摘 要：随着矿产资源开采技术的日益完善，信息采集和处理已逐渐成为矿井管理中重要的技术环节。利用射频识别技术(RFID)、地理信息系统(GIS)技术和网络技术，可以对煤矿井下人员、车辆、物资等进行可视化定位管理，并对各种危险因素的状态及发展变化进行实时监控、分析、预警，进而开发出煤矿安全生产可视化监控平台，实现有效的矿井安全管理、灾害预警及抢险救灾。

　　关键词：RFID;GIS;煤矿安全生产可视化监控平台

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　　1 引言

　　近年来，煤矿行业的安全形势不容乐观，煤炭生产安全事故不断发生，灾害预警及救援工作不能有效进行，煤矿安全已成为全国工业安全的重中之重。如何加强矿山灾害预警与应急救援工作，把矿山灾害的不良影响与损失减少到最低程度，是目前亟待解决的重大问题。射频识别技术和地理信息技术的应用将对人的控制和对物的控制结合起来，可视化地实现了危险因素实时监控及井下人员、物资的定位管理，有效地降低了各种矿井灾害的发生。

　　2 射频识别技术

　　射频识别技术(RFID)是一种不需要与物体接触的自动识别技术，通过发送射频信号自动识别物体并获取数据，主要特点是识别工作不需要人工干预，工作条件不受外界环境情况的影响。系统主要包括电子标签、阅读器以及处理数据的远端计算机三个部分。

　　其工作原理是：在待识别的物体上安装电子标签，电子标签中保存有相应的电子数据。而阅读器可在不需要与目标物体接触情况下读取并识别电子标签中的电子数据，所以可以自动识别物体。当电子标签进入阅读器发出的电子信号所产生的磁场时产生感应电流从而获得能量，发出相关数据后被阅读器读取并发送至接收处理装置。

　　RFID功能原理如图1所示。

阅读器 电子标签 计算机 图1 RFID系统的基本组成 数 据 数 据 射频信号 3 地理信息系统

　　地理信息系统(GIS)是在计算机软、硬件平台支持下对空间数据进行输入、存储、检索、运算、分析、建模、显示、输出等的计算机系统。它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。地理信息技术应用在矿山上形成数字矿山，我们可以从两个层次来理解。一个层次是将矿山中的固有信息(即与空间位置直接有关的相对固定的信息，如地面地形，井下地质、开采方案、已完成井下工程等)数字化，按三维坐标组织起来一个数字矿山，全面、详尽地刻画矿山及矿体;另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息(即与空间位置间接有关的相对变动的信息，如储量管理、机电管理、人事管理、生产管理、技术管理等)组成一个意义更加广泛的多维数字矿山。

　　我们通常所说的数字煤矿即在煤矿地理信息系统的基础上嵌入相关的安全信息、生产信息、管理信息等，以提高煤矿的安全生产能力和综合管理水平。

　　随着地理信息系统近几年的发展，GIS在采矿业中的技术应用已越来越受到重视。GIS具有把空间特征数据与表格化的属性数据联系起来的能力，它可以使CAD设计图层和各种各样的属性数据表格这两大成分紧密地联结成方便好用的管理工具。

　　4 RFID和GIS相结合在矿井安全管理中的应用

　　RFID和GIS相结合在矿井安全管理及监测监控中主要有以下几个方面的具体应用。

　　4.1 人员定位系统

　　将电子标签安装在每个工人随身携带的物品上，如衣服、安全装备等，并将阅读器安装在井下需要监控的地方，尽量使其射频范围能够覆盖整个矿井区域。因此，矿工只要穿过磁场区域，阅读器就能识别并能将相关数据传送到监控主机上，从而实现了人员的可视定位功能。并可通过监视器和借助GIS系统实现其可视化管理。基于RFID和GIS的井下人员可视定位系统可实现如下功能：

　　(1)查询井下人员：实时并可视地查询当前井下员工的分布情况;查询某一人某一间所处的井下位置;查询某一人某一天的井下活动踪迹。如果发生接收到的卡号无效、无卡或有信号出现在非准入区域的情况，系统将自动报警，相关的管理人员采取相应措施保证井下人员财产的安全和预防事故灾难的发生。

　　(2)考勤统计：对员工的下井次数、井下工作时间等信息分类统计，便于考核。

　　(3)搜索救援：巷道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况、地点，并且利用GIS系统分析出最佳人员逃生路线，便于事故救援工作的展开。

　　人员可视定位系统如图2所示。

　　4.2矿井下机车定位系统

　　将电子射频标签安装在矿井下的机车上，而将阅读器和相关的通讯设备安装在矿车运行的相关巷道中，并保证矿车可能到达的所有区域都能被阅读器所感应，将其联至GIS监控平台。当机车通过阅读器发出的信号感应磁场时，阅读器将读取的信息传至监控主机，并经过处理保存，从而达到机车的实时定位功能。

　　矿井机车的实时定位功能并结合相关统筹学原理，可以提高轨道使用效率和矿车出行的频率，并且可以在第一时间为故障或事故矿车采取救援或解除故障措施，保证了煤矿企业的正常运营，大大提高矿井运输的质量，有力地保障了矿井运输的安全。

　　同时，在出井口安装阅读器，根据每辆机车的装煤量可自动计算某一天或某一段时间的产煤量，有利于企业管理。

　　4.3 井下可视监控系统

　　在井下安装各种类型的传感器，将传感器的信号实时动态显示在采掘工程平面图上，如果数值超限立即报警，对应控制风门和风机的开停关闭，并将报警信号存入数据库中，便于查看调用。应用了GIS，传感器的位置变动和随巷道的延伸而增加都只要在对应的采掘工程平面图上改变其位置和增加表示图例并绑定对应数据信号。

　　例如，甲烷传感器主要用于测量煤矿井下巷道、采区工作面、掘进工作面的进风巷道、回风巷道的瓦斯浓度;位移传感器主要用于测量矿井巷道顶板的位移量;温度传感器用于测量矿井巷道温度。将这些测量数据通过信号处理板采集，介入现场监测监控终端进行分析处理、存储、显示。同样的，其它的监测参数，如风速、负压、一氧化碳浓度、水压、水位、风门开关、煤仓煤位、水仓水位及主要机电设备开停等生产参数和机电设备运行保护参数等都可以增加。若参数在安全范围内，立即启动预警或报警系统。

　　5 结束语

　　随着企业信息化的不断深入，安全生产信息化成为企业信息化首当其冲的重要内容。RFID和GIS技术的应用为复杂多变的矿井管理提供了综合监测监控的技术平台，有效地减少了各种矿灾矿难的发生，并为搜索救援工作提供了强有力的技术保障。

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