人员自动登录及定位系统技术方案Word文档格式.docx
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2)隧道施工生产单位输入工作人员相关信息后,向需要监控人员的安全帽上部署人员标识卡。
3)工点人员自动登录及定位系统数据库记录该标识卡相对应人员的基本信息,包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片等基本信息。
4)进入隧道的工作人员必须随身携带标签,当此人员经过设置人员识别台站(出入口、安全区和监控区等)的地点时被系统识别。
系统将读取该卡号信息,并在系统中进行数据管理,供相关的查询等应用。
5)项目分部或项目局可根据管理的要求,对该标识卡进行授权管理。
6)隧道一旦发生安全事故,系统会在第一时间内可以知道被困人员的基本情况及所在位置,便于事故救助工作的开展。
7)系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料,提高管理效益。
(二)、应用技术介绍
1、网络构建
本人员自动登录和定位系统运行在有公网、局域网、工业控制网络以及无线透明传输网络构建的互联网平台上,施工工点采用485工业控制网络或无线透明传输网络,将人员识别信息上传到工点工控机上,通过工点人员自动登录和定位系统处理,将相关信息上传到RCPMIS系统,并在沪昆铁路湖南段指挥控制中心及各项目局进行展现。
2、系统关键技术
本人员自动登录和定位系统使用的关键技术包括:
1)基于星形网络构架下的通讯应用。
根据沪昆铁路湖南段建设信息化整体要求,须实现高风险及重点控制随道人员信息接入到沪昆铁路RCPMIS系统中,实现全线管理。
由于工点施工现场远离城市,网络接入条件较差,可能会有光纤、专网、ADSL以及路由等网络接入方式。
从整体管理的角度出发,为保证工点信息的实时准确上传,必须做好各个隧道的网络编码体系或建立一套完整的内部通讯机制。
本系统为满足项目需要特开发了一套专属的通讯端应用,实现指挥调度中心与各个工点之间信息传输的畅通。
可以讲,只要网络通,整个系统就会正常运行。
另外,断网保护功能,可以保证在网络条件不允许的情况下实现本地存储,只要网络条件满足,系统会自动上传信息。
2)第三代RFID技术
第三代RFID技术又称精益RFID。
是从第一代RFID不能准确无误识别人员信息—--到第二代RFID只能单读卡器较准确识别,再到第三代RFID能网络化、多方向、多读头,(两个以上、单一子网即多可达上百个,整个网络可达上千个)同时准确识别人员定位信息的本质性飞跃。
精益RFID技术应用0.13um芯片制造工艺,依靠世界顶尖的射频电子技术专家,整合国际上最领先的天线技术、光通信技术、工业以太网传输技术、数据库处理技术、计算机软件技术、地理信息系统技术、互联网技术、工程结构学技术、井下应急救灾技术等多学科的综合课题攻关,全面、完善、彻底地解决了隧道内人员定位系统中遇到的前两代RFID无法突破的技术瓶颈问题。
3)远程控制及维护技术
由于工点施工现场远离城市,因此对系统运维的挑战很大。
系统鲁棒性及稳定性将是重中之重。
本系统除了在稳定安全性上做了大量的修正工作外,同时可以实现远程控制功能,即通过网络即可实现工点系统的远程维护。
这主要得益于系统架构及开发技术,同时借助远程控制工具有效降低工点系统的维护成本,大幅度提高系统可用性。
3、系统开发技术介绍
本系统使用当前主流的软件开发技术,如JAVA和.net技术,这样的开发工具保证了系统应用适用性。
此两种开发工具系统适用性强,不存在兼容问题,保证了扩展应用及接口应用时兼容或丢包等平静问题。
(三)、系统创新及技术特点介绍
本系统在铁路建设尤其是隧道施工人员管理方面有着独特的适用性,并已经在铁路施工建设中显现出良好的应用效果。
尤其是针对铁路隧道施工现场条件进行了针对性的设计。
尤其是通讯机制和人员多进多出识别是针对铁路隧道施工人员自动登录定位系统应用专门设计的。
一般来讲,隧道挖掘主要采用对打的方式。
但是对于风险隧道以及长大隧道,还需要有横洞、平导以及斜井等挖掘方式。
为此,人员自动登录及定位系统需要适应此种现场情况。
即当隧道打通以后,系统应用模式应从”单进单出”转变为”多进多出”。
这时人员在隧道内的位置信息主要通过”分步式计算”来实现”多进多出”模式,保证人员安全管理系统的数据一致性和正确性。
(四)、人员自动登录及定位系统功能介绍
本人员自动登录及定位系统统是RCPMIS系统的重要辅助系统,为RCPMIS系统提供重要执行数据。
该系统由工点数据采集、工点监控、工点通讯、后端通讯、RCPMIS接口、调度监控、多进多出管理等七部分组成,具体功能如下:
1、工点RFID数据采集子系统
此子系统完成人员自动登录及定位基础信息的采集和处理,满足高可靠性的数据采集。
由于采用ActiveRFID技术,使得信息采集的效率非常高,基本能够实现100%的有效识别。
另外,信息处理功能能够有效降低冗余数据对系统的影响,将有效数据通过工业总线上传到工点工业终端的人员自动登录及定位工点端系统中。
2、工点人员自动登录及定位信息子系统
工点人员自动登录及定位系统是整个信息系统的基本单元,除了承担工点端系统本地应用管理需要外,还将相关信息到后端指挥调度中心人员安全监控系统,具体讲,此子系统包括如下功能:
2.1综合查询
此功能可以按照多种查询条件提供人员进出历史数据查询服务。
包括人员进出管理、读卡器监控及进出隧道监控等。
●读卡器和进出隧道监控
该模块是对施工路段,读卡器状态,隧道内人员信息,以及人员进出情况等的汇总展示,设定刷新时间,会在规定的时间内刷新界面。
●人员统计查询
此功能可以按照时间段、项目部等条件提供施工人员的统计查询服务。
●人员进出实时数据查询
此功能提供最新的工点实施人员的数据查询服务
●人员工作信息查询
工作信息查询与进出查询类似,根据选择的查询条件,查询施工人员进出信息,并统计其在隧道的工作时间(汇总满足条件的信息);
其中数据“导出”功能,可以将查到的信息导出到文本文件中,以方便查询。
●人员轨迹监控
●人员分布状况
此功能是根据相关的查询条件,以图表的方式实时反映隧道内部的人员分布情况,并据此掌握工程进度。
●人员轨迹图
此功能是对施工人员经过的读卡器节点的信息的统计,其中查询模块是对满足条件的施工人员的轨迹的信息。
当选择具体的施工人员的时候,查询会跳转到“轨迹图”界面,显示该施工人员的轨迹图,形式是一条折线,横坐标是时间轴,纵坐标是根据读卡器的部署位置而形成的位置点。
此功能条件选择默认以时间为查询条件,所以对于时间的选择要求是尽量在满足要求的时间段呢,以保证信息的完整性和一致性。
2.2基础信息设置
此模块是工点系统的初始化功能,即在工点系统正式实施的第一步工作,共同此功能可以清晰的定义系统运行的环境及状态等,
●作业单位设置
此功能主要是对作业单位、施工路段以及施工队管理进行维护。
其中包含施工项目分部查询和编辑,如添加,修改等操作。
施工路段管理主要是对录入的施工路段进行查询和编辑工作。
施工队管理功能是指对施工队信息进行添加,修改等操作及查询工作。
施工人员管理功能主要是对施工人员进行录入、查询、添加,修改等操作,如姓名,工种,职责等。
●作业部门设置
主要是对工点所对应的组织机构进行定义。
●施工人员设置
主要是对隧道施工人员等信息进行初始化定义,如人员管理的精细度等
●施工隧道设置
此功能是对施工工点进行定义和描述,以便查询和统计输出。
●读卡器设备设置
读卡器设备设置包括读卡器信息维护功能、读卡器关系维护等功能。
其中读卡器设置功能主要是对读卡器属性进行操作,如编号、标识、端口号、增益设置及状态选择等。
读卡器关系维护主要是对读卡器的部署位置的描述,例如“入口”,“衬砌附近”,“临时作业区”等易读的描述,使得系统能够清楚的反映人员在隧道内的位置信息。
●隧道区域设置
此功能主要是按照管理规范需要对隧道内部进行一些定义,以便查询。
例如洞口、临时作业区、衬砌、安全区等。
●监理设置
2.3卡管理
此功能是工点系统的核心功能,很多重要的管理职能及日常操作都集中在此模块中,包括卡维护、卡分配、卡查询、挂失和归还等。
●卡维护
卡维护功能是对人员自动登录及定位系统中的人员标识卡进行录入维护的过程主要是对标签进行维护工作,使得标签能被系统所识别。
●卡分配和卡查询
该模块是对施工人员和射频卡的分配过程,即将系统中的施工人员与标签进行关联,实现识别的目的,也可以理解为发卡管理。
卡查询是对录入且领用或者退还挂失的标识卡进行统计和使用状态的查询模块。
●挂失和归还
针对施工管理的要求进行相关业务操作,主要包括挂失和归还流程。
挂失即安全帽丢失或标签丢失而导致必须重新领用一个标签才能实现人员识别的要求;
归还是指施工人员由于工作关系不再进入隧道内部或身份变更,需要将人员信息与标签解除关联。
挂失和退还的操作和领用操作过程类似,都是将人员信息与标签信息解除关联的操作。
2.4监控管理
监控管理是工点系统的日常操作模块,主要是完成对人员进出及设备运行状态进行的日常操作。
包括工点进出监控及多进多出监控等。
●工点进出监控
此功能提供实时及历史数据的监控管理,可以根据选择的查询情况查询出人员进出的历史记录,并统计隧道内人员进出次数;
实时查询功能:
同样根据选择的查询条件,列出隧道内的人员的详细信息包括读卡器读到的最近时间的位置,其中也列出了施工人员的进出隧道情况。
●多进多出监控
多进多出监控功能是本系统的亮点之一,通过此功能可以实现在多出入口的工点人机安全监控管理。
对于高风险、超长隧道在建设过程中,通常需要有主出入口、平导及涵洞等多个出入口,为了保证人员自动登录及定位系统的正常运行,还需要针对现场的工况进行业务仿真以保证人员自动登录及定位系统的真实可靠性能。
本功能就是针对复杂现场工况进行过业务仿真及梳理,在系统内经过缜密的算法来完成人机出入点不同造成的系统数据失真现象分发生。
2.5监理管理
监理管理功能是针对监理定期到随到现场进行相关工作设置的,按照沪昆铁路湖南段铁路公司的管理要求需要对监理的工作进行管理,主要是按时到岗的问题,本功能可以对管理的时间间隔进行确认,以便定期生成预警信息,提示监理要按时到岗。
2.6特殊情况处理
该模块主要照顾施工工点现场由于断电或者读卡器未启动等原因引起的系统数据不完整的调整操作。
2.7系统管理
系统管理模块,主要是对用户组管理和权限管理,以保证系统的安全运行。
3、通讯接口
此模块是按照沪昆铁路湖南段铁路公司信息化的需求进行相关的接口。
实现人员自动登录及定位系统与RCPMIS的对接,实现隧道编码信息接口、人员进出信息(RCPMIS调用)即时查询、人机轨迹查询(RCPMIS调用)及人机分布信息(RCPMIS调用)。
4、数据通讯客户端
此客户端是专门针对铁路隧道建设系统网络的复杂性及不稳定性定制的新型用于网络传输的客户端系统,包括工点客户端及后端客户端。
4.1工点数据通讯客户端
此系统可以实现自适应的多种通讯接入方式(ADSL、GPRS、CDMA、专线、卫星通讯等),以实现在工点和后端指挥调度中心间构建稳定,统一,可靠的通讯,保证系统的真实可靠性。
4.2指挥调度中心通讯服务系统
由于沪昆铁路湖南段铁路沿线有百余条施工工点,各个施工工点与后端指挥调度中心都存在着信息的实时交互工作,如何有效避免出现网络堵塞问题的出现,需要有完善的通讯机制做保证。
本系支持持在大批量通讯客户端接入的前提下,满足通讯的可靠,高效,安全性。
5、人员自动登录及定位系统与RCPMIS系统接口
本人员自动登录及定位系统可以实现与RCPMIS系统的无缝连接,能够可靠,高效地为RCPMIS的指挥调度系统提供实时的人员进出,人员分布,隧道信息,工作面信息,监理信息等数据信息。
6、指挥调度中心人员安全监控系统
此模块通过统一界面实现对各个隧道工作面的人员安全监控,并能够高效地监控人员实时数据,进出数据,分布数据,轨迹数据。
包括如下功能:
6.1运行监控
此模块是实现在后端指挥调度中心进行综合查询服务的功能。
可以通过相关的设置功能键完成后端各种查询条件的准备后通过后端服务器的处理展现出实时的查询结果,包括各个施工隧道工作面人员监控、分布情况、轨迹图以及提供历史数据的查询服务。
●人员实时监控
●分布情况
6.2基础设置
此功能是后端展现层的查询条件的设置项,通过机构设置、隧道设置、标签管理、多进多出以及监理设置等功能项完成查询的各种配置,为查询展现提供条件和索引。
7、多进多出数据服务系统
本服务系统也是人员自动登录及定位的亮点之一。
在沪昆铁路湖南段众多的隧道施工过程中为了更好的推进隧道建设,往往需要在一个工点开掘出数个出入口。
诸如主洞口、平导以及涵洞等。
这些出入口都可以进行作业操作,从系统真实可靠性出发,必须在每个出入口处部署读卡器以识别人员出入,但是在隧道工作面连通以后,会存在人员出入不在同一出入口的情况,为了实现正确的识别,本系统支持这种数据的处理,使此系统能够支持多洞口进,多洞口出的人员安全监控模式。
(五)、人员自动登录及定位系统实施方案
本人员自动登录及定位系统的实施分为后端指挥调度中心以及工点现场两个层面。
其中,后端指挥调度中心主要部署在沪昆铁路湖南段铁路建设RCPMIS系统的通讯服务器上,独立完成前端工点数据通讯以及后端查询的需要,同时部署了本人员自动登录及定位系统与RCPMIS的接口程序;
前端工点系统主要部署在工点的工业控制终端上,完成数据的采集、处理、查询、监控以及数据通讯等功能。
1、指挥调度中心系统实施
根据沪昆铁路湖南段铁路建设信息化构建的思路,此人员自动登录及定位系统后端指挥调度中心系统将部署在沪昆铁路湖南段铁路建设RCPMIS系统的通讯服务器上,由我方工程师在沪昆铁路湖南段筹备组的指导和配合下完成服务器端应用系统的部署。
2、工点系统实施
考虑到沪昆铁路湖南段铁路隧道施工工点复杂性的情况,人员自动登录及定位系统前端工点系统的部署可以采用两种方式,即人员自动登录系统部署模式、人员自动登录及定位系统部署模式以及短隧道人员考勤系统。
2.1人员自动登录系统部署模式
按照沪昆铁路湖南段指挥部的指示,人员自动登录系统的部署主要针对双向掘进隧道的人员出入监控,为此我们建议选用有线部署模式,此模式的优势在于简单、稳定、成熟、可靠。
缺点是需要按照轨道现场情况进行线路的部署,相对周期较长。
系统硬件设备包括:
●读卡器
●读卡器工业供电电源
●读卡器电源保护模块
●读卡器安装支架
●485-TCP/IP网络转换器
●4口网络交换机
●读卡器供电及数据传输线缆及辅助材料
●工控机(预装操作系统及人员安全管理应用相关系统软件)
●粘贴硅胶等
2.2人员自动登录及定位系统部署模式
此部署模式适用于多掘进面的人员自动登录系统部署及重点高风险隧道的人员自动登录及定位系统的部署。
此部署模式,此模式与人员登录系统的主要区别是增加了一台读卡器,以便于实现多进多出及定位应用需求。
2.3人员考勤系统部署模式
按照沪昆铁路湖南段指挥部的指示,针对中短隧道,拟使用人员考勤系统的模式来实现轨道施工人员安全管理的要求。
此应用主要是在施工人员出入隧道必经处部署读卡器(无源或有源),以达到人员考勤管理应用要求。
●读卡器安装套件
●485/232转换器
●标签挂绳及保护套等
2.3人员自动登录及定位系统无线部署模式
此部署模式适用于多掘进面的人员自动登录系统部署及重点高风险隧道的人员自动登录及定位系统的部署。
相对于有线部署模式,此模式的优势在于部署简单,大幅度减少了现场布线的工作量,确认代之的是移动识别台站,此移动台站具备无线传输网络。
通过无线网络统一将隧道内移动识别台站采集到的人员信息传送到工点工业控制终端中,完成数据采集功能。
●移动识别台站(含阅读器、移动小车、数传电台、电源等)
●数传电台
●线缆(屏蔽线4芯*1.0)及辅助材料
标签及粘贴硅胶等
三、系统设备选型和技术实现
(一)、人员自动登录及定位系统设备选型和技术实现
人员自动登录及定位系统具体的部署方式为:
在工点信息房的工控机上安装人员自动登录及定位信息系统和RCPMIS接口程序;
在隧道出入口及内部的制定监控地点安装读卡器或移动识别台站;
同时向需要监控的隧道施工人员及监理人员的安全帽内安装标签。
当人员进入隧道施工和进行相关工作时,部署在隧道内部的读卡器会时时采集相关信息,供系统进行处理和查询等应用。
同时,根据沪昆铁路湖南段铁路公司管理的要求,可以通过相关接口时时查询到该工点的人员出入等信息,一方面可以对施工进行监管,另一方面也保障了人员的安全。
工点部署结构图
1、系统部署条件
1.1环境条件:
(1)、温度:
-40℃-60℃
(2)、湿度:
5%—93%(非凝结)
(3)、电磁干扰:
非强电高频环境。
(4)、物理条件:
隧道口成型且衬砌深度超过200米。
1.2电源、网络及硬件条件:
(1)、具备稳定的220V交流电源。
(2)、使用工控机完成工点人员自动登录及定位系统应用,要求具备1个独立的RS232端口。
2、读卡器(移动识别台站)及标签安装方式
读卡器由12V电源进行供电,同时通过485接口与隧道口信息房应用服务器相连接;
标签安装在安全帽内。
3、管理规范:
1)“统一发卡、统一装备、统一管理”
2)施工人员进入隧道必须佩戴自己的安全膜即必须随身携带标识卡。
3)标签安装方式:
使用粘贴材料将标签固定在安全帽内。
4)每个工点配备一名系统操作人员,负责系统的日常管理工作。
4、硬件设备选型
人员自动登录及定位系统最重要的硬件设备主要包括读卡器和标签,要求满足100%的识读率的苛刻要求,只有这样才能真正实现隧道施工的安全管理要求。
本系统选用当前最先进的第三代RFID技术,满足识读距离远,防冲突能力强、准确率高和传输速度快的特点,十分适合沪昆铁路湖南段铁路的应用要求。
4.1i508固定RFID阅读器:
构建于创新RFID统一技术平台上的i508固定RFID阅读器是采用固定方式安装的电子标签阅读设备,使用的是外接电源和有线方式进行后台通讯。
主要在某一区域完成对该区域电子标签的信息自动采集,同时将这些数据转发到后端的接收主机或系统平台;
也可在安全性控制下完成接收后端主机或系统平台的指令或数据。
i608固定RFID阅读器提供对电子标签长距离、双向通讯的能力,能在百米范围内同时监控数以千计配备电子标签的识别物。
独特特性:
♦具备本机存储功能;
♦内建RTC(RealTimeClock)实时时钟功能;
♦支持阅读器固件的在线升级,可通过有线或无线网络实现阅读器固件的远程在线升级功能,可实现异地升级;
♦识别距离动态可调,阅读器天线增益通过软件动态调整,简单方便;
♦阅读器识别方向具有定向性,可实现较精确的区域识别;
♦阅读器采用面向工业级应用的设计,阅读器背面采用密集型散热钢柱设计,提供更好的散热性及可靠性,可稳定工作于隧道、矿井等各种恶劣环境中。
设备特点:
♦支持RS232/485/方式与上位机通讯;
♦加密计算与认证,确保数据安全,防止链路窃听与数据破解;
♦最大支持512个信道,使用频道隔离技术,多个设备互不干扰;
♦先进的防碰撞技术,最大支持625个/秒的防冲突特性;
♦作用距离可控,最大支持128级功率控制;
♦支持读
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