(chǎn)生的原因

對(duì)于讀卡器來說，信號(hào)沖突?？煞譃閮煞N：（1）讀卡器與讀卡器之間的干擾（2）多讀卡器到標(biāo)簽間的干擾2）防沖突的方法3）校驗(yàn)方式射頻讀卡器通過多種方式和標(biāo)簽傳送信息，通常讀卡器利用天線在周圍形成磁場(chǎng)，被動(dòng)標(biāo)簽從磁場(chǎng)中接收到能量然后將其信號(hào)發(fā)送給讀卡器，讀卡器將信息轉(zhuǎn)化成電子信息。有時(shí)信號(hào)太微弱，讓彼此傳遞的一方無法收到或辨識(shí)；有時(shí)信號(hào)太相近，造成接受端信號(hào)的混亂，一般RFID的讀卡器一次只能與一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行溝通，因而會(huì)有所謂沖突的問題。RFID的信號(hào)碰撞一般可分為標(biāo)簽信號(hào)碰撞以及讀卡器信號(hào)碰撞兩大類，前者是指一個(gè)讀卡器同時(shí)收到多個(gè)標(biāo)簽所返回的信號(hào)，造成讀卡器無法準(zhǔn)確判讀或造成誤讀，后者則是一個(gè)標(biāo)簽同時(shí)收到多個(gè)讀卡器所發(fā)出的命令以至于造成沖突。當(dāng)一個(gè)讀卡器發(fā)射較強(qiáng)的信號(hào)與射頻標(biāo)簽反射回的微弱信號(hào)相干擾時(shí)，就引起了讀卡器與讀卡器之間的干擾。讀卡器R1位于讀卡器R2干擾區(qū)。從射頻標(biāo)簽T1反射回的信號(hào)到達(dá)讀卡器R1，很容易被讀卡器R2發(fā)射的信號(hào)干擾。這種干擾即使兩個(gè)讀卡器閱讀范圍沒有重疊也有可能產(chǎn)生。讀卡器與讀卡器間的干擾當(dāng)多個(gè)讀卡器同時(shí)閱讀同一個(gè)標(biāo)簽時(shí)引起了多讀卡器到標(biāo)簽間的干擾，如圖6.8所示，兩個(gè)讀卡器閱讀范圍重疊。從讀卡器R1和R2發(fā)射的信號(hào)可能在射頻標(biāo)簽T1處產(chǎn)生干擾。在這種情況下，標(biāo)簽T1不能正常傳遞信號(hào)并且讀卡器R1和R2都不能閱讀T1。因?yàn)樽x卡器沖突，讀卡器R能閱讀標(biāo)簽T2和T3，但是不能閱讀標(biāo)簽T1。

（1）分址多任務(wù)（SDMA：SpaceDivisionMultipleAccess）：利用空間分割的方式來避免信號(hào)的沖突，多用以處理讀卡器的信號(hào)碰撞。（2）分頻多任務(wù)（FDMA：FrequencyDivisionMultipleAccess）：利用信號(hào)傳輸所使用的頻道進(jìn)行區(qū)分來避免信號(hào)碰撞的一種方法。（3）分時(shí)多任務(wù)（TDMA：TimeDivisionMultipleAccess）：是防信號(hào)碰撞中最常使用，也最成熟的一項(xiàng)技術(shù)，其原理是利用時(shí)間的差異，將可使用的通信時(shí)序分配給不同的標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，排定先后順序后依序與讀卡器進(jìn)行溝通。讀卡器到標(biāo)簽間的干擾為了防止數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，因干擾而產(chǎn)生誤碼，通訊協(xié)議中均對(duì)傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn)。讀卡器和標(biāo)簽之間的信號(hào)無線傳輸可采用LRC（LongitudinalRedundancyCheck，縱向冗余校驗(yàn)）檢驗(yàn)方式，避免讀卡器從空中拾取錯(cuò)誤的信號(hào)；讀卡器與分站之間采用CRC（CyclicRedundancyCheck，循環(huán)冗余校驗(yàn)）校驗(yàn)，保證傳輸數(shù)據(jù)的有效性。12/1/202237第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)4、RFID防沖突方法射頻讀卡器通過第三節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件1、目前常用的無線通信方式1）一般條件2）環(huán)境條件3）供電電源

煤礦井下人員定位系統(tǒng)一般由主機(jī)、傳輸接口、分站、標(biāo)識(shí)卡、電源箱、電纜、接線盒、避雷器和其他必要設(shè)備組成。（1）系統(tǒng)應(yīng)符合MT209、MT/T1004、MT/T1005、MT/T1007、MT/T1008、AQ6201、AQ1048等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，符合《國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局關(guān)于建設(shè)完善煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的通知（安監(jiān)總煤裝[2010]146號(hào)）》要求，系統(tǒng)中的其他設(shè)備應(yīng)符合有關(guān)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并按照經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及文件制造和成套。（2）中心站及入井電纜的入井口處應(yīng)具有防雷措施。（3）帽卡式標(biāo)識(shí)卡應(yīng)通過國(guó)家有關(guān)部門的檢測(cè)，并出具對(duì)人身健康無害的報(bào)告。條件機(jī)房、調(diào)度室的設(shè)備煤礦井下的設(shè)備環(huán)境溫度15℃~30℃0℃~40℃相對(duì)濕度40%~70%≤95%（25℃）大氣壓力80kPa~106kPa80kPa~106kPa環(huán)境條件GB/T2887規(guī)定的塵埃、照明、噪聲、電磁場(chǎng)干擾和接地條件有爆炸性氣體混合物，但無顯著振動(dòng)和沖擊、無破壞絕緣的腐蝕性氣體。溫度變化率小于10℃/h，且不得結(jié)露項(xiàng)目地面設(shè)備交流電源井下設(shè)備交流電源額定電壓380V/220V，允許偏差－10%~＋10%127V/380V/660V/1140V，允許偏差：－20%（－25%）~＋10%諧波≤5%≤10%頻率50Hz，允許偏差±5%50Hz，允許偏差±5%12/1/202238第六章煤礦井下人員定位系統(tǒng)第三節(jié)煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件二、系統(tǒng)要達(dá)到的主要功能1、監(jiān)測(cè)功能2、管理功能3、存儲(chǔ)和查詢功能4、顯示及