联系电话:17328393724
解析!选煤厂人员定位系统应如何设计?
来源:网络 | 作者:华安联大 | 发布时间: 892天前 | 308 次浏览 | 分享到:
人员定位系统在选煤厂的应用尚处于初始应用状态。选煤厂人员定位概念最早出现在设备点检系统中,人员定位仅限于路线巡检中的地点位置巡查,人员定位系统照搬矿井井下模式的居多。由于选煤厂和矿井井下环境差异较大,选煤厂人员定位系统在采用矿井井下人员定位技术方面还处于试验阶段。与选煤厂人员定位系统相比较,矿井井下巷道人员前后定位功能成熟明确,符合应急安全管理的需求,而选煤厂人员定位系统的核心功能较模糊,虽有人员管理、访客管理、生产区域车辆管理、临时设施管理、考勤管理等功能,但仍需在后续的应用中对各个功能进行逐步分析,理清需求与侧重点。

人员定位系统在选煤厂的应用尚处于初始应用状态。选煤厂人员定位概念最早出现在设备点检系统中,人员定位仅限于路线巡检中的地点位置巡查,人员定位系统照搬矿井井下模式的居多。由于选煤厂和矿井井下环境差异较大,选煤厂人员定位系统在采用矿井井下人员定位技术方面还处于试验阶段。与选煤厂人员定位系统相比较,矿井井下巷道人员前后定位功能成熟明确,符合应急安全管理的需求,而选煤厂人员定位系统的核心功能较模糊,虽有人员管理、访客管理、生产区域车辆管理、临时设施管理、考勤管理等功能,但仍需在后续的应用中对各个功能进行逐步分析,理清需求与侧重点。



01

人员定位系统技术分析

随着现代通信技术、计算机技术、定位技术的发展,产品的科技含量越来越高,大多数定位系统的功能已不能适应日新月异的现代化和信息化环境,因此需加大对定位系统技术的研发力度,持续创新,加强对人员定位功能的开发和设计工作,不断完善人员定位监控系统,提高监控质量,加强监控的准确性及有效性,从而降低事故发生率及人员伤亡率。目前常用的人员定位技术有传统Zigbee、精准Zigbee、蓝牙、UWBGPSRFIDWiFi等。


传统 Zigbee 技术

传统Zigbee技术是通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节点与网关之间形成定位网络,每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现该区域的全部定位。传统Zigbee 是一种短距离、低速率的无线网络技术,这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波,将数据从一个节点传到另一个节点。作为低功耗、低成本的通信系统,传统Zigbee的工作效率非常高,但其信号传输受多径效应和移动性的影响较大,且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性,传统Zigbee技术的所有基站均需接电、接线,且需布置在高空以尽量避免遮挡,有一定的空间局限性,其后续维护工作量大、成本较高。

Zigbee 精准定位技术
在传统Zigbee技术的基础上,针对工业复杂环境,摒弃多点定位和自组网传输技术,设计了定位准确的嵌套技术,进行了子分站差异化设置,提高了判断的准确性;Zigbee精准定位技术应用超低功耗的Zigbee定位算法,定位和传输均采用Zigbee信号。

蓝牙定位技术(包括蓝牙定位 +LORA 传输、蓝牙定位 +Zigbee 传输)
成熟的蓝牙定位技术主要用于商场、医院及娱乐场所等简单场所的定位。蓝牙定位技术的原理为蓝牙定位基于RSSIIReceived Signal StrengthIndication,信号场强指示)值,通过三角定位原理进行定位。蓝牙定位技术的优点如下:低功率,便于需要电池供电的设备工作;价格便宜,可应用到低成本的设备上。其缺点有以下3点:需要布置较多的信标;②蓝牙信标通信距离有限,无法穿透遮挡,受噪声信号干扰大,易受现场环境影响,且定位效果不稳定,偏差大;③无法在线管理,运维管理困难。此外,蓝牙定位技术配套的LoRa基站也有使用限制,工信部在有关文件中对LoRa技术的使用场景及技术使用限制做了很明确的规定,其中工信部52号文规定通过任意时刻限单个信道发射这一技术要求,将LoRa技术限定在抄表操作(且不能进行控制操作)范畴。虽然,蓝牙定位技术成熟、价格低廉、没有技术门槛,但真正应用于工业生产现场时,还存在一些问题,复杂工况环境、基站密度大、现场运行设备众多引起的电磁干扰等因素仍需进行综合测试。

UWB 定位技术
超宽带技术(Ultra WidebandUWB)是近年来一项新兴的、与传统通信技术有较大差异的无线通信新技术。UWB不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来传输数据,具有3.110.6 GHz量级的带宽。UWB定位技术是一种传输速率高、发射功率较低、穿透能力较强且是基于极窄脉冲的无线技术,无载波。基于上述优点,使UWB定位技术在室内定位领域可得到较为精确的结果。UWB定位技术利用事先布置好已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通信,并利用三角定位或指纹定位方式来确定位置,可用于室内精确定位。UWB系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低且能提供精确定位精度等优点。因此,UWB定位技术可应用于室内静止或移动物体及人员的定位跟踪与导航,适用于前后定位,且能提供较为精确的定位精度,其精度可保持在0.10.5 m。目前,UWB定位技术符合井下巷道硐室的人员定位安全要求,采用专用网络,应急事件发生时可实现不同层面巷道硐室人员的精确定位,为应急抢险过程中人员精准搜寻定位,减少搜救时间,提高救援效率。

GPS 定位技术
GPS定位技术是最常见的定位方法,多适用于室外露天的环境。在卫星信号无遮挡的理想环境下,利用差分基站弥补,理论上GPS定位技术可以实现5 m的精度;在设备众多的复杂环境下,GPS信号会经过多次的折、反射造成信号误差,其漂移误差一般在10 m左右,且漂移没有规律性,还会出现穿越装置、设备、墙体,及里外不分、上下不分等原则性错误,在工厂区内使用有很大的局限性。

RFID 定位技术
RFID定位技术的基本原理是通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息(如身份ID、接收信号强度等),同样可采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。RFID定位技术定位距离短,一般最长为几十米,但其可以在几毫秒内得到厘米级的定位精度信息,且传输范围较大,成本较低。同时,由于其非接触和非视距等优点,可有望成为优选的室内定位技术。RFID定位技术的优点是标识的体积较小,造价较低,但其缺点是作用距离近,不具备远程通信能力,且不便于将信息整合到其他系统之中,无法做到精准定位。RFID定位技术一般适用于区域外围,而非重要的工作场合。

WiFi 定位技术
WiFi定位技术有2种,一种是通过移动设备和3个无线网络接入点的无线信号强度,通过差分算法进行三角定位;另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备信号强度对比产生巨量数据的数据库,来确定位置。WiFi定位技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势,因此最先实现了规模化;但WiFi定位技术的信号易受到周围环境的影响,精度较低。在工厂复杂的工况环境中无法保证WiFi信号的基本稳定,丢包率较高,一般试验性地采用。




02

选煤厂人员定位系统设计思路

人员定位系统网络拓扑组成

选煤厂人员定位系统网络拓扑如图1所示,一般由服务器、路由器、交换机、光纤环网、定位分站、定位子站、定位器(信标)组成。服务器配有定位引擎软件及Web服务器软件,实现定位信息的计算及分享,并为客户端提供Web访问服务;路由器用于连接外网,进行内外网服务器之间的数据链路桥接;交换机用于连接各个定位分站、定位子站,定位分站、定位子站设计有高性能主控芯片、以太网接口电路及光纤接口电路等各种硬件接口;定位分站一般通过以太网接至交换机,与定位引擎进行通信;定位子站采用低功耗设计,每个基站的功耗小,构成子站与信标之间的信息交换;移动定位器(信标)设计有低功耗主控芯片、射频芯片、电源电路、振动监测电路、按键、指示灯、蜂鸣器及振动马达等;定位器(信标)通过所采用的信号连接方式,通过定位子站、定位分站进行通信,通过定位分站将定位标签的测距信息上传至服务器,由定位引擎软件进行计算确定其定位位置。



人员定位系统分站及子站布置
根据实际生产需求,在厂区内进行定位分站、定位子站的应用密度分布设计,在主厂区及其他需要进行重要定位的生产区域内,进行连续密集布置;对于厂区道路、辅助设施构筑物、绿化区域等空旷位置,进行大距离布置分站及子站;对于临时需要监护的区域布置子站。这样布置可实现以较低成本,在全厂区范围内进行精确人员定位,减少漏读率,提高选煤厂厂区内人员的安全管理水平。

人员定位系统设计目标
选煤厂人员定位系统的基本性能目标有以下3个:①定位分站、定位子站与定位器(信标)之间的空中通信距离细分更精确,大分站、小子站,精确定位;②定位分站所含子站多,穿透力在符合无线技术规范下,通信速率较好;③可增大定位人员的数量及并发容量。较远的通信距离和较高的并发容量,可以降低车辆超速通过时,人员定位的漏读率。

人员定位系统的功能
1)软件功能。包括精准定位和准确判断,实现区域全覆盖,实时显示,集中控制室能完整显示及操作定位系统的所有功能,且可根据中控室多面液晶显示屏大小进行合理布局。其中,管理功能具有身份识别和认证、职工和访客管理、异常人员进行监测分析、智能提示和报警功能、轨迹跟踪是指对人的轨迹查询显示、视频联动、定位追溯;人员的活动分析可实时管控人员到岗、串岗、脱岗,判断遇险人员受困位置。此外,选煤厂人员定位系统可自主设置电子围栏内容、生效范围、时间和需定位的人员,且可对区域信息、人员、危险因素、报警、撤离等关键因素在电子围栏中划定管理;其中,巡检管理可设定巡检、巡更及巡逻点,划定路线、时长、巡检区域、结束端口等约束性条件,方便落实安全风险管控措施,开展隐患排查工作;报警功能具有双向报警、分类报警、手自动可切换、信息自动推送、联动视频及语音播报等功能。选煤厂人员系统在线智能运维、人员定位原理、人员定位系统实时后台显示如图2—4所示。

2)硬件功能。人员定位系统具备良好的可扩展性,采用开放性设计方法,系统信息能够与其他信息系统相连,保证数据安全及定位信息可在基础平台上共享,具备系统跨平台对接的要求。人员定位系统采用先进的数据库设计技术以保证系统的稳定性和灵活性。




03

选煤厂人员定位系统存在的问题

目前,就选煤厂厂区内推广应用人员定位系统存在的问题进行调查,具有以下12个问题将在未来进行深入研究及细化。

1) 实时显示人员位置不准确。由于生产现场环境遮挡、屏蔽、电磁干扰等影响,信号不断游离变化,导致计算出不断变化的位置;此外,覆盖范围大,重合度大或布点不均,使得定位不准确。上述原因导致上位监视界面显示所有人员一直在活动,偶尔会出现“超人”现象,画面明显漂移、人员位置不定、动静不分、存在信标标定物穿越装置、设备或直接穿过墙体等问题。一般通过联动视频或对讲机进行比对确定标定物,或加密定位设备解决该问题。

2) 实时显示分区域、分类别统计不准。实时显示区域、统计不准,会使定位精度低、平均定位无差异化、定位设备部署受现场所限,应用中不能对人员、车辆进行有效管理;导致上位监视界面显示靠近车间边界的人员位置不对、人员管理不准确,人员位置精确不到独栋厂房或独立位置;平面画面分不清里外、立体画面上下不分,达不到设计的定位精度;无法满足定位要求时可采用联动视频或对讲机进行比对,确定构筑物边界、里外、人员立体位置。

3) 无法实时显示。人员定位显示延时不能做到事先预防、事中控制,后台平台显示严重滞后于现场实际;不能监控定位时采用联动视频配合监控以解决该问题。

4) 实时显示人员数量不准。定位人员数量不准一般由于标识卡需要经常充电且定位不准,加之人员定位与日常生产业务无关或关系不大,使员工不愿意给标识卡充电或忘记充电,导致日常管理和应急救援易被误导、误判。如显示在线总人数、各个分区域与现场实际人数不相符,一般通过当天考勤表与监视平台显示的人数进行对比确认。

5) 报警不准。现场定位判断不准、实时不准,导致报警不准、错报、误报多,导致日常管理混乱,用户不信任报警,真假报警无法辨析及无法正确处理;后台显示的超员、越界、静止、滞留、电子围栏等误报率高;报警位置在地图上显示位置与实际不符。出现该问题后通常联动视频或对讲机进行比对确定。

6) 上发呼救报警位置不准,下发报警不准。造成上下发信息不准是因为分站、子站传输距离丢包,下发能力和准确性差,会使救援人员锁定位置不准;此外,不能准确、自动、及时地通知到关联涉险人员,贻误关键救援机会。判断呼救报警位置与实际位置不符,平台不能手动或自动下发报警到指定区域或指定人时,解决办法通过软件平台手动和自动下发报警到指定区域或指定人员。

7) 联动视频及语音广播不准。定位不准导致不能有效调动监控、扰乱监控及广播,导致在后台联动的监控画面与人员定位显示不一致,广播区域不准。解决上述问题一般是先调动视频确认或视频弹出,紧急情况下则需现场人员互相确认。

8) 员工和企业不愿积极使用。定位系统企业与员工对定位数据不准确,导致电子巡检系统和作业票系统不敢用,对定位系统失去信心。主要原因有以下3点:已有的管理平台业务与定位系统结合不紧密,成为定位工具;②员工感觉被监视,不愿意用;③管理者感觉有负担,不愿意管。为解决上述问题,应增强定位软件与管理平台融入深度,定位数据应用到现场业务中,如巡检管理、作业管理等,让企业认识到应用定位系统可以提高管理水平与经济效益。

9) 系统运行数据的真实性。当定位信标与基站通信不畅时,信标信息不能实时上传到平台,使得系统不能实时在线管理和维护,导致定位系统成为应付检查的装置。虽然,定位信标在线管理有内容,但数据不实时,监视平台实时查看定位信标的电量和工作状态不准确,可通过偏差数据库手动重新排序查找。

10) 信号不安全。信号不安全主要原因是产品没有信号安全EMC资质,投入运行后系统抗干扰能力不强且电磁辐射较高,导致与现场其他信号互相影响。选用具有EMC资质的产品基本可以处理好信号不安全问题。

11) 现场不安全。现场安装中布线、部署定位设备较多,多点定位通信距离短,使得众多不安全因素问题增加。为解决该问题,需要在现场安装时仔细查看,反复调整。

12) 人、车定位不合一。现场多种定位系统共存时,易导致整体混乱,人员活动与车辆活动速度及使用环境差别较大;此外,多系统运行的问题是后续成本增加,失去减本提效的目的。解决办法是在人员定位和车辆定位系统前期规划中确定好方案、配置设备及现场分区、分域、分系统使用,以达到最终应用目的。

选煤厂智能化建设过程中,在众多智能化子系统并存的情况下,监控平台统一融合是大趋势;人员定位子系统融入综合监控平台,及弥补自身的短板是今后技术发展的方向。随着智能化技术的不断发展,人员定位系统在选煤厂应用中存在的问题会越来越少,人员定位系统将成为选煤厂管理系统中的重要环节。




04
结语

经过对人员定位技术的分析,选煤厂的人员定位技术有待提高。由于生产厂房建构筑物的立体空间性与众多运行设备电磁干扰因素,使得选煤厂人员定位的准确度不高。选煤厂人员定位系统是智能化选煤厂建设的一个子系统,网络架构大同小异,主要在子站的分布与精度上区分,功能要求需要因地制宜地进行建设。

选煤厂人员定位系统是保证安全生产的重要环节,高效、精准的人员定位系统投入使用将会给生产管理工作带来极大的便利,能够及时发现人员及所在区域的安全问题,及时妥善处置,进一步保障现场工作人员的生命安全。选煤厂人员定位系统将会是智能化选煤厂今后重点建设的子系统之一,将会在安全管理方面体现其存在的重要意义。