為解決目前露天煤礦普遍安裝的人員定位系統(tǒng)只能進(jìn)行區(qū)域人員定位的問題，同時(shí)解決現(xiàn)有的**人員定位系統(tǒng)建設(shè)成本投入太高的問題，提出了采掘面和關(guān)鍵區(qū)域**定位和其他地方區(qū)域定位相結(jié)合的方案，甚至可以融合現(xiàn)有的區(qū)域人員定位系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用UWB超寬帶技術(shù)為定位測(cè)量技術(shù)，理論精度達(dá)到0.1米。有專門的人員定位監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件，進(jìn)行定位信息的處理，功能涵蓋現(xiàn)有人員定位系統(tǒng)的功能，并能融合現(xiàn)有區(qū)域定位數(shù)據(jù)，系統(tǒng)同時(shí)還提供調(diào)度通訊的功能。

系統(tǒng)由人員調(diào)度通訊定位終端（人攜帶）、**定位錨點(diǎn)、區(qū)域定位錨點(diǎn)、***器、傳輸分站、光纖、電源、礦用本安電源箱、調(diào)度***服務(wù)器、人員定位系統(tǒng)分析平臺(tái)軟件等幾部分組成。

**定位采用UWB(UltraWideband)超寬帶，頻帶為3.1-10.6GHz，帶寬大于500MHz，時(shí)域上表現(xiàn)為時(shí)間極短(＜2nS)的脈沖。

模塊A相當(dāng)于安裝在人員調(diào)度定位終端里，模塊B相當(dāng)于安裝在**定位錨點(diǎn)里，**定位錨點(diǎn)按照固定坐標(biāo)值，按一定間隔安裝。

UWB定位技術(shù)采用的是TOF（飛行時(shí)差）測(cè)距，TOF測(cè)距方法屬于雙向測(cè)距技術(shù)，它主要利用信號(hào)在兩個(gè)收發(fā)機(jī)之間飛行時(shí)間來測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的距離。模塊從啟動(dòng)開始即會(huì)生成一條獨(dú)立的時(shí)間戳。模塊A的發(fā)射機(jī)在其時(shí)間戳上的a1發(fā)射請(qǐng)求性質(zhì)的脈沖信號(hào)，模塊B在b2時(shí)刻發(fā)射一個(gè)響應(yīng)性質(zhì)的信號(hào)，被模塊A在自己的時(shí)間戳a2時(shí)刻接收。

人員調(diào)度定位終端不斷在獲取UWB定位錨點(diǎn)ID和距離信息，從報(bào)文信息中判斷本次測(cè)距通信的UWB錨點(diǎn)數(shù)量為1還是大于1，若是1，則存儲(chǔ)一條**定位信息，若是2，則拆分成兩個(gè)**定位信息存儲(chǔ)。

人員調(diào)度定位終端將在第一次進(jìn)入某個(gè)區(qū)域定位錨點(diǎn)區(qū)域、離開某個(gè)區(qū)域定位錨點(diǎn)區(qū)域、切換到新的區(qū)域定位錨點(diǎn)三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的時(shí)間形成區(qū)域定位信息，并將區(qū)域定位信息存儲(chǔ)后在LoRa網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)將區(qū)域定位信息上傳給分站和***器。

人員調(diào)度定位終端在第一次搜到區(qū)域定位錨點(diǎn)之后，記錄當(dāng)前時(shí)間和區(qū)域定位錨點(diǎn)ID信息。

若后面最長10S時(shí)間內(nèi)能夠持續(xù)搜到同一個(gè)ID的區(qū)域定位錨點(diǎn)，則不做處理，若10S時(shí)間后沒有搜到同一個(gè)ID的區(qū)域定位錨點(diǎn)，則記錄當(dāng)前時(shí)間-10S和區(qū)域定位錨點(diǎn)ID信息。若在10S時(shí)間內(nèi)搜到另一個(gè)區(qū)域定位錨點(diǎn)，則立即記錄當(dāng)前時(shí)間和**的區(qū)域定位錨點(diǎn)ID信息，并按**區(qū)域定位錨點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行10S間隔判斷。

區(qū)域定位錨點(diǎn)信息的獲取功能由人員調(diào)度定位終端上的2.4GRFID模塊實(shí)現(xiàn)，2.4GRFID模塊會(huì)將狀態(tài)變化情況（經(jīng)過的錨點(diǎn)信息、游離狀態(tài)、更換錨點(diǎn)）通過串口發(fā)送給主控制，主控制緩沖后，通過LoRa將區(qū)域定位信息進(jìn)行上報(bào)給***器。

項(xiàng)目實(shí)施工作流程

1、定目標(biāo)

考慮項(xiàng)目資金受限情況及現(xiàn)有人員定位系統(tǒng)狀況，確定是全礦**定位還是局部**定位。

2、劃范圍

確定哪些采掘工作面及圍欄區(qū)域需要**定位，從什么地方開始到什么位置結(jié)束，區(qū)域定位能接受的最大精度。

3、做試驗(yàn)

在所有涉及的**定位區(qū)域，分別做UWB信號(hào)和LORA信號(hào)正常工作覆蓋的范圍，即傳輸距離，作為設(shè)備布置的基礎(chǔ)參數(shù)。

4、擬規(guī)劃

在做試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，做出所有區(qū)域和位置的的錨點(diǎn)安裝規(guī)則、規(guī)劃。

5、找位置

根據(jù)規(guī)劃，在電子采掘工程平面圖上，標(biāo)注出每個(gè)錨點(diǎn)具體的安裝位置。

6、去安裝

在需要安裝的位置，實(shí)際懸掛安裝錨點(diǎn)，同時(shí)使用礦用巡檢記錄儀將錨點(diǎn)編號(hào)與位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)。

7、培訓(xùn)試運(yùn)行

組織相關(guān)培訓(xùn)，試運(yùn)行，系統(tǒng)調(diào)整，準(zhǔn)備驗(yàn)收材料。

1. 人員定位，功能包括：

采煤面、掘進(jìn)頭**定位；大巷、上下山區(qū)域定位；特定區(qū)域的電子圍欄警告；危險(xiǎn)報(bào)警、求救；人員管理統(tǒng)計(jì)與分析；行為軌跡追蹤。

2．調(diào)度通訊，功能包括：

語音調(diào)度；語音廣播，預(yù)設(shè)的調(diào)度室信息聯(lián)絡(luò)。

3. 可擴(kuò)展功能，功能包括：

獲取設(shè)備信息；進(jìn)尺自動(dòng)測(cè)量；設(shè)備定置管理。

五、創(chuàng)新點(diǎn)或系統(tǒng)亮點(diǎn)

（一）項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

1、利用UWB的TOF（飛行時(shí)差）測(cè)距方法，將人員定位的理論誤差提高到0.1m，解決了露天礦山主要工作場(chǎng)所人員**定位問題。

當(dāng)前所有煤礦都裝有人員定位系統(tǒng)，至少90%以上是安裝的區(qū)域人員定位系統(tǒng)，主要目的是監(jiān)控人員分布情況和考勤，能知道在哪個(gè)工作面，但是具體在工作面上的什么位置，就不清楚了。

2、利用Lora的無線通訊特性，搭建了適合露天礦山的物聯(lián)網(wǎng)，通過與礦山工業(yè)以太網(wǎng)的融合，形成礦山私有物聯(lián)網(wǎng)，解決了露天礦山信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最后一公里的難題。

不排除有的礦山將工業(yè)以太網(wǎng)WiFi或者3G/4G網(wǎng)絡(luò)布置到了采煤面和掘進(jìn)頭，但至少目前98%的礦山?jīng)]有這么做，不單是資金的問題，主要的還是環(huán)境變化太快，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作量太大。該研究為復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供方案。

3、利用搭建的礦山私有物聯(lián)網(wǎng)、語音識(shí)別技術(shù)和TTS語音合成技術(shù)，借助人員調(diào)度通訊定位終端，將人員**定位和語音調(diào)度有機(jī)地結(jié)合起來，是行業(yè)內(nèi)**。

煤礦作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術(shù)條件 ，目前沒有實(shí)現(xiàn)要求宜具有尋呼功能、宜具有呼救、告急功能、宜具有廣播通信功能、宜具有雙向語音通信功能，宜具有就地報(bào)警和地面遠(yuǎn)程控制報(bào)警功能、宜具有生命探測(cè)功能。

4、利用合理的UWB錨點(diǎn)部署規(guī)劃和線性空間定位算法，方便地實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)區(qū)域虛擬電子圍欄的定義，通過人員調(diào)度通訊定位終端給予聲光提醒，實(shí)現(xiàn)人員行為監(jiān)控和相關(guān)安全隱患的自動(dòng)辨識(shí)。

5、利用項(xiàng)目提供的**定位和區(qū)域定位相融合的方法，既解決了關(guān)鍵生產(chǎn)位置的**定位需求，又能通過區(qū)域地位降低資金投入，解決了實(shí)際客觀需求與有限資金投入的矛盾。

UWB定位是目前室內(nèi)**定位（在GPS不起作用的環(huán)境下）的主要技術(shù)，錨點(diǎn)和標(biāo)識(shí)卡硬件設(shè)備價(jià)格高，但是在礦山下一般識(shí)別距離在70m~150m（與巷道寬度和煤體環(huán)境有關(guān)），若全部每隔100m設(shè)一個(gè)錨點(diǎn)，投入太高。

項(xiàng)目亮點(diǎn)

1、預(yù)期整體信息化投入降低

構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)，多系統(tǒng)共享網(wǎng)絡(luò)資源。提供廣播功能，可減少其部署資源可回收，循環(huán)使用。

2、高效管理，精準(zhǔn)調(diào)度

一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人員跟蹤與語音調(diào)度管理。知道準(zhǔn)確位置，指揮精準(zhǔn)到位。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)溝通，方便快捷

3、人員定位精度提高

定位理論精度可達(dá)0.1m，露天礦山人員定位可達(dá)國內(nèi)**水平， 性價(jià)比遠(yuǎn)高于現(xiàn)推行的同類**適用技術(shù)。

4、人員行為管理智能化

實(shí)現(xiàn)虛擬的電子圍欄，根據(jù)警告和不安全行為記錄；可分析人員在崗情況和脫崗記錄；巡檢人員位置**化，可實(shí)現(xiàn)履職監(jiān)管自動(dòng)化。