基于RFID技術的礦山人員安全裝備檢查系統

韋民鴻，石嵩

基于RFID技術的礦山人員安全裝備檢查系統

韋民鴻，石嵩

（北京市勞動保護科學研究所，北京 100054）

現代化煤礦企業安全生產要求不斷提高，為了解決礦山人員安全裝備漏戴、誤戴以及人工檢查方式效率低、人工耗費大的問題，提出了基于RFID技術的礦山人員安全裝備檢查系統。根據RFID技術的工作原理與技術特點，系統采用出入井檢查模塊、井下檢查模塊和監控中心管理模塊三模塊結合的系統構架，通過光纖以太環網+CAN總線結構進行高速數據傳輸，實現礦山人員安全裝備自動檢查與違規報警、各部門人員工作考勤以及特殊場所門禁功能，對煤礦企業加強礦工安全監管、提高人員管理水平、保障礦山安全生產具有重要的意義。

RFID技術；礦山人員；安全裝備檢查；系統構造

近年來，中國煤炭行業不斷發展，煤炭年產量從2000年的9.98億噸增長到2018年的36.83億噸。煤炭作為中國現在以及未來一段時間內的主要能源，抓好煤礦的生產與安全管理是行業未來發展的重中之重。煤礦工人作為高危職業，相關法規規定入井人員必須穿戴安全帽、礦燈以及自救器等安全防護裝備，以保障礦工人身安全，減少事故發生和減輕事故損害。為了防止漏戴、誤戴安全裝備的情況出現，煤礦企業會對礦山人員進行安全裝備檢查。目前，礦山人員安全裝備檢查主要依賴人工完成，存在著人工耗費大、效率低、容易出現漏檢和誤檢等問題[1-2]。因此，筆者基于射頻識別（RFID）技術，設計了礦山人員安全裝備檢查系統。系統通過使用RFID技術識別安全裝備上的電子標簽來實現安全裝備的自動檢查，以提高檢查效率和準確率，降低人工成本，保障礦山安全生產，減少事故發生，降低事故損害。

1 射頻識別技術的技術組成與原理

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是一種通過無線射頻方式來獲取物體相關數據的目標識別技術，利用射頻進行空間耦合進而實現非接觸自動識別。一般來說，RFID系統由應答器、閱讀器和應用系統軟件三部分組成。應答器也稱為電子標簽，主要負責存儲數據以及與閱讀器進行信息傳輸，并根據供電方式分為無源標簽、有源標簽和半有源標簽。閱讀器也稱為讀寫器，由收發天線、頻率發生器、調制電路、存儲器等組件構成，主要功能為控制與標簽的通信過程以及與應用系統軟件的通信。應用系統軟件則負責與讀寫器進行數據的互相傳遞，將接收的信息加以處理與管理。RFID系統的工作原理是讀寫器通過天線發出射頻信號，當電子標簽處于信號覆蓋范圍內時，無源電子標簽憑借感應電流獲得能量并激活，激活后的電子標簽發射信號給讀寫器，而有源電子標簽則主動發送信號給讀寫器，無需通過耦合獲得能量，讀寫器在接收信號后，將獲取的信息解碼傳輸給應用軟件，由應用系統軟件對信息進行處理與存儲[3-4]。RFID技術可進行非接觸式遠距離識別，可同時識別目標多，具有快速掃描識別、形狀多樣化、體積小、可適應惡劣環境、可重復讀寫、適用性強等特點，而且每一枚RFID電子標簽都有全球唯一編碼，其存儲區能寫入數據信息，可作為唯一標識。因此RFID技術在中國煤礦行業中，對煤礦設備管理、人員井下定位與路徑跟蹤以及礦難救援有較好的應用[5]。

2 礦山人員安全裝備檢查系統結構

2.1 系統整體架構設計

礦山人員安全裝備檢查系統由三部分組成：出入井檢查模塊、井下檢查模塊與監控中心管理模塊。檢查模塊設備主要由監測分站、識別卡、中繼器與警報器等組成。監控中心管理系統配備監測中心主機、數據庫服務器、數據采集器、環網交換器、顯示器、監控中心操作臺、傳輸接口等設備以及相應系統軟件。系統傳輸網絡采用光纖以太環網+CAN總線結構。針對系統的信號傳輸距離長、井下環境電磁干擾強的問題，采用光纖作為井下環形主干網絡通訊介質。各監測分站與環網交換機之間通過CAN總線進行連接，采用雙絞線電纜作為傳輸介質。礦山人員安全裝備檢查系統結構如圖1所示。

2.2 出入井檢查模塊

出入井檢查模塊主要進行出入井人員管理與安全裝備檢查。安全帽、礦燈與自救器等安全裝備都內置有唯一編碼的電子標簽，且標簽唯一編碼錄入數據庫中的礦山人員信息表中。表內有姓名、職工ID、籍貫、區隊班組、安全帽標簽編碼、自救器標簽編碼、礦燈標簽編碼、入井狀態、入井時間、出井時間等相關數據信息。當下井人員佩戴安全裝備進入布置在井口的RFID識別區域時，讀寫器將自動讀取安全裝備上的電子標簽的信息，通過與數據庫信息進行對比，判斷下井人員是否將安全裝備佩戴齊全。如果佩戴齊全，檢查系統會允許下井，并將人員信息與時間信息記入軟件系統；反之檢查系統將發出報警，并拒絕其下井。

圖1 系統結構圖

人員出井通過井口RFID識別區時，檢查系統對人員信息和出井時間進行核對與記錄，將信息傳輸到監控中心并存儲至數據庫。出入井安全裝備檢查流程如圖2所示。

圖2 出入井安全裝備檢查流程圖

2.3 井下檢查模塊

井下檢查模塊主要進行井下人員作業期間的安全裝備檢查與提醒。在井下主要行人巷道與硐室布設監測分站，當井下人員經過監測區域時，RFID讀寫器會自動讀取人員所佩戴的安全裝備上的電子標簽，并將數據通過光纖傳輸至監測中心主機，系統軟件將存儲安全裝備信息和時間信息，并和數據庫對應信息進行對比。如果井下人員安全裝備佩戴不齊全，則檢查系統會將通過警報器發出報警，提醒井下人員隨身佩戴安全裝備。

2.4 監控中心管理模塊

監控中心管理模塊起信息管理、信息實時監控的作用。管理人員可通過監控中心操作臺對人員信息、安全裝備信息進行管理，獲取下井人員的信息并實時監測其安全裝備佩戴信息，通過監控屏幕進行顯示，對安全裝備佩戴不合格的違規信息進行記錄，對違規人員進行提醒與處罰。

3 系統功能

3.1 安全裝備自動檢查與違規報警

系統通過布置在出入井口和井下巷道的監測分站對人員所佩戴的安全裝備進行識別，與數據庫中的人員與裝備信息進行對比，如果判斷煤礦人員少戴、漏戴安全裝備，則系統通過警報器對煤礦工人進行提醒與報警。軟件系統對煤礦工人的違規信息進行記錄與統計，煤礦企業可根據違規信息對安全裝備檢查不合格的的煤礦工人進行違規處理，對違規工人進行處罰與相應的安全培訓，以增強煤礦工人的安全意識，督促工人將安全裝備佩戴齊全，保障煤礦工人自身安全。

3.2 考勤

利用安全裝備檢查系統自動識別安全裝備的電子標簽信息，系統可以對出入井的人員信息和時間信息進行記錄與統計，實現對煤礦各部門、各班組、特殊工種的工作時間與人員信息的考勤功能。系統可對人員考勤信息進行實時查詢、歷史查詢，按照年度、季度、月份進行信息統計。

3.3 特殊場所的門禁功能

由于煤礦特殊的井下環境和作業情況，井下部分巷道以及特殊硐室等區域需要嚴格控制進出該區域的人員。因此在該區域安設RFID監測分站，對進出人員進行管控，禁止不符合規定的人員進入該區域，實現特殊場所門禁功能，防止無關人員隨意進入該區域而發生意外事故。

4 結語

隨著煤礦行業自動化程度和安全生產水平的提高，自動化信息采集和人員管理系統會逐漸推廣普及。基于RFID技術的礦山人員安全裝備檢查系統，將RFID技術與安全裝備相結合，擺脫了過去低效的人工檢查方式，實現出入井和井下礦山人員安全防護裝備的全時段自動化識別、檢查與違規報警，具有出入井人員考勤以及特殊場所門禁功能，有助于加強礦工安全監管，增強礦工安全意識，提高煤礦的人員管理水平和安全管理水平，在實際煤礦安全生產中具有重要的應用價值。

［1］王志勇，趙潔陽，康靜.煤礦工人個體安全防護裝備的創新與改進［J］.中國個體防護裝備，2012（3）：38-40.

［2］武玉梁.礦井出入口智能檢控系統的設計與實現［J］. 中國安全生產科學技術，2012，8（Suppl 1）：5-8.

［3］胡宇軒.物聯網關鍵技術之RFID概述［J］.電子世界，2018（3）：11-13.

［4］鄧澤群.射頻識別RFID技術及其應用［J］.中外企業家，2019（24）：131.

［5］王亓劍，賈長森，倪志平.RFID技術在中國煤礦行業中的應用［J］.產業與科技論壇，2017，16（18）：69-70.

TD744

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.040

2095－6835（2019）23－0092－02

韋民鴻（1994—），男，廣西梧州人，碩士研究生，研究方向為電磁輻射防護與技術。石嵩（1963—），男，黑龍江人，研究生導師，研究員，研究方向為電磁場與微波技術。

〔編輯：張思楠〕