沁新煤矿井下人员定位考勤管理系统的设计与实现 89页

北京工业大学硕士学位论文沁新煤矿井下人员定位考勤管理系统的设计与实现姓名：刘西青申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：王全民;贾伟20081101 摘硬摘要我国煤炭资源十分丰富，居世界第二位。同时我国也是煤炭消耗大国，煤炭工业在我国经济建设中占有十分重要地位，我国的煤炭产量主要来自于井下开采。煤矿安全生产是国内外面临的重大课题。煤炭行业的管理信息形式标准化、信息传递规范化以及信息内容系统化、安全生产监测监控自动化、是煤炭行业应用系统的必然趋势。本文介绍了一种实现井下人员自动定位管理系统的设计。重点为山西沁新煤矿建立一套井下人员定位考勤管理系统。整个系统采用无线数据采集，有线传输的方式，每名井下人员配有一身份码发送器，通过发送无线信号把自身的人员编号发送出去。井下沿巷道设置身份码监测站通过接收无线信号来收集人员信息数据。井下的检测站采集的人员信息通过计算机之间的数据通讯传送到监控计算机，由主机完成对数据的分析、处理、存储、显示和跟踪。地面主机和井下各监测站采用现场总线协议连接构成一个完整的系统。系统采用成型的可靠的的无线收发模块设计出身份码监测站和发送器，采用多种抗干扰措施，以保证无线数据可靠的传输。计算机数据通讯采用RS．485总线标准实现PC机与单片机的多机通讯，煤矿井下人员监测及安全管理系统软件是采用Delphi开发的集数据采集与信息处理的综合数据库管理系统。本系统是以SQLServer2000数据库为主的Client／Server模式开发而成的，程序简洁、可靠。显示井下各检测站的人员信息，存储人员的历史信息。同时绘制出矿井拓扑图应用与系统中，为直观地显示井下人员的分布情况提供了保证。本文介绍了煤矿井下人员考勤定位系统的系统构成、特点、功能，以及在现场中的实施应用情况，为煤矿企业选择、应用井下人员考勤定位系统提供了较好的实践经验。最后提出了集成化、智能化、网络化是当前井下人员定位系统发展的特点。未来的现代化煤矿应装备全煤矿综合安全监控系统，并实现市、省、全国安全监察局联网，本文还提出了系统设计上存在的不足和待改进之处。关键词煤矿安全监控；井下人员定位系统；数据采集；现场总线I 北京T>Ik人学T平罕硕f：学位论文AbstractChinaisveryrichincoalresources，rankingsecondintheworld．WhileChinaisalargeconsumptionofcoal，thecoalindustryisstillaveryimportantpositioninChina’Seconomicconstruction．China’Scoalismainlyfromundergroundmining．Thecoalindustryisinpoornaturalconditionsanddangerousinvarioussectorsofindustrialproduction．Inthispaper,arealizationofundergroundposonnelautomaticpositioningsystemdesignisintroduced．ShanxiQingxinCoalMinesetupapersonnelpositioningattendancemanagement．Theentiresystemuseswirelessdatacollection，transmissioncable，eachundergroundpersonnelisequippedwithanidentitycodesendingawirelesssignalofitsownstaffnumbers．Alongtheroadway,codeStationsaresetuptoreceivewirelesssignalstocollectinformationanddata．Thecollectedinformationissenttomomitoringcomputerthroughcomputerdatacommunication，thenthehostcomputercompletetheanalysisofthedata，processing，storage，displayandtracking．ThehostcomputerofthegroundandundergroundstationsuseCANfieldbusprotocolconnectionstoconstituteacompletesystem．UsingareliablewirelesstransceivermoduleCandesignidentitycodestationandtransmitter,theuseofanti-jammingmeasuresCanensurereliablewirelessdatatransmission．ComputerdatacommunicationuseRS一485busstandardPCandmicrocontrollertoachievethemulti．machinecommunications．CoalmineunfergroundpersonnelmonitoringandsafetymanagementsystemsoftwareisdevelopedbyintegrateddatabasemanagementsystemwithDelphi-datacollectionandinformationprocessing．ThesystemismainlybasedonClient／ServermodelofSQLServer2000database．Theproceduresaresimpleandreliable，displayingtheUndergroundstationpersonnelandstoringthehistoricalinformation．Atthesametime，asetofsimple，easytomaintaintheminetopologymappingsoftwareisproducedtoguaranteetodirectlyshowthedistributionofUndergroundpersonnel．Ⅱ 摘要ThispaperintroducesQingxincoalmineundergroundstaffattendancepositioningsystem，itsfeatm"es，itsfunctions，anditsapplicationinthecoalenterprises，whichprovidesabetterpracticalexperienceforthechoiceofUndergroundstaffattendancepositioningsystem．Atthesametime，theauthoralsoproposedtheshortcomingsofthedesign．KeywordsCoalminesafetymonitoring；Undergroundpersonnelpositioningsystems；Dataacquisition；Fieldbus一11I．． 独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：趁l瘦螽日期：．趋Q星：!』关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。躲趣新躲!篁生邀吼塑． 第1章绪论鼍量量量—鼍Ill⋯alllail量曼量曼量曼曼曼罾曼曼皇量曼曼曼皇曼曼曼皇曼量量量鲁量皇量量曼量量量量■■量量量曼鼍昌曼量曼量曼量量量量量量1．1课题研究的背景及意义煤矿的现代化管理和煤矿的安全生产是煤炭行业举足轻重的大事；在管理和安全方面，人的管理便成了一个关键的问题长期以来，大部分矿井，尤其是现代化的矿井，井下都是连续生产，然而煤矿井下的员工状况如何，一直是较难查清的问题，到目前为止，即使是我国的现代化矿井的管理，也只能是依据矿灯来对应井下员工的状况，在煤炭行业历次大型突发性事故发生时，由于一时难以摸清井下工人的分布状况，给事故的抢救工作造成困难，有时造成不应有的损夫。虽然目前在国内外的一些矿井中采用了计算机监控系统，但这些系统大都侧重于对生产参数的检测，并且在实际的应用中效果并不十分理想，井下人员自动定位系统就是基于上述原因提出的。本文利用射频识别技术、数据库管理与开发技术、网络技术等先进的技术手段研究开发“煤矿井下人员定位考勤安全监控系统”。这一研究将推动煤矿企业的安全生产和经营管理上一个新的台阶。该系统能够为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，在煤矿危险性事故发生时能够准确及时地对煤矿员工定位，以便实施下一步快速有效的救援工作。这对煤矿安全生产具有重要意义，给营救工作带来极大方便，能够尽量减少人员和财产损失。研究开发煤矿井下人员定位考勤安全管理系统有着重要的作用和意义。该系统适应国家对企业安全生产和企业信息化的需求，可适用于所有类型矿业生产的井下人员作业的信息管理。系统的使用将为煤矿监控系统集成综合化提供有益的经验，并能为煤矿带来显著的经济效益和社会效益，同时为煤矿井下生产提供了煤矿安全管理系统综合智能网络化良好的范例。1．2矿井安全监控系统国内外的现状与发展概况早期的煤矿监控系统大多以模拟技术为主，存在着精度低、抗干扰能力差、识错纠错能力弱等先天不足。而对于矿井监控系统，其实时性、安全性、高可靠一1． 北京T业大学T程硕fj学位论文性、可扩展性显得尤为重要。由于数字化技术具有监测速度快、精度高、误码率较低、识错纠错能力强及传输距离远、成本价格低等优点，模拟技术正在被数字技术所取代。国外研制矿井计算机监控系统始于20世纪60年代，目前国外一些发达国家如美国、英国、法国、德国等的煤矿安全监控技术己经相当先进。其中美国的大中型煤矿一般都安装了矿井上下联网的生产安全监控系统和扩音电话通讯系统，对各采掘工作面主要设备开停运转状态、机电负载工况、煤炭产量、人员工作地点流动、车辆位置编号识别、通风状况、环境温度和气体浓度以及粉尘浓度等进行连续监测并报警。r7】有瓦斯突出和冲击地压的矿井还加装专门的检测传感器和报警系统。这些系统都是用微机进行数据信息的采集、处理、分析和储存，一般均有井下就地显示和传输到地面调度值班室显示监控，矿长室等办公室也有显示终端，可以随时了解井下实际情况。我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统如：DAN6400，TF200，M1NO装备了部分煤矿。这些系统在我国煤炭行业中发挥了作用，也为我国研制矿用监控系统提供了很好的借鉴。上述系统均是综合型监测系统，但侧重于安全参数的检测和控制。【8】同时，这些系统还存在性能价格比过低，即系统价格过高，难以承受、监测机的系统软件在文档处理上有些不符合中国国情、井下工作站体积、重量比较大、技术服务上有缺憾、有些系统的技术并非一流等问题。自从我国引入上述系统后，相继出现了仿制国外的系统如KJ4系统等，以及我国自研的系统，如KJ78和KJ90。这些系统主要也是侧重于安全参数的检测。将计算机用于矿井安全，生产检测是-I"1新兴的学科。除涉及到计算机技术外，还涉及到传感器、光电、电视、光纤通讯等技术。因此，它是一门综合性的学科。到目前为止，随着科学技术的不断进步，它还在不断地完普。计算机矿井安全生产监测系统在矿井的防灾、减灾以及提高生产效率方面发挥着重大的作用，而高性能的计算机矿井监测系统的应用前景尤为的广阔。随着计算机在国内矿山的广泛应用，十几年来煤矿完成了安全监测系统、工业电视等多种计算机辅助管理系统。系统由早期的地面单微机监测监控已发展成为网络化监测监控以及不同监测监控系统的联网监测。随着国家对煤矿安全的日益重视和监管力度的不断加强，我国大中型煤矿及广大乡镇小煤矿己大量装备一2． 第1币绪论—舅mmm量量鲁量鲁皇量皇皇鼍喜罾皇葛皇寡■罾|量罾量量|舅皇量曼曼曼曼曼量曼量曼皇曼量量量昌|昌量舅量舅|舅|量曼皇曼皇曼量曼量曼曼量曼曼曼皇了煤矿安全监测监控系统，这些安全装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况。至今国内己通过自主开发和对引进系统的改造，研制出多种Ⅺ系列的煤矿监测监控系统。和早期的产品比较，具有设备简单、组配灵活、容量大、巡检周期短、易维护、安全可靠、性能价格比高等特点。1．3矿井安全监控系统发展趋势矿用安全监控系统发展趋势主要有以下几个方面：(1)系统应用软件应向网络化发展，按统一的格式向外提供监测数据。(2)制定相应的专业技术标准，解决系统兼容性。(3)研究开发软件技术，能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家决策方案。(4)向全煤矿综合自动化控制系统发展。全煤综合自动化控制系统主要由信息管理系统、煤矿安全监控系统、生产设备自动控制系统及工业电视监视系统等组成。煤矿安全监控系统主要包括煤矿环境安全监控、煤矿生产安全监控、煤矿机车运输安全监控系统、人员安全信息监控系统等。将矿井各生产环节的计算机监控、工业电视监视系统融为一体，在地面中央调度控制室就可实现对全矿井各生产环境和设备的监视和控制。并可将信息通过网络传送给矿级领导，使矿级领导在办公室通过计算机即可随时了解安全、生产、财务、人事、运销等各种信息，实现全矿井统一调度、统一管理。1．4矿井人员监测的技术研究煤矿井下人员考勤定位系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，系统是通过对坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不同状态(移动、静止)下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。井下人员定位系统属于煤矿监控系统的一部分，是对监控系统的发展和完善。随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内 北京T业大学T稃硕}：学位论文各主要科研单位和生产厂家又相继推出了功能更完善的监控系统，如煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90、天地科技股份公司常州自动化分公司的KJ95、．煤炭科学研究总院抚顺分院的KJF2000和北京中煤安泰的KJ78N等系统。上述系统均是综合型监控系统，侧重于安全参数的监测和控制，同时这些系统还存在以下一些问题：通信协议不规范、井下信息传输设备物理接口协议不规范、传感器等质量不过关等，严重制约了系统整体作用的发挥。随着社会的进步，科技的发展和煤矿安全生产的需要，二十世纪末煤矿监控监测技术有了长足的进步，开始研究井下人员定位技术。1991年南非德比尔公司的芬什(Finsch)矿山使用的地下矿铲运机自动测位系统。该系统使用一种与装在项板上的一组红外线邻近效应探测器连接的标志环网络，这些探测器布置在该矿四周的关键位置。当车辆通过某探测器下面时，装在车上的红外线发射器向该探测器发射一个识别该机车的数码。这个数码被传到一个控制着调度过程的中央计算机。红外线探测器之间需要设置识别环网络，这意味着基础设施费用提高，并且系统的灵活性较差。1994年在南非普雷米尔(Premier)金刚石矿安装了一种微波信标系统。它包括一个车上安装的监测器。该监测器连续探测设在矿山周围各关键点的微波信标是否出现，该信标为圆柱形，用电池供电，发射超过3m范围的统一调制识别信号。1995年澳大利亚芒特艾萨矿业公司开发了一种基于射频识别(RFID)技术的人员探测系统【9】，用于监测矿工是否进入危险地带。这个系统使用顶板安装的天线，用来监控装在每个矿工帽上的小型无源信标，进而可以知道各个天线所覆盖范围内的人员情况。以上这些系统可以在一定范围内实现对机车或者人员的跟踪，不能实现对移动目标实时的全方位定位，存在定位的盲区；另外昂贵的系统造价也是不能接受的。所以我们致力于开发一种价格低廉，性能可靠的实时全方位人员定位系统。1．5本文所完成的主要工作本课题主要针对煤矿事故，分析煤矿存在的安全隐患，从矿井人员管理的实际情况出发，借助国内外企业己有开发管理信息系统的成功经验，设计与开发了煤矿井下人员定位考勤安全管理系统。 第1币绪论本文主要对煤矿井下人员定位考勤安全管理系统(后简称并下人员定位系统)的设计和实现作重点论述和介绍。所做的工作主要有两点。一是在煤矿人员定位考勤管理系统实施前，做好需求分析等前期准备工作。二是在系统实施过程中，重点做好监控系统网络的整体设计，同时依照软件工程的有关系统分析和设计方法来进行实际的系统设计工作。本系统主要利用射频技术、数据库管理与开发技术、网络技术、分布式智能控制等先进的技术手段，实现对煤矿井下人员所处位置的实时监测，使矿井人员的管理规范化。在事故发生后能够尽快找到出事人员，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，使事故人员伤亡减至最低。系统主要完成的工作是井下的检测站对人员信息的采集，通过计算机之间的数据通讯将人员信息传送到监控计算机；计算机对人员信息进行存储、显示和跟踪，同时为了更加清晰的了解井下各检测站的布置情况，从而更加直观的掌握井下人员的分布情况，需要具有便于维护的矿井拓扑图的功能。因此，本系统主要有三各方面的内容：检测站和身份编码器的设计主要完成无线数传、检测站与计算机间的数据通讯、计算机数据库的建设和管理，矿井拓扑图的绘制。我在项目中具体承担系统的网络拓扑结构设计、组网；系统通讯方式选择、系统硬件设备的选型、硬件系统的安装现场调试；监控软件的功能设计、数据库的安装、矿井拓扑图的绘制等工作。1．6本文的结构和组织全文共分五章。结构如下：第一章绪论：介绍了课题的研究背景，研究的目的与意义，国内外现状与技术发展趋势，以及本课题主要的研究内容和技术先进性与创新点。第二章山西沁新煤矿井下人员定位考勤管理系统现状与需求分析：首先对煤矿相关背景进行了分析，列举出系统的总体需求。然后做了数据库设计的具体需求分析。第三章系统总体设计：介绍了系统的基本构成、设备组件的功能，系统的基 北京T业大学T程硕fj学位论文本原理和技术指标，完成了系统网络拓扑结构、信号通讯方式和系统通讯模式的实现方式等方面的设计；最后是煤矿系统设计方案。第四章系统监控软件：首先介绍了数据中心站软件的总体设计和部分功能的实现方法；然后介绍了数据库的设计和建立；最后是WEB中端软件的实现。第五章系统实施与应用：完成了系统硬件设备的选型和现场布置实施；然后介绍了监控软件的安装过程和软件的应用。结论：总结了本论文工作，对未来人员定位系统的发展趋势做了展望，对今后工作提出了自己的见解。 第2帝煤矿{临控系统现状’j需求分析。m。m2．1煤矿简介第2章煤矿监控系统现状与需求分析沁新煤矿是沁新集团的前身企业，始建于1967年，原属国有县营煤矿，现生产能力年产原煤90万吨；原煤为特低灰、特低硫、低磷、高发热量、难熔灰分、强粘结性、结焦性好、极易洗选的优质主焦煤，属环保型奇缺煤种。是长治市最大的优质主焦煤基地，是国家煤炭部认定的部级质量标准化矿井之一。沁新煤矿建有新井、旧井两个工业广场。旧井工业广场建有3个井口，一个混合提升斜井，一个行人斜井和一个回风斜井。新井工业广场建有一个箕斗主提升斜井。在井田西南部和东部又建2个回风立井。采煤方法为长壁式炮采，工作面采用单位液压支柱配合金属铰接梁支护，全部垮落法管理顶板。运输提升方式为，回采工作面采用刮板运输机、胶带输送运输。西采区巷道采用无极绳绞车运输，道轨运料，混合提升井采用双滚筒绞车提升。主提升井采用箕斗提升机提升。通风采用中央并列式和中央分列式并存通风方式。2005年，沁新集团投资4800万元开始实施沁新煤矿120万吨技术改造工程。目前，已先后完成立风井投运和机械化高产高效采煤工作面布局等大量技改项目，并于2006年11月1日顺利通过山西省煤炭工业局对该矿120万吨／年技改扩建项目的专家评审，现已投入运行。为保证矿井的安全生产，沁新煤矿今年引进安装了KJ90井下人员定位考勤管理系统，系统采用实时的网络化拓扑结构，具备完善的人员安全监控、生产考勤管理等功能，可对全矿井下各主要生产过程的人员情况进行实时数据采集、传输、处理、显示、打印，并能实现全矿井系统进行集中的的监控。2．2井下安全监控系统现状煤矿于1990年装配一套TF200A(Ⅺ24)型煤矿环境检测监控系统，后因该系统己经不适应现代化大生产的需要，于1999年底对全矿井的检测监控系统进行了大规模较彻底的改造扩充。经过几年的更新升级，现已装备了以山西文矿科技 北京Tqk人学T稃硕Ij学位论文安全技术有限公司的“矿井综合自动化系统"为通信骨干，集宽带无线通信、KJ90环境监测、瓦斯抽放智能监控、运输胶带PLC控制系统、工业电视为一体的现代化多功能大型检测监控系统。“矿井综合自动化系统’’在初期设计时，就已经充分考虑了系统扩展需要，在频道使用和电缆敷设上均预留了～定的发展空间，为人员监测系统等其它应用系统的扩充打下了一定的基础。随着射频识别技术(1uID)在矿井人员检测系统中的日益完善，以及国家相关政策的出台，经过多方的考察研究，根据山西沁新煤矿的实际情况，装备井下人员定位系统的时机己经成熟。2．3井下人员定位系统需求分析为解决沁新煤矿地面和井下人员信息化管理，及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，随时了解入井人员在井下的位置及活动轨迹，为抢险救灾、应急抢救提供科学依据。同时利用系统开发适应本矿进行日常安全管理和考勤管理的功能应用软件，实现对全部携带标识卡人员的考核和考勤功能。矿用人员安全监控系统是针对煤矿发生事故，分析煤矿目前存在的重要安全隐患而设计的。煤矿目前人员安全存在的主要问题有：(1)地面与井下人员的信息沟通不及时。(2)地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况。(3)一旦发生事故，抢险救灾、安全救护的效率低，救护效果差。为了解决煤矿存在的这些问题，矿用人员安全监控系统要能够满足以下需求：2．3．1煤矿安全生产的需求由于煤矿作业环境的特殊性，下井人员在井下的生产的活动情况很难及时掌握。当遇到需要与井下人员联系的时候，却无法得知该人员在井下的确切位置，这不仅给煤矿的人员调度工作带来困难，更会影响煤矿的正常生产工作，给煤矿带来经济损失。而煤矿井下人员定位系统就可以很好的解决该问题。当需要与井下某一工作人员取得联系时，通过人员定位系统，了解到该人员在井下的位置、井下人员的动态分布、作业情况以及实时活动轨迹，再与他取得联系，又快捷。 第2节煤矿!忾摔系统现状与需求因此要求系统具备查询功能，可进行查询分布，实时查询当前的人员分布情况；可查询轨迹，查询本日、本班的人员行踪；可进行加权查询，对特定的人员进行实时跟踪显示等多种方式的人员位置查询。2．3．2煤矿信息化管理的需求随着信息化的普及，煤矿的人员的信息化管理也必须提升，该系统的考勤管理就可以很好的实现这一需求，将煤矿的每位员工的信息(包括姓名、生日、工作时间、照片等)都存储在计算机系统中，系统就可以根据每天的下井、上班等情况，自动记录考勤，方便查询每位员工的基本信息和考勤状况。系统具备统计考勤功能，对下井人员进行下井次数、时间等多种分类的统计，便于考核与此相应的中长期数据储存和有关报表的打印。系统还具备信息联网功能作为局矿信息管理系统(MIS)网的信息源，可向MIS网提供有关人员的实时和统计信息。2．3．3煤矿抢险救灾工作的需求当井下发生灾害事故时，而地面的救灾人员无法准确的了解井下受灾人员的准确位置，常常使救灾工作陷入困境。通过人员定位系统的人员分布活动轨迹功能，可以及时的了解到灾害发生时，人员的位置和活动范围，这样就给地面的指挥系统提供足够的信息，为抢险救灾、应急抢救提供科学的依据。系统具备：(1)安全保障功能分门禁和丢失报警两类。门禁功能，井下一些重要硐室、危险场合如配备监测站则可有效的阻止违章进入，并将违章人员记录在案。(2)丢失功能每一班末，对当班人员进行清点，如发现人员丢失则报警，请值班人员核查，或者发现在井下时间超过给定时间，自动报警。(3)探测功能当井下发生灾害时，可探测到被埋人员发出的信号，以便确定被埋人员的确切位置。总之，煤矿人员定位考勤管理系统要能够使地面与井下人员及时进行信息沟通，地面人员能够及时动态掌握井下人员的分布及作业情况，实现对煤矿员工的管理规范化。在煤矿事故发生时能够准确及时地对煤矿员工定位，以便实施下一步快速有效的救援工作，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，使人员伤亡减至最低。 北京T业大学T程硕r{．学佗论文2．4数据库设计需求分析任何一个项目数据库的设计都应该由项目需求来确定，因此在设计数据库之前，一定要认真做好需求分析。煤矿井下人员定位系统是针对煤矿频频发生事故，分析煤矿目前存在的主要安全隐患而设计的。系统要能够满足以下需求：(1)员工基本信息管理的需求。记录并管理所有领卡人员的基本信息，包括姓名、性别、登记时间、卡号、联系方式等，能够由操作员随时对员工信息进行添加、删除、修改。(2)实时查询的需求。系统要能够实时查询当前井下人员的数量及分布情况，井下人员的分布情况能够在用户界面直观的显示出来，能够统计并显示各工作面的员工数。(3)历史套询的需求。系统要能够查询任一指定井下人员在指定日期所处位置和指定时段内的活动轨迹。(4)统计分析的需求。能够自动记录员工下井和上井的时间，根据排班和实际出勤情况可生成所属人员的考勤信息，以及统计各个部的考勤信息。(5)报警的需求。根据班次和下井、上井时间等，对在井下严重超时的人员产生超时未归等报警信息。当井下人员进入盲井时，系统也要发出报警信号，并显示该员工的信息。(6)管理人员权限设置的需求。对使用本系统的管理人员、值班人员等要根据不同的需要设置不同的权限。2．5本章小节首先介绍了沁新煤矿总体背景和监控系统现状，做出了人员定位考勤管理系统的总体需求分析、然后做了数据库设计的具体需求分析。 第3章系统总体设计3．1设计思路与设计原则(1)合理的性价比原则由于流动的被监测人员通过固定的检测点这一时间的不可重复性，则要求在系统通信协议中加以特殊处理以防止数据的丢失，而目前现有系统协议尚不具备此内容，为避免对已运行稳定的KJ90综合系统进行改动以及两系统可能产生的相互干扰，人员监测系统采用独立的传输频道，监测区域细分与节省投资兼顾的原则。因监测划分的越细，则所需的设备投入越多，所以要在一定的设备投入下，通过合理的布置检测点来划分区域，达到既可获得实用的分区，又可节省投资的目的。(2)良好的可扩展性原则在方案设计中应充分考虑系统将来扩充的可能性，保证扩充的设备可方便的接入，并发挥应有的功效。(3)人性化设计原则沁新煤矿人员KJ90监测系统中，集成了技术含量很高的射频识别技术，并采用双频点长短波频率实现可靠的全双工通信，分站设备和本质安全型标识卡采用全新的嵌入式微处理器和嵌入式软件进行设计，具有隔爆兼本质安全型设计、系统作用距离远、可任意调整系统的识别范围、识别无“盲区’’、信号穿透力强、安全保密性能高、对人体无电磁污染、环境适应性强、可同时识别众多目标、便于网络连接等性能优点，另外系统的安装方便，系统操作简单，这也是系统的一大优点。(4)系统稳定性原则本人员定位考勤系统是“在总结射频识别技术(1讧ID)的基础上，结合煤矿井下安全生产的特点，在远距离射频识别技术系统产品专利产品的基础上开发成功的高新技术产品，稳定性能良好，且拥有自主知识产权，填补了国内信息技术领域的一项空白。(5)自动化原则系统在数据采集，传输等方面完全自动化，不需要刻意认为的干涉。(6)安全性原则系统在设计时，完全满足国家相关的规定，符合行业标准，安全可靠。-11— 北京T业人学T程硕Ij学侍论文3．2系统的基本构成及组件的功能3．2．1射频识另I](RFID)技术3．2．1．1RFID技术概述RFID(RadioFrequencyIdentification)技术是从八+年代起逐步走向成熟的一种非接触式自动识别技术。射频识别是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。由于大规模集成电路技术的日益成熟，使得射频识别系统的体积大大减小，从而进入了实用化阶段。与早期或同期的接触式识别技术不同，RFID系统的电子标签与读写器之间无盆接触就可完成识别与数据交换，因而它可在更广泛的场合中使用。射频识别的读取距离更远，距离可达几十厘米至几米；存储信息量大，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性。每一个产品拥有独一无二的ID号；读写不需要光源，可以透过外部材料读取数据；使用寿命长，能在恶劣环境下工作；能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；能够同时处理多个标签；射频识别技术适用的领域：物料、设备跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合，要求频繁改变数据内容的场合尤为适用。射频技术在其它物品的识别及自动化管理方面也得到了较广泛的应用。3．2．1．2常见自动识别技术对比自动识别术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，归根到底，自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术。近年来，自动识别技术得到了快速普及和推广，自动识别方法多种多样：条形码是一种应用广泛、廉价的自动识别术，但条形码信息量小，不能改写，有触点排的IC卡是电子数据载体最普遍的结构，但在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的：RFID却可以让物品实现真正的自动化管理，其优势非常明显：存储信息量大，每一个产品拥有独一无二的ID号、读写不需要光源；可以透过外部材料读取数据：使用寿命长，能在恶劣环境下工作；能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；读取距离更远，可以写入及存取数据，实现标签的内容动态-12． 第3章系统总体设计改变；能够同时处理多个标签、标签的数据存取有密码保护，安全性更高。这些识别技术都有各自的优缺点及适于应用的场合。从上述比较可以看出，RFID技术信息量大、无线通信、高保密性、高抗干扰性、寿命长等优点，适合在煤矿井下等环境比较恶劣的地方。因此，在本文所论述的井下人员定位系统中，采用REID技术作为现场监控节点的核心技术。3．2．1．3射频识别(RFID)系统组成一个典型的射频识别系统由两部分组成，一是被称为射频识别标志的电子标签也称电子标签、射频卡，二是读写器也称读写器、读卡器。3．2．1．4RFlD系统的特点RFID系统是一个综合系统，需要有计算机网络的支撑，而不是一个单一的产品；REID系统是一个闭环系统，不像条形码那样使用国际通用的开放的识别印刷标准；RFID系统具有很强的应用针对性，RFID必须针对特定的任务进行开发，不存在广泛适用的通用RFID系统。因此，RFID对应用十分敏感；RFID系统还依赖于针对特定应用所选择的技术，在同一应用场合，采用不同的技术RFID表现的性能优劣可能完全不同。射频识别系统的突出优点体现在以下几个方面：无接触，阅读距离远，调频或微波读写器识别距离可达2．7米；同时可识别多个电子标签：适应物体移动速度高；可穿透非金属进行阅读；以无线方式通信，无须外露触点，抗恶劣环境工作能力强，可全天候工作。3。2。1．5RFID系统的应用无线射频识别(RFID)己成为全球信息产业的热门话题。RFID已经进入高速发展的轨道。RFID产品种类很多，像TI，Motorola,Philips，Microchip等世界著名厂家都生产RFID产品，并且各有特点，自成系列。RFID已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，例如交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。随着成本的下降和标准化的实话，RFID技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趁势。根据RFID系统完成的功能不同，可以粗略地把RFI系统分成四种类型：EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。(1)EAS技术EAS(ELECTRONICARTICLESURVEILLANCE)是一种设置 北京In人学I程碰L学位论空在需要控制物品出入的门口的RFID技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆、数据中心等地方，当未被授权的人从这些地方非法取走物品时，EAS系统会发警告。(2)便携式数据采集系统便携式数据采集系统是使用带有RFID读写器的手持式数据采集器采集RFID标签卜的数据。这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境(3)物流控制系统在物流控制系统中，崮定布置的RFID凄写器分散旬置在给定的区域，井且读写器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的物体、人上面。当物体、人流经读写器时，读写器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统存储、分析、处理，达到控制物流的日的。(4)定位系统定恃系统用于自动化加工系统中的定位以及对人、车辆、轮船等进行运行定位支持。读写器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中移动的物料、半成品、成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。3．2．2系统的网络结构人员定位系统是一套分布式处理系统，同时也是作为一个子系统联入煤矿安全生产综合监控系统中。整个网络结构包括地面中心站、数据接口(以太网平台)、分站设各、发射天线、接收天线、天线调谐器、阅读器和标识}等组成。如图3l、图3．2所示：星J藿霹⋯一—J⋯。“_____一配瞄磷鞋磁鹾娥臣甄醯吨如¨’，’‘，门‘，／，，，|●-●●一●●●0-●-●●●●●}●●●●●●●图31人员定位系统接口型组网H窖31PersonnelpositiOnsystemnetworkhasedOildam【interface 釜廛冒⋯⋯羹苎⋯弘■巴。～!Iji≥I⋯一——卜篡一_冀一●■囊■■■■■晶厶￡．￡．．二．二．二矗图32人员定位系统平台型组网Fj口2Personnell∞sifionsymnetworkbasedOflEtl*metplatf；oml人员定位系统采用地面集中逻辑处理、有线传输、无线检铡采集的三级网络。3．211第一级网络：地面监控中心地面监控中心有以光纤通讯的以太网交换机、系统主控计算机、其他网络计算机等组成。它对整个矿井下的入井人员及其在井下分布信息进行储存和处理，通过友好的人机界面实现所有入井的监测及管理，具有对历史数据的备份和恢复功。系统监控主机可以对整个矿井工作人员信息进行集中采集管理；其他计算机可以通过矿集团局域网或因特网来显示部分或全部的监控画面和数据，但不能进行命令操作。3212第二级网络：有线数据传输平台地面监控中心与井下防爆交换机连接的光纤采用双环自愈式通讯网络，这样能够保证增强线路的容错通讯，保证井下的入井人员的信息及时地传送到地面监控中心。各井下定位分站与井下交换机之间的通讯采用基于半双工或全双工的R$485方式进行，由数据协议转换器转换成光信号后经光纤上传。人员定位分站作为地面监控中心和无线信息采集系统的连接系统，为本质安全型，配各专用的防爆不问断电源。人员定位分站在正常情况下，轮循地接收所辖的无线信息采集部分所获的实时的入井人员信息，然后上传；在与地面监控中心处于通讯中断状态下，分站能够把接收的数据保留，待恢复正常通讯后，上传至地面监控中心，恢复每个入井人员在井下信息在时间坐标上的连续性。313第三级网络：无线信息采集系统无线信息采集系统是人员定位系统中 北京T业大学T程硕卜学位论文的核心部分，该部分有标识卡和读卡器，它功能的好坏及与煤矿井下工作环境的适应程度直接影响整个人员定位系统的功能。当前市场上均采用射频识别技术(RFID)，这主要由煤矿井下环境特点及该技术的特点决定的。3．2．3系统的组成及功能系统由软件系统和硬件系统组成，其中软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分组成，用于完成信息采集、识别、加工及其传输，由这两部分软件共同支撑着整个系统的运行。硬件系统由井下分站设备、发射天线、接收天线、天线调谐器、阅读器和标识卡组成，用于完成信息采集和识别，从而实现预设的系统功能和信息化管理目标。其中硬件系统包括：(1)井下分站设备由人员信息采集处理板、人员信息传输处理板、隔爆电源、备用电池、嵌入式软件、以及矿用阻燃电源电缆、矿用阻燃双绞线通信电缆、接线盒等组成。其主要功能是完成对人员识别编码输出信号的采集、处理、与地面计算机的双向通讯及供电等。其中隔爆电源每个由3组电源组成，可根据井下电源的配置情况接入127V／660V／380V／220V／电源，为分站工作提供电源；人员信息处理采集主板是完成对人员通行信息的采集、处理；人员信息传输处理板是将RS232信息转换为RS485信息，传输距离10KM，同时将重码的信息进行判定和过滤，接受上位机的轮循访问并向上位机传送所采集到的人员编码信息，不间断电源是停电后提供2小时的供电电源(设计的蓄电池为2．5安时)；矿用阻燃电源电缆主要是为分站的隔爆箱提供井下220V／127V电源；矿用阻燃双绞线通信电缆主要是完成井下网络的连接，为现场RS485或DPSK总线方式。 第3章系统总体设计其组成见3-3图：图3—3井下人员监测分站设备构成Fi驴-3theundergroundsubstationequipmentconstitutetomonitorpersnnel(2)地面设备包括地面人员监测管理部分由数据通信接口、HUB、监控主机(含监控管理软件)、UPS电源、打印机、网络终端、防雷设备等组成。其中：通信接口是将井下的RS485或DPSK信号转换为监控计算机RS232串口信号；HUB用于地面设备网络连接；监控计算机(含人员监测及安全管理软件)及数据库实现对信息的自动化管理目标，在计算机屏幕上直观动态显示井下人员的分布情况，使管理层一目了然；UPS电源主要为了在交流电源停电后继续维持系统设备正常运行；打印机主要用来打印机人员监测及安全管理报表；网络终端主要是人员监测及安全信息的网上共享。 北京T业大学T程硕l：学位论文其组成见3—4框图：图3-4煤矿井下人员定位考勤系统地面网络组成Fig3-4Coalminestaffattendancesystemonthegroundpositioningsystemnetwork发射天线用于发射无线电信号以激活KGE26标识卡。接收天线接收KGE26标识卡发出的无线电信号。标识卡由嵌入式处理器及其软件、卡内发射和接收天线、收发电路和高能电池组成，其工作在两个频点上，全双工通信。作用：KGE26标识卡平时处于睡眠状态，当进入系统工作区后，被发射天线发出的无线电信号激活，发射出唯一的加密识别码无线电信号。卡内高能电池为标识卡正常工作和发射315MHz的电磁波提供能量，卡内电池一次性可使用70万次以上(卡内电池可更换)。数传接12主要由电源板、信号转换板及安全栓组成，完成通讯信号的转换和本安与非本安运行环境的隔离。人员定位管理软件实现对井下人员的监控信息的采集、分析处理、实时显示、数据库存储、报表打印等功能。 系统构成网络连接图如图35所示：_㈣一m’，一一二、_—b氟⋯_<：-⋯⋯。—‘-一摊删■M口一一一一一t二矗矗￡=_一一‘。。导÷图35煤矿井下人员定位考勤管理系统连接示意图Fig3-5CoalminesbⅡanendan㈥GPSe“oIldia6ara3．3系统工作原理系统采用射频识别技术(RFID)进行数据采集，井下分站设备的人员信息采集处理板将低频的加密数据载波信号经发射天线向外发送；随身携带的标识卡进入低频的发射天线工作区域后被激活(未进入发射天线工作区域标识卡不工作)，同时将加密的载有目标识别码的信息经卡内高频发射模块发射出去；接收天线接收到标识卡发来的载波信号，经分站人员信息采集处理板接收处理后，提取出目标识别码，并经人员信息传输处理板送至地面计算机，完成预设的系统功能，从而实现目标的自动化管理，隔爆电源及备用电池完成供电、断电保护功能。如图3-6所示 图3{井F人员定何系统原理刚Fig3-6Personnelmonitoringsystemschematle3．4网络结构设计我们通过现场总线将分布在井F的各个监测分站设备连接起来，使数据中心站能实时得到各个分站监测到的数据，并进行统处理。确定了关键的无线通信方式，我们就可以较容易的构建起整个系统。整个系统采用无线检测，有线传输的二级网络。在整个矿井下，依据实际情况殴置身份码俯测站，每个井下人员随身携带一个身份码发送器。身份码监测站实时的检测人员信息，然后通过系统的现场总线传输到的地面的主机，由主机来完成对整个井下人员信息的分析、整理和处理。3．4．1现场总线概述从自动控制系统的发展史来看，曾有过两次大的革新：一次是50年代束由旧式模拟仪表向电动或气动单元组合仪表的转变：另敞是80年代从电子模拟仪表剑控制器和集散系统(DCS)的转变。¨¨进入90年代以来，作为工业控制数宁化、智能化与网络化典型代表的现场总线(FieldBus-FB)技术发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍兴趣与重视，被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。前两次革新远远不及现场总线对控制系统发展的影响那样深刻。现场总线使控制系统发生了概念上的全新变化。它使传统的控制系统结构发生了根本的变化，在某种意义上，町认为现场总线最终将完全代替DCS。现场总线控制系统(Fcs)，即网络集成式全分布控制系统．其特点是控制功能由过去的控制室设备变为钾能现场仪表来承担，控制功能分散化，全数字化，就有可能组成大型的 第3章系统总体设计开放式控制系统。进而实现从最高决策到最低设备层的综合管理和控制。[121现场总线的有关规范一经国际公认，通过功能模块参数标准化，用户可以实现不同厂家产品的互操作，择优集成。总之，基于现场总线技术的控制策略和网络结构，引发了工业自动化装置和控制系统的又一次革命。现场总线，是指将现场设备(如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等)与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。可以认为，现场总线是通信总线在现场设备中的延伸，允许将各种现场设备通过同一总线进行双向多变量数字通讯。现场总线使得现场仪表之间、现场仪表和控制室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多变量数字通信，为整个工业系统全数字化运行奠定了基础。可见应用现场总线，是自动控制系统的一个趋势。目前在井下应用现场总线，还处于起步阶段，本文准备采用一种比较适合煤矿井上、井下现场总线，做一些有益的实践。3．4．2网络拓扑结构的实现方法网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局。其基本结构有星型、环型和总线型三种。星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点(工作站、服务器)都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点．t结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时间较小，传输误差较低。但缺点也是明显的：成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，这种结构使公共传输电缆组成环型连接，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从～个节点传到另一个节点。环型结构具有如下特点：信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有～条道路，故简化了路径选择的控制：环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，㈣使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充，可靠性低，～个节点故障，将会造成全网瘫 北京j[业大学I程碗±学位论女痪：维护难，对分支节点故障定位较难。总线结构是指各工作站和服务器均挂在一条总线上，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。总线型结构的网络特点是结构简单，可扩充性好。当需要增加节点时，只需要在总线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还可以扩充总线；使用的电缆少，且安装容易：使用的设备相对简单，可靠性高；维护难，分支节点故障查找难。通过以上分析，根据现场的要求，考虑应用总线的费用、灵活性和可靠性，系统采用了总线型拓扑结构。系统网络构成示意图如图3-7所示：⋯■1⋯■?⋯■3⋯■图3—7煤矿井F人员定位考勤管理系统网络构成示意图Fig3-7CoalmjIlestaffanendanceGPSn酿vorksdlagrara35系统的通信模式与方式的选择井下人员定位系统的实时监控功能主要是依赖于现场总线实现的。数据中心站作为数据库服务器，是整个人员定位系统的核心站点。系统采用TCP／IP通信蟹掣一=M#一闭目基～ 第3章系统总体设计协议，终端用户无论是在局域网内还是广域网上，都可以方便地共享数据中心站的数据。在局域网内，终端用户通过网络终端程序可以完全共享数据中心站数据库。在广域网上，用户可以简单地通过浏览器来查看数据中心站数据库中的数据。井下人员定位系统的通信模式分为两部分：第一部分是数据中心站与监控主机之间的通信模式，第二部分是数据中心站与井下各分站设备之间的通信模式。下面分别介绍两种通讯模式的设计方案。3．5．1中心站与监控主机之间的通信模式数据中心站作为数据库服务器，是整个井下人员定位系统的核心站点。各个监控室的监控主机都需要观测数据中心站的各种数据，通过局域网连接，软件结构采用C／S结构。SQLServer是一个客户／N务器关系型数据库系统。在客户机了服务器软件的概念中，SQLServer是后端部分，而客户端是前端部分。通过客户端，用户可以插入、更新、删除和查询存储在SQLServer数据库中的数据。SQLServer支持客户／服务器结构的数据库管理系统，其Client端和Server端一般分配在两台计算机上，但这并不是必须的，即Client端和Server端可以运行在同一台计算机上。从客户端应用程序到数据库服务器软件之间的连接是由几个软件相互调用来实现的。在本系统的C／S务器软件之间的连接是由几个软件相互调用来实现的。在本系统的C／S体系结构中，实时监控、显示和分析统计及用户交互界面等部分在客户端，而数据存储管理，完整性控制在服务器端。在本系统中，由于监控主机的监控任务必须基于数据库完成，因此在数据中心站设置了备用服务器，当主服务器出现故障时，可以及时将备用服务器启动，使监控系统及时恢复正常运行状态。在数据中心站，Client端和Server端在同一台计算机上，其它的Client端计算机通过局域网与数据中心站计算机Server端连接，网络协议为TCP／IP协议。SQLServer具有网络独立性，它可以和任何操作系统下的客户端通信，只要该操作系统使用符合工业标准的网络协议即可。SQLServer可以很方便地通过Web站点共享数据，使用户通过Web浏览器就能直接从SQLServer数据库中访问数据。其实在许多系统中，前端就是一个标准的Web浏览器。用户需要存取数据库具体表现为客户端应用程序中的SQL语句，SQL语句 北京丁qp人学下程硕fj学位论文经过数据库服务器应用编程接口、网络协议连接到网上，传输到服务器一端，再经过服务器端的网络协议、连接网络软件传输到数据库服务器软件，由数据库服务器软件具体执行SQL语句，实现对数据库的访问。从数据库中取得的结果将按反方向送回给用户。由于采用了C／S体系结构，本系统在网络上传输的是SQL语句及其执行结构。SQL语句从Client传向Server,其执行结果从Server传向Client．减少了数据流量，提高了效率。3．5．2中心站与井下各分站之间的通信模式首先我们要分析整个系统的数据流向，井下分布在各个巷道口的监测分站只与数据中心站进行数据交换，每个监测分站是相互独立的子系统，相互之间没有横向数据流。现场总线采用统一的协议标准，是开放式的互连网络，对用户是透明的，不同厂家的设备可以方便的接入同一网络。数据通信、计算机网络及分布式工业控制系统中经常采用多点串行通信来达到信息交换的目的。我们通过RS．485总线将分布在井下的各个监测分站设备连接起来，使数据中心站能实时得到各个分站监测到的数据，并进行统一处理。RS．485总线基于串行通信标准，简化了物理布线。速度比较快，可靠性比较好，价格比较便宜，其应用范围广泛。RS-485标准接口，是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS．422A的性能，允许双导线上一个发送器驱动32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器(发送器和接收器的组合)。RS．485电路允许公用电话线通讯。电路结构是在平衡连接电缆两端有终端电阻，在平衡电缆上挂发送器、接收器、组合器、组合收发器。[1sIRS．485标准没有规定在何时控制发送器发送或接收机接收数据的规则。电缆选择比RS．422A更严格。3．6网络的存取控制方式的选择选用总线形式的网络时，必须对介质访问规定某种控制协议，即规定网络的存取控制方式。网络的存取控制的基本方式有三种：争用传送方式、主从控制方式、令牌传送方式。争用传送方式是指总线网中每个节点在任何时刻都可以通过总线传送信息的一种介质存取控制方式，它包括侦听、访问及冲突检测，协议内容复杂，每个-24． 第3帚系统总体设计要求发送的节点须先对总线进行侦听，确认总线上无信息传送时才能发送，如有冲突则要等一段时间后再行发送。在负载重的情况下，冲突次数将增多，响应时间长，实时性变差。【16】‘主从控制传送方式是指当网络上节点明显具有上下级特征时所使用的信息传送方式，由主节点控制向指定节点发送或接收信息。令牌传送是指网络上节点轮流占用总线的信息传送方式，令牌由网上节点产生，从一个节点传到下一节点，只有得到令牌的节点才有权使用总线。[17l令牌方式及主从方式因有令牌或主节点控制，都不存在争用总线的访问冲突问题，但令牌方式下，要进行令牌产生、令牌丢失及唯一性等维护工作，增加了协议复杂性。人员定位系统中，各检测站之间相互无关联，因此它们之间不存在信息交换，仅要求在主控计算机控制下将各检测站人员信息传送到值班室中供处理，因此不宜选用令牌方式；采用主从控制传送方式更为合理，主控计算机为网络主节点，井下各检测站为网络中的从节点，在主控计算机的控制下完成信息传送。本系统中由一台工业微机控制网络，传输距离界于近距离、远距离之间，采用RS．485标准接口电路，构成主从式485现场总线，用一对屏蔽双绞线实现多点联网，构成分布式系统。它设备简单，价格低廉。【19】3．7系统设计方案本系统遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许上岗人员和班组实行“一人一卡”制，该标识卡可视为“上岗证"或“坑道准入证"。具体方案：(1)煤矿生产单位在井下坑道、作业面的交叉道口安装井下分站设备。(2)煤矿生产单位向下井工作人员颁发并装备标识卡(标识卡装在矿帽内)。(3)系统数据库记录该标识卡所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、有效期等基本信息。(4)生产单位对该标识卡进行授权后即生效。授权范围包括：该员工可以准入的坑道或作业面。为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该 北京T业人学T程硕fj学位论文卡准入坑道或作业面的时效管理模块及卡的失效、报失等。(5)进入坑道的工作人员必须随身携带标识卡，当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别，系统将读取该卡号信息，通过系统传输网络，将持卡人通过的地点、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理；如果采集的卡号无效、或进入限制通道，系统将自动报警，监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。(6)坑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，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。3．8主要技术指标(1)井下人员监测分站有效接收范围：10m(2)允许被测目标最大移动速度：6m／s(3)系统容量：64台分站(4)传输速率：2400bps(5)容纳员工数：65535个(6)通讯方式：RS485或DPSK(7)地面人员监测管理软件操作系统是WⅢ9)(／2000／Ⅻ；网络平台为以太网；数据库为SQLSERVER(8)井下人员监测分站：交流输入电源127V／220V／380V／660V；发射频率132．3KHz；接收频率315MHz；识别距离最大10m(1m．10m可调)；识别目标数可同时识别30张不同卡号；备用电池：2小时；防爆型式隔爆兼本质安全型(9)人员标识卡工作电源3VDC；发射频率：315MHz接收频率：132．3KHz；工作方式为间歇工作；更换电池时间2年；防爆型式：本质安全型 笫3帝系统总体设计3．9本章小结本章介绍了系统硬件设计涉及到的相关知识；完成了人员定位系统的硬件系统的网络结构、组成、功能和通讯方式方案设计，介绍了系统的工作原理和主要技术指标。 第4章系统精摔软件第4章系统监控软件4．1开发方法和开发工具4．1．1管理信息系统的开发方法概述开发管理信息系统的具体方法很多，归纳起来，可以分为生命周期法、原型法、面向对象法等几大类。4．1．1．1生命周期法管理信息系统的开发要经历五个过程：系统调查与规划：系统分析：系统设计：系统实施和运行；系统测试和维护：此开发过程称为系统开发的生命周期法(SDLC)。生命周期法的结构严谨，工程管理容易，运行环境相对稳定。但它存在很大的缺点：一是用户与开发者之间的思想交流不直观：二是开发过程复杂：三是使用的工具落后；四是研制周期长，系统运行维护费用较高：五是缺乏适应环境的灵活性。在生命周期法和结构化程序设计的基础上，人们提出了结构化分析与设计(SSA&D)开发管理信息系统的方法。SSA&D方法是用系统的思想和系统工程化的方法，按用户至上的原则，结构化、模块化，自顶向下对信息系统进行分析与设计。4．1．1．2原型法原型法是随着计算机软件技术的发展，特别是在关系数据库系统(RDBS)第四代程序语言(4GL)和各种系统开发环境产生的基础上，快速地构造出一个能够反映用户需求的初始系统原型，并与用户反复协商修改，最终形成实际系统的一种系统开发方法。原型法开发系统存在很多局限性：对于大型系统的开发，不经过系统分析来进行整个系统的设计，原型法常常显得无能为力：对于有大量运算，逻辑性强的程序模块，原型法很难构造模型来供人评价：对于原来的管理基础不够完善、信息处理混乱的一些企业，容易造成工作过程不清晰，这样用原型法构造原型有一定困难。由于原型法不经过系统分析，因而整个系统没有一个完整的概念，各子系统之间的接口不明确，系统开发的文档无法统一，容易给以后的维护带来困难。4．1．1．3面向对象法面向对象的方法是近年来倍受关注的一种系统开发方法，它是一种分析方法、设计方法和思维方法。面向对象方法的应用解决了传统 北京Tqk大学T平罕硕fj学何论文结构化开发方法中客观世界描述工具与软件结构一致性的问题，缩短了开发周期，解决了从分析和设计等到软件模块结构之间多次转化映射的繁杂过程，是当今国际上软件工程程序设计的潮流。无论从提高软件的可重用性方面，还是从降低软件的复杂性方面，面相对象技术作为软件开发的新方法都表现出了明显的优势，其增量式的循环开发过程更符合复杂软件系统的实际需求和开发过程，因而就理所应当受到广泛的重视和欢迎。将面向对象技术应用于复杂系统的设计与开发可以大大提高软件的规范化程度和开发效率。本系统采用面向对象法进行开发。面向对象的开发方法当前软件工程的发展主流是对象化和可视化，面向对象的方法己经在软件工程的各个阶段确立其地位，面向对象的系统分析与设计，面向对象的程序设计都已取得长足发展，渐趋成熟。尤其是在程序设计领域，以Borland公司的Delphi为典型，对象化和可视化己得到完美结合。4．1．1．4CLIENT／SERVER模式数据库应用程序的体系结构取决于是使用本地数据库还是使用远程数据库，取决于同时访问数据库的用户数以及数据库中需要存储哪些类型的信息。[23]Client／Server模式，即客户／服务器计算模式是由传统的集中式主机计算模式(MainframeComputing)演化而来。Client／Server模式的软件系统体系结构可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。Client／Server模式的主要形式是系统的管理人员和使用者在客户端对服务器端的数据库进行各种操作，操作的结果又由服务器端的数据库发送给客户端显示出来。客户端和数据库服务器可以在同一台计算机上安装，也可以在处于联网状态的不同计算机上安装，形式比较自由，安装也很方便。(1)Client／Server模式的特点C／S模式是一种分布式处理模式，由客户机与服务器协作完成任务。数据库服务器提供的服务包括：数据的存取、加工、处理、保护及同步多用户访问。客户应用程序除了向服务器提出请求外，还要分析从服务器返回的信息，做出相应的处理。在C／S系统中，负责连接客户与服务器的是称作“中介”的一种系统软件。在本系统开发过程中使用ODBC(OpenDatabaseConnectivity，开放数据库互连)就是一种有效的“中介"它代理了C／S通信操作的复杂过程，使得数据库程序员得以解脱，全心开发数据处理过程。在C／S模式下，客户机和服务器相互协调工作，网络上只传输必要的信息，数据流 第4币系统!临柠软件量小，且大量的数据运算、数据处理是在服务器中完成，使前、后台之间传输速率快，响应时间短。C／S模式充分利用客户机和服务器的资源，特别是充分利用服务器资源，包括CPU资源、数据存储能力等，从而完成用户指定的任务。在C／S模式下，数据的封装性使得程序员可以单独开发应用程序及新的应用，使应用程序更具有通用性。另外，C／S与单一体系比起来，由于采用了开放体系，使应用程序有较好的可维护性和可移植性。(2)设计C／S系统的基本原则设计C／S应用程序时，首先要了解各方面的需要，权衡利弊。一个C／S应用程序应该有良好的完整性、可扩展性、快速高效，而且开发过程简单，系统费用低。对于一个基于网络的C／S系统，在设计时，应该遵循几点原则：尽量让客户机完成对特定用户的事务处理；尽量让客户机管理全部的共享资源；尽量减少网络上传输的数据量；坚持局部数据在局部管理；要想构造一个性能优越的C／S系统，不仅在软件方面需要高效的设计，一个良好的支撑平台也是基本的条件。一般来说，首先需要构造一个网络环境作为双端进行通信的基本通路，后端服务器上的网络操作系统选择Windows2000advancedserver，后端的服务器性能要高，以便对从客户端来的频繁的请求迅速进行处理。在服务器端，需要安装MSSQLServer等大型数据库管理软件。从计算机技术发展的潮流来看，硬件的成本渐趋低廉，而需要处理的商业数据量日益增加，以Client／Server模式为代表的分布式计算机处理模式将成为主流的解决方案。SQLServer2000提供的面向对象的可视化技术以及对Client／Server模式的支持，使其成为一个优秀的客户端开发工具，为广大的程序员提供了极大的方便。4．1．2系统的设计开发工具4．2．2．1开发工具应具备的基本特征为了提高开发人员的生产效率，增强信息系统的界面友好性、可维护性、易扩充性，就必须有相应的工具来支持信息系统的开发。一般说来，数据库的应用开发工具应具备的基本特征有：(1)作为数据库的应用开发工具，它应该提供应用开发的全面支持，包括图形化的界面描绘工具、以及强有力的数据库访问能力和浏览工具等。(2)作为面向对象的开发工具，它应该支持面向对象的开发方法，包括一个可扩充的面向对象编程语言定义、类的层次结构、继承性、多态性等。 北京T业人学T程硕lj学位论文(3)开发工具还应该是客户机服务器结构，最好支持多种服务器的开发、连接以及支持开发组的工作方式等。(4)为了保证系统具有高度的稳定性、可靠性、安全性，所有界面均为图形方式，界面友好，易学易用。本系统采用基于SOLServer2000关系数据库的c／s体系结构，将应用系统分解为客户机部分和服务器部分。服务器管理来自客户机的全部需求。客户机完成用户的特定服务请求并从服务器接收服务请求的结果。c／s结构的另一个显著特征是大幅度减少了程序作业时网络上传输的数据量，提高了系统效率。4．2．2．2人员定位系统的设计开发工具如下(1)服务器端操作系统采用Windows2000AdvancedServer。Windows2000Serve是服务器版本，它的前一个版本是WindowsNT4．0Server版。既可面向一些中小型的企业内部网络服务器，又可以应付大型网络中的各种应用程序的需要。Server在NT4．0的基础上做了大量的改进，在各种功能方面有了更大的提高。(2)客户端采用中文Windows98／2000／XP操作系统平台。选择Windows作为数据库应用程序开发平台主要两个理由：其一，其数据信息显示技术的多样性。Windows应用程序可用标准的或用户自定义的方法显示信息，如列表框、统计图形、电子表格、网络以及音频或视频那样的多媒体格式。其二，Windows作为操作环境己十分成熟，使用者容易使用支持网状、层次、关系或面向对象的数据库的数据库管理系统(DBMS)产品。Windows98是继Windows95之后功能更强、操作更方便的图形操作系统，为在此环境下开发Delphi应用程序打下基础。(3)数据库管理系统采用了SQLServer2000数据库管理系统的选择需要对性能和价格综合考虑。一般情况下，数据库系统的性能越强，价格也越贵。考虑到SQL在我国是市场基础非常雄厚的数据库语言，而且系统基于PC机，故选用SQLServer2000。SQLServer2000可以兼顾小、中、大规模的应用，有着远远比Access强大的伸缩性。(4)界面开发软件采用Delphi7．0目前用于开发数据库界面的应用软件开发工具很多，但是Delphi以其所见即所得的界面设计、高效的执行代码和极快的编译速度，从众多的开发工具中脱颖而出，成为程序开发人员的首选工具，特别 第4币系统：惭捧软件是Delphi7．0的推出，使得开发数据库界面软件更加容易。和VisualC++比较，Delphi更简单、更易于学习掌握，而在功能上却毫不逊色；和VisualBasic相比，Delphi则功能更强大、更实用。可以说，Delphi兼备了VC和VB的特点，所以一直是广大程序员喜爱的编程工具。4．2．2．3SOLSERVER2000数据库管理系统SQLServer2000是Microsoft公司最新推出的高性能关系数据库管理系统，是Microsoft公司在大型数据库领域的最新版本和旗舰产品，也是Microsoft公司争夺电子商务领域最重要的核心部件市场一网络数据库平台的一大利器。(1)数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是用于描述、管理和维护数据库的系统程序，是数据库系统的核心组成部分。它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一的管理和控制。(2)其主要功能有【231描述数据库：描述数据库的逻辑结构、存储结构、语义信息和保密要求等。管理数据库：控制整个数据库系统的运行，控制用户的并发性访问，检验数据的安全、保密与完整性，执行数据检索、插入、删除、修改等操作。维护数据库：控制数据库初始数据的装入，记录工作日志，监视数据库性能，修改更新数据库，重新组织数据库，恢复出现故障的数据库。数据传输组织数据的传输。DBMS主要4种类型：文件管理系统、层次数据库系统、网状数据库系统和关系数据库系统，目前关系数据库系统应用最为广泛。4．2．2．4SOLServer2000数据库特点SQLServer2000是建立在SOLServer6．5和SQLServer7．0坚固而雄厚的技术基础之上的关系型数据库。SQLServer2000已经在性能和可扩展性方面确立了世界领先的地位，是一套完全的数据库和数据分析解决方案。与以前的版本相比，SQLServer2000的特点有以下几个方面：(1)与Intenret的紧密结合SQLServer2000的数据引擎集成了对XML的支持，同时以可扩展、易使用和安全的特点，成为建设大型WEB站点最好的数据存储设备之一．SQLServer2000的编程模式在很大程度上与专用于开发WEB应用的WindowsDNA架构相集成。同时，SQLServer2000所携带的诸如英语查询以及Microsoft查询服务等为开发WEB应用提供了友好而强大的查询界面。 北京丁业大学T程硕}j学位论文(2)可扩展性和可用性为了兼顾各种配置计算机的使用，SQLServer2000的数据库引擎可以运行在操作系统为Windows98／2000的台式机、笔记本电脑以及数据中心的多处理器计算机上。SQLServer2000企业版，具有联盟服务器、视图索引以及超大规模的内存支持等特征，完全可以满足最大规模的WEB站点的性能需要。(3)企业级数据库SQLServer2000关系数据库引擎具备有完善而强大的数据处理功能。它在有效保证数据库一致性的基础上，尽量降低成千上万的数据库用户进行并发访问时的管理和延迟成本。SQLServer2000的分布式查询允许用户同时引用多处数据源，但其友好的界面使用户好象自始至终是在操作一个数据源。(4)简单、好的操作方式SQLServer2000包含一整套的管理和开发工具。这些工具都具有非常友好的用户界面，在提供强大功能的同时，易于安装、使用和发布。用户可以把更多的精力放在自己的业务问题上，可以非常迅速地建立发布强大而复杂的数据库应用系统。(5)数据仓库支持SOLServer2000为了满足现代化企业对大规模数据进行有效分析和利用的要求，包含了一系列提取、分析、总结数据的工具，从而使联机分析处理成为可能。同时，SOLServer2000提供了英语查询工具和编程接口，可以以英语为基础设计和管理、查询数据库。4．2．2．5SOL语言SOL是StruturedQueryLanguage的缩写，是关系数据库管理系统中的一种通用的结构化查询语言。1986年美国国家标准化组织ANSI确定SOL作为数据库系统的工业标准。目前，所有主要的关系数据库管理系统支持某些形式的SQL语言，大部分数据库遵守ANSISQL89标准。SOL广泛的被采用正说明了它的优点，它使全部用户，包括应用程序员、DBA管理员和终端用户受益匪浅。其主要优点主要包括以下几个方面：(1)非过程化语言SQL是一个非过程化的语言，因为它一次处理一个记录，对数据提供自动导航。SQL允许用户在高层的数据结构上工作，而不对单个记录进行操作，可操作记录集。SOL不要求用户指定对数据的存放方法。这种特性使用户更易集中精力于要得到的结果。所有SOL语句使用查询优化器，它是RDBMS 第4章系统豁栉软件的一部分，由它决定对指定数据存取的最快速度的手段。查询优化知道存在什么索引，哪使用合适，而用户从不需要知道表是否有索引，表有什么类型的索引。(2)统一的语言SQL可用于所有用户的DB活动模型，包括系统管理员、应用程序员、决策支持系统人员及许多其他类型的终端用户。SQL为许多任务提供了命令，包括：查询数据；在表中插入、修改和删除记录；建立、修改和删除数据对象；控制对数据和数据对象的存取；保证数据库一致性和完整性。(3)所有关系数据库的公共语言由于所有主要的关系数据库管理系统都支持SOL语言，用户可以将使用SQL的技能从一个RDBMS转到另一个。所有用SOL编写的程序都是可以移植的。Transact-SOL是SQL的一种，它是在国际标准化组织(ISO)和美国国家标准化机构(ANSI)定义了的SQL标准基础上的扩展。SQLServer用Transact—SOL作为它的数据库查询和编程语言。Transact—SQL包含了管理SQLServer，在SOLServer中创建和管理所有对象，以及在SQLServer表中进行插入、更新、修改和删除资料的命令。4．2．2．6DELPHl数据库应用开发系统Delphi是著名的Borland公司开发的可视化软件开发工具。很多人把Delphi称为是第四代编程语言，它具有简单、高效、功能强大等特点。Delphi与使用SOL语言的数据库管理系统兼容，支持SQL编程是Delphi的一个重要特征。利用Delphi的客户务器功能，程序设计者可以在本地数据库上或远程数据库服务器上开发客户朋及务器模式的应用程序。一个Delphi数据库应用程序访问的是本地数据库还是远程数据库服务器上的数据库，这对于最终用户是完全透明的。Delphi7．0是一个基于面向对象语言ObjectPascal的Windows应用程序开发系统。一些早期的具有OOP性能的程序语言如C++，Pascal，Smalltalk等，虽然具有面向对象的特征，但不能轻松的画出可视化对象，与用户交互能力较差，仍然要编写大量的代码。Delphi使用“可视化’’的编程方法。程序员不用建立对象，利用Delphi所提供的可视化“控件”，只要在提供的程序框架中加入完成功能的代码，从而建立一个由若干小程序组成的应用程序。n钔 42中心站软件的设计与实现4．21监控软件总体设计本监控软件的开发基于以F的软件系统配置：操作系统：W"mdowS2000中文版或更高版本，丌发平台：Delplli70；数据库选择：SQLServer2000。采用ClienVServer模式外发而成共有操作员登录、实时显示、数据查询、数据统计、个人编码器管理、人员活动轨迹、系统维护七个模块如图4-1所示。例4—1煤矿井下人员考勤定位系统软什模块Fi94—1CoalmineslaffauendancePositioningSystemsoftw哪modules系统的主界面设计如图4-2所示：鎏薹嵫熬瓣嘲暌图4-2井F人员监测基站主控界面Fi94·2Undergroundstationtomonitorcontrolinterface六个菜单项：“系统维护”、“跟踪查询”、“图形管理”、“系统工具”、“报表打印”，“系统帮助”，包含了所有功能模块实现界面的链接，“关于”用于显示版本信息和帮助。在菜单下面由若干个SpoedBution控件组成了一组按钮，常用的功能都可以通过这罩来链接。人员定位考勤管理系统数据处理流程如图4．3所示 第4章系统岭挖软件图4-3数据处理流程Fi94—3Dataprocessing4．2．2部分关键功能的实现方法和界面设计井下人员信息在巷道图形上的动态显示是人员定位系统的关键功能，监控程序获得监测分站发送来的员工数据后，进行分析处理，要在程序窗体上实现用表格和图形的方式显示井下人员和机车的当前位置信息，并按照各种类别(如不同区域、岗位关键程度)处理和统计信息。对于重要人物，能够在监控图形上直接显示其姓名和当前位置。这里涉及到了两个关键技术，即使用图形显示和显示内容在计算机屏幕上的准确定位问题。图形显示的实现使用两个Image控件，Imagel和Image2，两个控件一样大小，完全重合。其中Image2控件的Picture属性为己经画好的煤矿井下巷道图和所有下位机的位置标注；Imagel控件的Transparent属性为True，这样Imagel控件即为透明了，我们的图形显示以Image2上的图片为巷道背景，然后利用函数在透明的Image2上画图，显示相关信息和重要人物姓名位置。 界面设计如图44所示。图4"1人蚰定位系统示意I璺『Fi944Personnelobservationsystemschematicdrawing片上角统计出了目前井下总人数，以及需要在图形上动态显示位置的关键岗位人数。井下所有监测分站都有号码柬表示，按比例位置显示在巷道图上。币常工作时，在检测分站号码的右边要显示附近总人数和关键岗人员的姓名，而普通员工姓名不显示，只有鼠标点击了某一个监测分站号码后才弹出对话框，显示在奉监测分站附近的所有员工姓名。如果某一个分站出现了故障，也要在其旁边显示汉字“故障”。对于要准确在图形分站号码的旁边显示信息，程序中必须事先知道每一个具体的监测分站在屏幕上的坐标位置，这一个信息的获得，通过“分站区域维护”功能来实现，界面如图4．5所示。E哑《J■■■●■隧h』i簟i■-■■簟嗣■熬蠹洳。。i|攀酝》。磐轰‰：翱矗嚣荔产蚋。髓#i螽晶．t描§豁铲⋯㈣《-xFi～T：『㈣：网a匿、M同i固oi‘、‘ii图4-5分站区域维护Fi94-5Themaintenanceofregionalsub-station-38- 第4币系统!陇摔软件I_lmm量曼量曼曼量量曼宣量量曼量曼量皇量鼍在这个功能界面下，分站的站点、编号、区域和煤层信息可直接按照实际情况输入，而对于其在屏幕上表现的X和Y坐标，需要使用鼠标左键点击图形相应的位置后，在图形显示界面的StatusBar控件上，显示出来其坐标，当鼠标点击到05号分站的左下角位置时，StatusBarl控件上显示，X：407，Y．143，然后由操作人员把坐标信息记录到各分站信息表中，分站的这些数据在编辑完毕后被保存到数据库相应表中。在程序运行过程中，调出数据库中相应的分站坐标，在该坐标的附近显示需要显示的内容。图形显示程序中的在Imagel上的画图程序流程如图4-6所示。定时届0新时间到图4—6图形显示程序定时刷新重画流程图Fi酣-6Graphicaldisplayprocedurefixedtimerefurbishingreplottingflowchart部分关键程序如下：imagel．Px。ture．Assign(nil)：／／清除Inagel的内容重画●●●●●●imagel．Transparent：=true：／／Inagel透明 北京T业人学T程硕卜学位论文label3．Caption：=inttostr(i)；／／Label3统计显示现在井下总人数label4．Caption：=inttostr(i)；／／Label4统计显示井下关键岗人数h：=imagel．Height；／／获取Inagel的高度xb：=strtoint(zhandianadotable．fieldbyname(，X坐标’)．Value)；∥从数据库相应表中获取分站在屏幕上的的x坐标yb：=strtoim(zhandianadotable．fieldbyname(’Y坐标’)．Value)；／／／,人数据库相应表中获取分站在屏幕上的Y坐标lmagel．Canvas．Pen．Width：=l；TJ以下为设置显示文字时画笔的属性tmagel．Canvas．Pen．Color：=elwhite：／／tmagel．Canvas．Brush．Color：=elwhite；／／lmagel．Canvas．Brash．Style：=bssolid；maagel．Canvas．Font．Color：=elpurple；／／tmagel．Canvas．Font．Size：28；tmagel．Canvas．Font．Style：=LfsboldJ；trnagel．Canvas．TextOut(xp+t，h—yb-10，text2)；／／在图形相应位置画出关键岗人物姓名。imagel．Canvas．TextOut(xb+15，h—yb一10，’故障’)：／／如果有故障在图形相应位置画出“故障"imagel．Canvas．Pen．Width：=l；TJ以下为设置显示数字时画笔的属性imagel．Canvas．Brush．Color：=clwhite； 第4章系统航控软件imagel．Canvas．Brush．Style：=bssolid；imagel．Canvas．Font．Color：=clyellow；imagel．Canvas．Font．Size：=6；4．3系统数据库设计4．3．1总体设计思路人员定位系统的关键部分是人员信息的管理，当计算机接收到人员的身份码后，计算机将检测人员信息总表数据库，将对应的人员信息作为一条记录添加到相应的检测站对应的数据库，计算机需要完成数据信息的显示、定时存储，数据的统一管理，以利于对人员的跟踪查询。要完成这一功能就要建设一个功能比较完备的数据库。我们所用的数据库是基于ODBC(OpenDataBaseConnectivity，即开放式数据库连接)的数据库应用程序为了方便数据的查寻，在程序中使用SQL(StructuredQueryLanguage，即结构化查询语言)语言整个数据库软件包括各检测站的数据库表人员的历史信息表和人员的信息表三部分各检测站数据库表用于存放在检测过程中该监测站当前所有的人员信息；人员的历史信息表数据库用于存放人员的历史数据，从中可以查询某工人的路径信息，也可以查询某检测站曾经有过的人员信息人员信息表数据库用于管理人员的基本信息，它为检测站数据库表和人员历史数据表提供一个参考。井下人员定位系统是数据采集与信息处理的综合数据库管理系统，它能够实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控，为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业等多方面的管理信息。由于井下定位管理系统处理信息量不是特别大，所以没有采用Oralce等大型数据库，另外该系统要求安全性较高也没采用Access等桌面数据库，SQLServer2000能够满足今天的企事业环境要求不同类型的数据库解决方案。它是一种应用广泛的数据库管理系统，具有许多显著的优点：易用性、适合分布式组织的可伸缩性、用于决策支持的数据仓库功能、与许多其他服务器软件紧密关联的集成性、良好的性价比等。性能、可伸缩性及可靠性是基本要求。除这些核心企业品质外，SQLServer2000还为您的数据管理与分析带来了灵活性，允许单位在 北京T业人学I程硕Ij学位论文快速变化的环境中响应等优势。在进行系统设计时，我们要考虑系统安全性、可扩展性、易维护性和易操作性。使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”。通过对系统需球的充分分析，本系统采用SQLSexver2000数据库以Clicnt／Server模式开发设计。最终采用SQLServer2000数据库，数据库设计围绕职工和职工携带的带标签扫描的卡为中心来设计。主要有以下表：表4—1分站位置坐标表Table4-1Substationpositionlistofcoordinates列名数据类型允许空列名数据类型允许空IDint否StationYint否MineNumberint否StationWint允许StationNumberint否StationHint允许BackMapEnchar(20)允许RemarkFirstvarchar(20)允许BackMapChvarchar(50)否RemarkSecondvarchar(40)允许StationXint否RemarkThirdvarchar(50)允许表4-2分站基本信息表T{出le4．2Substationbasicinformationtable列名数据类型允许空列名数据类型允许空IDint否DeviceModifyReasonvarchar(50)允许MineNumberint否Pepolenumberint允许StationNumberint允许RedundancyStationvarchar(50)允许StationTypeint允许DeviceGroupint允许StationAddressnvarchar(50)允许IpAddresschar(15)允许StationStatusvarchar(50)允许CuriseNumberint允许ChipSetVersionvarchar(10)允许RecordRunLogint允许DeviceSetupTimedatetime允许ExecptionAlarmint允许DeviceFinishTimedatetime允许SecQueeint允许DeviceModif，7Timedatetime允许 第4帝系统舱摔软件表4-3职工基本信息表Table4．3Sta仃basicinformationtable允许列名数据类型列名数据类型允许空空IDint否Heightint允许MineNumberint否Weightfloat允许PepoleNumberint允许EducationLevelvarchar(10)允许PepoleExNumbervarchar(10)允许Marryint允许DepartNumberint允许Polity’Facevarchar(10)允许TypeOfWorkNumberint允许GraduateSchoolvarchar(50)允许JobNumberint允许IDCardvarchar(18)允许AttributeIDint允许Phonevarchar(15)允许ContractTimeint允许Specialismvarchar(50)允许KindNumberint允许RemarkFirstvarchar(20)允许PepoleNarnenvarchar(10)允许RemarkSecondvarchar(40)允许Sex．Numberint允许RemarkThirdvarchar(50)允许BirthDaydatetime允许OrderStandardint允许JoinTimedatetime允许SelectTrackint允许JobPostNumberint允许SignOneint允许WbrkTimeint允许SignTwoint允许Photovarchar(20)允许SignThreeint允许Nationvarchar(10)允许SignFourint允许NativePlacevarchar(50)允许-43- 北京T：Ik大学T程硕}j学位论文表4—4人员位置信息表Table4-4Personnelpositionalinformationtable数据允许列名数据类型允许空类型空MineNumberint否RouteTimedatetime否PepoleNumberhat否DataFlagint否RouteStationint否4．3．2系统数据库的建立本系统的数据库包括三个部分，第一部分为“人员信息总表’’数据库，它用来管理整个煤矿的所有人员信息。第二部分为“历史信息总表"数据库，它用来存储人员的历史信息，包口人的基本信息、人在某时间段所在的工作站，它便与对人员或工作站历史信息的查询。第三部分为各工作站自己的数据库，它主要用来存储当前时刻该工作站中工人的情况，同时来显示各工种人员的分布情况。4．2．2．1“人员信息总表’’数据库在利用编写数据库应用程序之前首先要对所使用的数据源进行配置数据源的配置用来完成将所用的数据库驱动程序向系统注册，以及连接所使用数据库。该工作通过系统的控制面板的ODBC管理器来完成。注册数据源的方法在第五章介绍。(1)“人员信息总表"的功能“人员信息总表"数据库主要用来管理整个煤矿所有人员的基本信息，其中包括人员的姓名、身份码、年龄以及工种。“人员信息总表”是一个参考表，计算机传输的数据为人员的身份码，当计算机接收到身份码后需要查寻“人员信息总表"，将与取相符合的那条记录添加到各个工作站的数据库中去。同时它还可以作为接收数据的正确与否的判断标准。只有与“人员信息总表”所存在的身份码相符合的数据才是正确的。因为“人员信息总表"数据库为数据通讯和数据处理提供一个依据，因此要求它必须要有良好的可维护性。在这里我们可以对人员信息进行添加、删除和修改操作。(2)“人员信息总表’’功能的编程实现添加记录时的流程框图见图4．7示： 第4幸系统畹拧软件图4—7添加纪录流程Fig4—7Addarecordflow编程要点：由于本系统所用到的数据库需要处理多个表，因此，在打开“人员信息表”时将用到SQL“SELECT要检测的字段FRM要检测的表”语句口引，具体应为：m_Data．Open(Crecordset，：：dynaset，J(“Select幸fome人员信息表’’))；本语句的含义为动态的打开“人员信息表’’中的所有纪录。修改和删除操作与此类似。4．2．2．2“历史信息总表’’数据库(1)“历史信息总表’’数据库功能“历史信息总表”数据库，它用来存储人员的历史信息，它便与对人员或工作站历史信息的查询，它所存的人员信息除了人员的基本信息外，还包括人员所在的工作站入站时间和出站时间。“历史信息’’数据库与“人员信息总表’’数据库不同，它不需要人手工的添加、删除和修改记录，对于数据的维护都是由计算机来自动地完成的。在程序串行通讯之前就已经设定了定时存储数据的时间间隔，计算机每隔一定的时间自动检测各工作站，将每个工作站中的人员信息添加到“历史信息总表"中。“历史信息总表"主要用于对人员或工作站历史信息的查询，因此要有比较完备的查询 北京T业大学T程硕十学位论文功能。要查询某一历史数据，点击“查看”菜单下的“历史信息查询"，“人员查询”对话框，选择某种查询方法点击“确定”，要查询的历史数据就显示在历史信息列表中。信息数据的定时存储要用到计算机的定时器资源。(2)“历史信息”数据库功能的编程实现信息数据的定时存储要用到计算机的定时器资源。我们在启动串行通讯的同时，启动一个计时器，在WMTIMER消息的响应函数流程图如图4．8所示打开“历史数据总表”●·打开工作站数据库◆I将工作站中的数据添加到历史数据表中<一司关闭工作站数据库图4—8信息定时存储流程Fig4-8Regularflowofinformationstorage编程要点：在程序中由于要用到多的计时器，我们在这里使用计时器1．SetTmerO函数中应当设置为SetTimer(1,m_Imterval，NULL)，这里表示使用计时器l，计时m—Interval时间产生中断。对应的窗口过程接收到一条WM．TIMER消息时，其映射函数为OnTiner(UINTnlDEvent)，其中的njDEVENT应于SetTimer中指定的一致。4．2．2．3各工作站数据库建设各工作站自己的数据库，它主要用来存储当前时刻该工作站中工人的情况，同时来显示各工种人员的分布情况。各工作站数圈 第4币系统糖栉软件—寡鼍皇m—m—m—m．-mm__。。_————曼鼍曼量曼量曼量曼量皇置旨曼寰量曼量曼曼量皇据库不需要人去维护，它的数据处理完全由计算机来完成。他只给留出一个人机界面，便于人来实时查询各工作站的当前人员情况。在程序的主界面中，在“检测站信息"栏中，选择要查看的工作站序号，点击“调入”按钮，将本工作站的所有人员信息显示在下面的列表框中。同时将本工作站的人数显示在静态文本框中。4．4WEB中端软件的实现WEB中端软件用通用的网页制作软件编写，这里我们采用MacromediaDreamweaver编写。由于WEB中端软件的模块比较多，介绍部分模块的设计本软件采用是数据库技术为ASPJavaScript．界面菜单显示模块·’一··一、’+timeStr+’<／font>’；／／格式化字符串window．1ayerl．innerHTML=showStr：-48． window．setTimeout(’clock0”，1000)：<／script>代码过多写部分代码显示结果如下鎏型蒌鬣黝麓蕊熬藕避削4-9菜单显示界面Fi94-9Menudisp’layintedace表单提交检铡模块functioncheck0if(window．forml．OKMineNumber．value一")window．alert(’请先确认矿编号。”if(window．forml．Passwordvalue==～)windowalert(”请输入超级用户的密码。。) 北京T业大学T稃硕t：学位论文一)：vartemp=newString(window．forml．Password．value)：if(temp．1ength<6){window．alert(”为了保证超级用户的密码安全性，密码至少为6位。⋯⋯⋯．．／／由于代码过多，此部分省略if(window．forml．IsExNumber．checked)if(window．forml．MineExNumber．value==”)window．alert(”你选择了使用矿扩展编号，请输入一个扩展编。return：⋯⋯⋯．．／／由于代码过多，此部分省略window．forml．OKButton．value=”已确认window．forml．MineAddress．disabled=true：window．forml．MineName．disabled=true：window．forml．OKMineNumber．value=strResult：-50- 第4审系统临摔软件(／script)此部分代码由于检测在填写好信息后，系统检测填写的信息是否符合规则．数据库连接模块<％DimstrConn，connSetconn=Server．CreateObject(”ADODB．Connection”)strconn=”Driver={SQLServer}；SERVER=127．0．0．1；UID=xujin；PWD=xqw8089；DATABASE=pd”conn．OpenstrconnsubendConnection()conn．Closesetconn=nothingendsub％>简单介绍一下此部分代码Setconn=Server．CreateObject(”ADODB．Connection”)是定义数据类型strconn=”Driver={SQLServer}是数据库驱动为SQLServerSERVER=127．0．0．1是服务器名称UID=xujin是用户名PWD=xqw8089密码DATABASE=pd数据库名称．-5l一 北京Tqk人学T程硕lj学位论文4．5本章小结本章首先介绍了软件的开发方法和开发工具；然后从监控软件的功能需求入手，详细探讨了监控软件需要完成的任务，因此确定使用SOLServer2000+Delphi来完成集数据采集与信息处理的综合数据库管理系统的设计工作。并给出了给出了软件中关键部分的程序的算法和界面设计，以及数据库软件中几个关键部分的程序要点，终端软件的实现。从而初步完成了监控软件设计，在前面已经设计完成了井下监测和通讯所有硬件设备的设计基础上，使整套系统的功能趋于完善，完成了系统的整体设计方案。 兰：：盏：全；喾譬蚕釜兰銮晋：晋昌第5章井下人员定位系统的实施与应用51系统的硬件设备实施5．1．1系统的硬件设备选型煤矿人员定位系统由地面中心站、RFID发射器、检测站及MODEM、电源、电缆等辅助设备组成。根据总体需求和设计方案情况确定选用重庆煤科院KJ90人员定位系统全套设备，地面中心站主机选用两台多媒体机型，一台工作，一台各用。主机通过RS232接口与MODEM连接，对设在井下的检测站进行通信。中心站配置一台激光打印机，打印有关报表和资料。RFID发射器安装在矿灯的电池盒内，共1800个，编码固化且不重码。选用型号为：KGE26。根据沁新矿井下情况，检测站共选用14个，距离上相近的检钡4站用电缆连接，共用一个电源和MODEMA。设备具体选型如下：矿用服务器如图5-1所示：图51矿崩服务器F营一1Mineralproductseizer由于煤矿的特殊研=境和监控系统的特殊要求(全天24小时开机监控)，本系统服务器的配置要求比较高。中心站服务器采用专业矿用服务器，以下是服务器的选型配置：机箱：采用矿用工控机箱，在原有工控机的基础上，结合煤矿的特殊环境要-53一jj，㈧㈧醚 北京In^学I程颂±学位论立求改进的工控机箱，运行更加安全稳定，科学合理的散热装置和大功率稳定静音电源叮使机器的运行更加安静可靠。主板：专用工控机土板，便于用户对设备的扩展和维护。中央处理器：Intel双核处理器充分保证了系统的流畅。内存：2G双通道内存。硬盘：由于监控数据要求保存的时『日J较长，并且数据量比较大，一般不小于160G。井下分站型号：KJF86如图5-2所示：『]I。。。j■I图5-2井下分站Fi95-2Mineshaftsubstation井下分站：用丁井下数据的采集和发送，采用全钢防爆外壳，符合国家相关要求。通讯接口：将从井下分站接收数据经过处理传给计算机服务器。由于井下分站传输的484信号，通信接口就是将485信号转换成计算机可以识别处理的232数字信号。通讯接口上也有各种状态指示灯表示接口的运行状态。通讯接口；KJJ55如图5—3所示：圉5-3通讯接口Fi95—3Cow．italianconnection-5} 芝：耄聋：盒盆耋：蚕答謦耋薹：窖盏5．12井下检测站设备配置沁新煤矿共有三个井筒，其中主井为运煤专用井，副井和风井作为矿井的安全出FI，出口处设置一号和二号检测站，同时。在井底车场、机电硐室、3501回采工作面、主井底、3505掘进工作面分别设置三号、四号、五号、六号和七号检测站，用于检测井下分流人员及集中工作地点的人员。检测站之间通过矿用通信电缆连接，分站电源就近选择，射频识别卡由下井人员随身携带。矿井共计安装14个检测站。沁新煤矿人员定位系统检测站布置如图5-4所示。茸口l剽毫N*卜／1：憾／／j孱钎掰潭：垡／』mgmr躏输黑／巨jⅡ二二Ⅱ二口j互5-4煤矿人员定系统检测站设置示意闰Fi95-4P口sO蛐eldetectionsystemsetdiagram 北京]=业大学I程日E学位论i5．13传输线缆中心站至分站采用的传输线缆采用带屏蔽的两芯通讯电缆，可以避免井F大型电器设备在启动或关闭时产生强大电流磁场对信导的干扰。5．2软件的应用5．2．1软件安装KJgO系统监控软件为绿色软件，一般通过自解压就可完成。需要注意的是程序运行需要SQLSERVER2000数据库的支持，即需要安装SOLSERVER2000系统软件的安装分为三步：521SQLSERVER2000数据库的安装系统需要数据库的支持，如果没有数据库，系统将无法币常运行。系统数据库文件为PepoleOrientationbak，你可以在安装文件中找到它。该文件是SQLSERVER2000数据库的备份文件，现在需要做的是对该文件进行恢复操作。该数据库的恢复步骤如F：(1)打开s。LSERVER2000企业管理器，并新建数据库，新建的数据库名称为PepoleOfientation。请确定使用了该用字，如果不使用该名字，系统将无法运行，除非在connectasp和corm．asp文件以及中心站的配置文件中着了相应的更改。(2)查看数据文件、事务日志文件路径。打丌PepoleOrlentafion数据库属性卡(右键点击PepoleOrienmfion数据库在弹出菜单中选择“属性”。)如图5-5所示：图5-5pepolcOrientafion数据库属性卡Fig5-5PepoleOrlentationPropcrDrcarddatabase 第5章井T^iE位§统∞鲨施目应用记下“数据文件”、“事务日志”两个选项卡中的文件“PepoleOrientation_Data”和“Pepo]eOrientation_Log”两个文件的位置。(3)数据还原右键点击PepoleOrientation数据库，选择“还原数据库”弹出如图5．6对话框，在此进行数据库的还原操作。图5_6数据库还原选项昔Fig5-6Tore；to∞thednaba∞mb如图5—6进行选择后，点击“选择设备”在弹出的对话框中将PepoleOrienzationbakDB文件添加进来，在“选项”选项卡中，设置刚才查看的两个文件的路径，然后点击确定对数据库进行还原，系统为提示数据库还原成功。还原成功后，你会在数据库中找到如下等表。大约有三十个AerationImagehlarmTextAreaBaseMessageCenterUserLevelCheckWork(4)如果要对该数据库进行操作，必须要有有权限操作该数据库的用户。你可以使用SQLSERVER2000系统的sa用户进行登录，也可以新建用户登录。新建用户过程如下：在“安全性”里找到“登录”，右键点击后选择“新建登录”，在弹出的对话框中进行登录_}{j户的新建，如图图5—7所示： 4黧o。=|1lⅧ||『’?⋯“}—]||。J‘嚣甚⋯t咋：——||蔷：了“嚣二，||喵m。，口il|!竺．5—二—二!—Jl[】口—!U—!Ul图5—7新建登录对话框Fi95—7NewI唣ind试。吕box输入“名称”如上图的4UserName”，选择SQLSERVER身份验证。并输入密码，数据库选择“Pepo]eOrlentation⋯，在“数据库访问”中“指定此登录可以访问的数据库”中选中“PepoleOrientation”数据库．并在下面的“Pep01eorientatlonr的数据库角色”中选中’曲_backupop啪tor4、”dbda_tareader’、。dbdatawriter”，确定，该用户建立完成。选择服务器“属性”弹出如F对话框，在“安仝性”选项卡中的身份验证选择“SQLSERVER和WIN00WS”后确定。用户建立完成后，你就可以在Pepo]eOrientation数据库的“用户”中找到该用户名。(5)数据库连接测试使用MicrosoftSQLServer2000中的“查询分析器”进行测试。打开查询分析器(开始菜单一所有程序一MicrosoftSQLServer一查询分析器)；出现图5-8所示的登录窗口： ：：：盏：盒盖誊薹誊銮翟蓄蓝：譬蛊圈5-8数据库置录对话框Fi954Databaselogmdialogbox输入刚才建立的用户名和密码。这里SOLServer(S)中输入的是1270。0．1，这个是服务器地址，可以是将sQLSERVER2000数据库的电脑的IP地址，也可以足数据库服务器的名称使用系统的00BC进行连接测试0DBC的位置：丌始菜单一管理工具一数据源0DBC打开如图5—9所示雹皿曩互盈互习—jj删月PB_li#DgI女#D日I％自躲I勰1E＆al舯I蚓5-9数据源ODBC管理器Fig5-90DBCDataSourceManager点击4添加”得到如图510所示对话框 图5-11创建瓤数据源Fig5-IlCrea*eanewdata㈣名称任意输入一个，服务器输入SOLSERVER2000数据库电脑的IP地址或者务器名称。点击“下～步”选择“使用用户输入登录ID和密码的SQLSERVER验证”，在下面输入“髓录ID”和“密码”点击下一步，甓录正常． 善：：盐：金盆：箸蚕警馨：誊：：警昌5．212中心站的安装(1)系统软件包内容如图5．12所示§冀：．12丛l墼d日tck№≈*Aoc”he立件裹octchd·le文件兵0100文件夹飞hItc。d1EⅢ4珏配置设置矗Pepoleoriealation⋯o592船应用程序图5一j2系统软件包文件Fig5-12Filesystemsoftware；ackage可以将中心站主程序文件复制到计算机中去，比如放到c：＼。BackUp、Cache、CacheFile、log四个文件夹为空，如果里面有文件．请将他们删除。然后对InitConfig．ini文件进行配置。正常配置中心站后可通过初始的用户名和密码进入中心站。(2)中心站配置文件的配置中心站配置文件InitConfigini文件中保存了中心站的所有的设置。内容如下所示，随着中心站的不断完善，配置内容可能增加[Connect]数据库服务器IP或者SOLSERVER名字Server=127．001A：登陆名UserNaae-kj90B：登陆密码PassWord=kj90C：主数据库OataBase=PepoleOrientationD：从备份数据库 北京-r：qk人学下狸硕Ij学位论文BKDataBase=DBPepoleOrientation：远程备份机IP或者SQLSERVER名字BKHostIP=127．0．0．1：连接数据库延时DelayTime=15：连接数据库标记ConnFlag=Oj|f{{|{}|i{{}}}}|}}{|}}f}{l}|}{⋯{}}{|q[COMMUNCTION]：通讯方式1光纤，2为485通讯，3为DPSK通讯METHOD=2TRACE=GBATERATE=2400COMNUM=COMl：通讯错误次数为20次强行扭转。默认20，可设置O一10000ErrorNumber=20：在分站间来回晃动的最小时间间隔。默认5分钟。0-180分钟可选MoveTimeSpace=5：／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／：入井情况界定[DownWell]：该参数为0，表示DownwellTimeSpan不起作用；该参数为1表示DownWel1TimeSpace起作用DeterMethod=0E在入井分站上逗留的时间间隔，超过该时间间隔，没有出现在其他分站。不 第5市升下人员定化系统的实施0应用进拷勤并立即从界面上消失。设置0—200分钟可选。DownWellTimeSpace=5F：入井到当前时间超过设定的界限，认为考勤有效，默认60分钟．当DeterMethod=0时候，本参数不起作用DWorkTime=0G：|}}|}fj{|}||}|}|f}|}|}}|{|i{}i}|：出井情况界定[UpWell]：在考勤性质分站fj{『出现，默认5分钟后出井CheckStationUpTime=5H：在出口性质分站前出现，默认30分钟后出井ExitStationUpTime=20：当持续工作时间超过ContinuanceWorkTime设定，且最近有ActiveTime时间内是不活跃状态时，认定出井，但不写出井时间。默认3*60ActivetTime=180数据库连接参数A参数、B参数、C参数是用于连接数据库的，也就是在数据库连接测试中，测试能够登录到数据库中的用户名、密码、和服务器名称。D参数为数据库的名称，如果按照说明来建立的数据库，那么该名称应为Pep01eorientation逻辑设置参数E参数该参数设置为0或1，设置成1时表示起用入口限制，与下面的F参数相关联，如下面的参数设置。如果E参数设置为1，F参数设置为5的话，那么意思就是说，如果一个人在入井的时候经过了入口的入口分站，当他在5分钟内没有走到其它分站的话，那么，我们就认为他没有入井。会将他从井下人员中 北自工业丈学I目日±学位*Z清除掉。F参数与上面E参数帽关连(由于代码过多，此处只列举了部分代码)(3)中心站的使用打开中心站主程序，得到出如图5—13所示对话框，进行通信方式的选择日叠羞口日■■■■■●葭-≯型Ij遭*jz——IF垂粼r睇蝴式r光纤方式『絮昔萧2jiiii吾i打I[囵塑II．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J图5-13中心站中通讯打式选择界面Fig5-13CentralStationinthechoiceofcommunicationinterface根据实际情况选择后进入中心站有一个通用的用户名和密码：用户名：smilefox密码：riben8089各个操作的使用都需要密码才能进行，进入系统最好先使用“系统设置”一“用户管理”新建一个用户。中心站中矿编号的设定矿编号用于联网用，但这也是系统必须的，此处的矿编号和WEB终端的矿编号不同，那么所有的数据将无法被访问。系统设置一网络设置打开如图5—14对话框 岛盔嚣墨a——●—■隧。■I}鬻≯声嘉_|艉务器lP2552“膑势黼口F五■地端口再而。I{|§器毅辨阿i——一{l『嗍虢g声——一l}iM目f7——一lI婚}珏阿——一l[垂]塑lf暮孚【IIII司●Ⅲ一一～一l㈣㈣q口一㈣『一d日M8F—l”“厂———————一I女■H黧：黧：芸羹：：≤{iiI‘⋯M‘⋯㈣o帅H"4哔；二jii五_ii]1L_!叫—!叫 安装地址：分站的安装地址：测点属性：考勤分站和出入1：3分站的区别：考勤分站是主动去打卡的一种分站，就像单位上下班打卡的一样，出入口分站是普通定位分站被安装NT出入13，并用他束控制员T出入井的分站。冗余分站：未使用。可选属性：从队列巡检，选中该复选框后，该分站的巡检次数将会大大的提高，但从队列不能勾得太多，一般3个分站左右。从队列概念：一般的分站巡检是依次顺序的。比如有l、2、3、4、5、6、7、8共8个分站，没有从队列的巡检方式为：l、2、3、4、5、6、7、8、l、2、3、4、5、6、7、8、1、2⋯⋯⋯⋯⋯⋯但如果将1号分站勾中从队列，那么，巡检如下：1、2、3、4、1、5、6、7、l、8、l、2、l、3、4、5、l、6、7、8、l、l、2⋯⋯⋯⋯⋯⋯可见一号分站的频率太大提高，但也加长了巡检周期，由于巡检周期最大值一定，如果勾多了从队列，那么通信将会出现异常。数据管理一内存数据管理一内存数据状态操作打开如罔j—i6对话框口E日4-“捌516内存管理界面Fig5-16Memorymanag啪entinterface这里对井下的人员进行管理，比如某个人长期停留在井下，系统无法自动进行删除，那么就需要你手动到这里来进行删除，这里列出了所有在井下的员工信一66— 第5章井T^员定位※坑∞共*S压月息，来源分站为00R00表示来源于地面的。选中你要删除的人，点击右边的“删除个别人员”那个这个员工将会从井下被删除，删除后大约大五分钟后才会从数据库中去掉该员工的信息。因此，在这里删除后，在WEB终端上不会立即被清掉。521．3WEB终端的安装(”复制文件如图517所示⋯⋯1w，⋯I⋯8∞”^⋯⋯⋯⋯一155■，⋯日-mn∞z⋯⋯●#⋯I】‘lBl2，●】⋯I，，】lTn⋯¨∞口{c⋯I⋯lI¨⋯11‘_l‘1z⋯⋯J∞I⋯0IO*，⋯一∞i⋯2⋯1O|⋯⋯0q⋯4tL“s⋯t●¨⋯⋯15⋯⋯’ts⋯●‘●⋯10⋯⋯ctLY·i⋯r-t-⋯∞0∞⋯ft-_。s⋯‘⋯⋯⋯。t-ns⋯-‘●⋯⋯∞‘_^ct●Hs⋯●‘‘⋯⋯⋯。t_hs⋯●‘●⋯⋯JJ⋯k‘·一⋯⋯。{1lslT；i篓三兰篓烈恶；强i蒌i；|；蒌黧豁!i；||i三兰薹；等j耋⋯●’”=⋯●●⋯⋯z幽5—17Web终端文件Fig5-17WebTermiIIaIfile将人员定位系统安装指南目录里面所有的文件复制到中心站计算机当中。可以将文件放在lIs的主目录，也可放在其它位置。系统默认的IIs主目录位于系统盘下，位于为‘"X：、】Inetpub＼wwwroot"。如果要将其放在Ⅱs主目录，可以将所有文件复制到以上的[IS目录下。为了整齐可以建一个文件夹，然后放到文件夹里面。更改IIs主目录：打开IIs(httcmet信息服务(1Is)管理器)。选择使用的网站，右键点击该网站选择属性。如图5．18嚣="k～"熬喜薹器等 图5-18IIS主目录设置Fig5-18IIShomedirectorysdup将“本地路经”定向到KJ90ry文件夹的存放位置，确定后即可。(假设，所有文件被放到：E：、Documcnt＼WebSiteWJ90ry文件夹下面)。(2)数据库连接文件配置本系统数据库支持为s札Server2000，数据库连接如需要进行的配置如下：在kj90ry文件夹下面含有两个数据库连结文件，文件名分别为：connect．asp、cormasp。这两个文件都用于数据库的连接。因此必须对连接数据库的参数进行指定。connectasp文件中的数据库连接参数为：vatconnString=”Driver={SQLServ*r}；SEIⅣER=SerwrName；UID=UserName：；PWD=Password；DATABAgE=PepoleOrlentation"1：其中三处加粗的斜体“ServerName”、“UserName”、‘"Password”为需要更改的地方。ServerName为SQLSeTver2000数库服务器的地址．该名称可以是该数据库服务器的IP地址，也可以是SQLServer2000数据库服务器名称。UserName为登录SQLServer2000数据库服务器的用户名，你在使用该用户名之前．就确认该用户名对PcpolcOrientation数据库具有相应的“查询”、“修改’、“删除”操作。password为密码。 第5章井下人员定位系统的实施与膨用该处的用户名、密码、数据库名称与在中心站进行配置时是一样的更改后，保存该文件。conn．asp的数据库连接参数与connect．asp文件中的数据相同，并需要作相同的修改。对两个文件都进行修改正确后，系统就可以连接到数据库了，如果系统在连接数据库时不正确，系统将无法进入。(3)Internet信息服务(IIS)管理器系统设置启用匿名访问：打开Intemet信息服务(IIS)管理器中网站的属性选项卡，选择“目录安全性”选项卡，并在“身份验证和访问控制”中点击“编辑”，在弹出的对话框中选择“启用匿名访问”，匿名访问设置完成。如果你是用WEB共享的方法进行安装的，你要在网站中找到该文件夹，打开其属性，在这罩进行“启用匿名访问”设置。启用父路径和缓冲：在属性对话框中，选择“主目录”选择卡，选择“配置”，在弹出的对话框中选择“选项”，选中“启用父路径”和“启用缓冲”。确定后返回。(4)运行web终端打开default．asp网页，点击右键，选择浏览，WEB终端就被起动。第一次运行WEB终端会出现如图5．19所示的配置页面图5一19第一次登录WEB终端界面Fig5-19Thefirstsigninend—WEBinterface点击系统初始配置设置进行设置，进入如下图5．20所示的页面： 一㈣⋯■㈣％⋯⋯㈣㈣⋯⋯⋯⋯Ⅲ☆≈{⋯⋯⋯6⋯⋯⋯■：⋯：oM㈣w⋯⋯㈣-H·⋯)r一⋯《⋯●"Ⅲ一Ⅷ㈣⋯H⋯⋯，一。It⋯⋯十⋯’r¨’l⋯RtⅢd^】一ud,⋯㈣一⋯㈣，⋯{月。I⋯一一日i⋯⋯～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯■"，⋯⋯⋯槲一十^蝴#黜月P一^⋯⋯⋯⋯⋯帆⋯$∞P⋯㈣㈣㈣im⋯M⋯∞■P，一一M㈣t∞i*r一：E=；—————一“：l一⋯⋯．r——————一。i■I图5-20系统初始化设置界面Fig5-20Systeminitializationsettingsinterface矿编导：如果在中心站中设置了矿编号，那么请选择“我在中心站中已经设氍了矿编号”并在后面输入矿编号。如果中心站中没有设置矿编号可以在此输入，个矿编号，并将该矿编号用于中心站的设置。你也可以选择“我还没有矿编号请系统生成个编号”，那么系统会生成一个矿编号给你。矿名称输入后，点击“确认以上信息，会在面为的显示出被确认的矿编号，矿编号一旦被确认后，就无法进行更改了。(中心站的矿编号可以进行更改，如果中心站和WEB终端的矿编号不一至时，请更请中心站的矿编号设置。确认了矿编号后在以面输入sadmini用户的密码，该用户具有摄高的权限，就记住你在此输入的密码。确定后即可使用该用户进进行系统登录了。进入系统后，请查看帮助菜单中的帮助。(5)上传文件系统设置如果你使用的是WINDOWS2003系统．该系统对上传文件的大小有限制，系统在上传通风图时可能会超过其最大限制，因此必须对其进行更改。到此，系统软件就可以正常使用了，由于系统的运行界面采用WEB形式，用户如果对界面有不满意的地方，可以自己使用记事奉或Maeromedia 乏i盖蓝；△盆毒2耋鉴篁誊蓄：譬蛊Dreamweaver等编辑软件进行修改。5．22人员定位考勤管理系统应用矿用人员安全监控系统能够根据管理员的权限启用系统功能，利用该系统能够实时查询井下人员的数量及分布情况，查询任一员工在指定时间所处的位置，并可对其进行实时跟踪。本系统可自动记录每个下井员工的入、出井时间，从而形成考勤记录，完成各种考勤报表和统计分析功能。当井下人员有超时未归或系统出现异常情况时，系统会自动弹出报警提示窗体，提醒操作人员进行紧急救援，或对系统出现的异常情况进行紧急维护，以保证系统的正常运行。(1)操作员登录模块操作员登录模块主要完成开机后操作员的密码及权限输入，人员权限情况的校验等功能，操作方法采用手工输入。如图5-21所示。幽5—2l井FA．员监测基站土控界面Fi95—21Undergroundstationtomonitorcontrolinterface(2)显示模块矿井人员位置信息通过井下人员监测分站发送到地面监控主机后，由软件进行实时分析处理并在计算机屏幕上实时显示当前矿井下各巷道人员分布情况等。示例如图5-22所示。一一嘲一!霉 目j-22^员定位系统示意目界iFigure5-2：2Personnelmonitoring≈‰minterfacediagram(3)数据查询模块数据查询模块主要完成通过各种条件对原始数据进行检索并汇总的功能。其功能实现主要分为四部分：原始数据总条件过滤、进一步进行明细条件的查询、对查询结果进行浏览、对符合条件的数据进行汇总。查询模块包括：查询井下人员的动态分布情况和数量；矗询任一井下人员当前位置和指定时间所处的位置；查询任一指定位置的人员情况，并进行实时跟踪显示；查询人员考勤记录查询如图5-23所示图6—23数据查询模块Fig5-23DataQueryInterfaceSofcwsxe 第5章，}下人员定位系统的兜毡与应用j■■■■■●■■■■●■■■●●■■●■■●一I■●●■■●■●■■●■■■■■■■■■■■■■■■■■■■●■■■■一(4)数据统计模块数据统计模块主要是根据巷道各基站的交换信息进行统计汇总，并按照指定的格式进行报表的输出。统计表报表包括；任一时间段职工下井状况统计报表：出勤状况统计报表；大屏幕显示如图5-24图5—24干部F井情况显示屏F秘-24Thedisplayofcadrestogcldown(5)个人编码嚣管理模块个人编码器模块主要是对职工个人信息进行统计汇总，并按照一定的规则进行编码分配。包括：全体员工数据管理、员工资料管理、员工信息。如图5．25所示：图5-25员1信息界面Fig5-25employeesinterfaceinformation一73- 北京I业人学I程硕i学位论空(6)人员活动轨迹管理模块人员活动轨迹管理模块主要足针对人员在井下活动轨迹的纪录，实现对井下人员活动路线、滞留时间及目ii所处位置的管理。如图5-26所示}‘孽Il娃晷=I叵西口弦丽网《冈月网日托{I*gI№hLl¨Ⅻ蕾日}图5—26人员历史活动轨迹界面Fig5-26thehistoricalactivitiesofstafftrackinterface(7)系统维护模块系统维护模块主要足完成对整个管理系统进行初始化操作和对各种与系统相关的重要数据进行维护的功能。此模块只能由本系统的超级用户来完成，其他任何人员不能完成此模块的各项功能。维护项目包括：基本信息维护；操作人员维护；巷道各基站维护：数据库维护。如图5-27所示图5_27基站测点定义Fig5-27Basepointsdefinition 5．3矿井拓扑图在前面我们完成了计算机间的数据通讯和计算机的数据库设计。我们说仅完成这衅工作并不能称为真正的定位。因为即便足前面的工作完全的可靠，我们仅能知道某个工人在某个检测站的附近，对于不熟悉井下布置的人来说，并不能确切地知道该检测站究竟在井下的那个位置，因而也就谈不上定位了。对于煤矿井下人员定位系统来说，使用矿井的拓扑图是不可或缺的。应用矿井拓扑图可毗更加直观、更加清晰的了解各工作站人员信息，以及各工作站的分布情况。由于各矿井的布置情况并不相同，因此要根据井下生产情况绘制矿井拓扑图。如图5—28所示：图528沁新{巢矿考勤定位系统示意酗Fig5-28qlnxinCoalailendancePositioningSystemdiagram煤矿人员定位考勤管理系统矿井拓扑示意图的画法和应用：(1)应用画图软件绘图矿井拓扑示意图可以根据自己的需要用常用的画图应用软什例如AdobePhotoshop、AutoCAD、CorelDRAW等专业画图软件来画，并将画好的示意图进行美化．也可以用windows自带的绘图软件来画。(2)图上传数据库将l畹抒的矿井拓扑示意图上传到监控系统数据库中，上传时打开监控软件中工具栏的系统选项，选择“示意图选择”项，出现示意图选择的界面如图4．所示，选择点击上传按钮，按照提示，进行示意图是上传。如图5-29所示 署晋詈盈置=!!!!!!竺竺．．；攀絮!篓：⋯：。l簸!??‘节“““*n图5-29示意嘲选择F峪-29Schematicchoice(3)制作动态示意图打开监控软件中工具栏的系统选项，选择“作图”项，系统将打开刚刚上传的示意图，双击示意图上想要放置分站的位置，此时将分弹出对话框，选择要放置的分站，该对话框如图5—30所示：巨■—匝匿显叠■■■■—_囊黪翼型■■翻■-当前分站号：02R00谣分站的详细信息如下：类型：昔逼定泣分站地址：920出口状巷：正常芯片版本：未知的芯片集设备安装时间：耒知设备安装时间当前谣分站在置：x：1678Y：1223可造分站：I’2加o．=|2。l塞。幽530新加入分站Fig5-30Newsub-statlon在“可选分站”中选择你要放置的分站，上面就会显示出该分站的信息。分站位置，为在网页中的座标位置，新建的分站就会放置在该地方，该处的数值也是你取击鼠标时的鼠标位置。选择你想要放置的分站，确定即可发现图上多了一个分站。按此方法将需要的分站添加好后，保存即可。(4)生成界面回到监控制软件的主界面后，町以看见在示意图上出现闪动的图标，这就是分站的位置及分站的状态。 第5章井下人员定位系统的实施’j应用5．4本章小节首先完成了系统的硬件设备的选型和井下的实际布置设计，然后对数据库、中心站、WEB终端软件安装和应用进行了详细介绍，最后完成了矿井拓扑图的绘制和使用介绍。 结论—置量量量曼曼曼曼量曼量曼鼍詈量量■量,r--__Z／--t皇本论文主要针对矿井人员定位系统中计算机与各检测站之间的数据通讯和上位机对数据的处理展开讨论，开发了一套比较完善的计算机监控系统。硬件设计中，考虑到本系统的实际，采用了RS．485串行接口标准，同时考虑了防雷电、抗静电放电冲击、故障保护、光电隔离、抗电磁辐射干扰、消除传输线终端匹配不完善引起的反射、传输距离与传输速率间的关系以及传输线的铺设、屏蔽等问题。软件设计中：是以SQLServer2000+Delphi开发的集数据采集与信息处理的综合数据库管理系统。用于人员信息的存储、查寻。为了更加形象地实现定位编制了矿井拓扑图，显示矿井的布置情况，显示人员的具体位置。但对于本系统来说，还存在很多不足之处。在计算机通讯方面，由于系统的干扰比较大，通讯协议比较简单，同时数据传输的波特率设置比较高，造成数据传输的误码率可能比较高，本软件仅仅采用校验的方式和查询人员信息总表的方式来进行纠错、检错，有时并不能达到预期的效果。在数据库设计方面，由于采用ODBC数据库访问方法，同时由于同时需要对多个数据库表进行操作，软件处理时间比较长，效率比较低。这些都是需要进一步研究、解决的问题。在以后的研究改进中可以进一步根据各矿实际情况绘制井下巷道、采区图，并在该图上显示各个区域当前人数。可以将井下分布图制成动态的，随着井下人员的移动，该图显示的各区域人数会随时更新。并且若在图上用鼠标点击，可以显示某个选定区域的人员名单，进一步点击还可以显示某个选定人员下井的行踪，在井下巷道图上实时动态地显示他们的行踪。从理论上来说，入井人员考勤管理系统和井下人员定位系统应该是两个不同的子系统，但是基于目前的现有技术方案，我们不得不把它们放到一起来讨论。这是因为入井人员考勤管理系统是为了克服入井人员管理困难，以能及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，是在成熟的射频标识考勤系统上发展起来的新兴矿用安防子系统。而目前的井下人员定位系统尚没有更成熟的方案，大多是利用考勤系统的分站来定位，由于是在地下，利用全球卫星定位系统来定位是不可能的。既然这个方案是在成熟的射频标识考勤系统上发展而来，那么解决入井人 北京T业大学r程硕十学何论文员考勤管理上是不会有问题的了。遗憾的是，与加强管理入井人员相比，煤矿方面更关心的是井下人员的实时位置，以便一旦事故发生，迅速抢救井下人员。但是在这个方案中，人员定位是通过考勤分站来实现，并通过人员定位管理软件来形成人员运动线路轨迹。也就是说，一方面人员的位置精确度局限于考勤分站的布置和数量，另一方面，人员没有主动定位能力，如果考勤分站的上行线缆或电源线缆遭到破坏，系统就完全瘫痪了，起不到预想的定位作用(井下视频监视系统在事故救援中也有这个问题)；换言之，日常管理己无问题，营救定位尚有不足，有待于未来新技术方案的出现。另有系统中提出的无线射频路由器定位方案在原理上和射频标识方案很接近，缺点是只能根据事先设定的区域实现区域定位，在定位精度上尚不及射频标识方案。目前很多公司试图开发基于蓝牙(Bluetooth)技术的定位系统，[40l其扩展性虽然可能比射频标识方案更好，但是在定位上还是必须依靠中继分站，在使用性能上并不比射频标识方案更好，而日常管理功能更要逊色一筹。本系统是集井下无线通信技术、计算机网络技术、数据库技术为一体的井下人员监测计算机系统，这些技术应用于煤矿井下刚起步时间不长还处于研究阶段，虽然各项技术早已是成熟的，但是将这些技术同时应用于煤矿井下计算机人员定位考勤管理，就其本身来说就具有先进性、创新性。系统技术先进性表现在系统除了具有先进的通信系统、高度自动化、具有完备的数据统计与信息查询软件外。所采用的无线射频身份识别技术，具有信息防碰撞功能，可同时识别30个以上的标识卡；被测人员无需任何主动操作或受特定的移动限制，能远距离识别，无需将标识卡靠近读卡设备读卡，信号穿透力和绕射力强，系统识别标识卡可做到无方向性。完善的异常情况报警呼叫系统配置。在井下实际应用中系统采用坑道壁挂式设计，保证在恶劣的环境下能连续正常运转，并提供断电后2小时的供电电源。这一项技术是主要的技术创新点。集成化、智能化、网络化是当前煤矿安全监控系统发展的特点。未来的现代化煤矿应装备全煤矿综合安全监控系统，下设环境安全监控子系统、生产安全监控子系统、机车运输监控子系统、人员安全监控子系统等。矿井地面实现计算机网络化，采用多媒体技术，矿长、总工程师、煤矿调度终端，实现对全矿井各生产过程及设备的自动控制、自动监测和信息资源共享【42】。实现整个煤矿的生产一R0- 结论管理自动化，实现数字化煤矿。 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参亏文献—量皇曼皇量曼皇量毫舅鼍曼曼皇量皇量皇量曼皇舅量量皇量曼皇曼皇曼皇曼皇喜量鲁曼量量皇喜目鲁曼量曼皇鲁量皇曼量舅量毫mm|||m摹29ANON．Safetyinmicroprocessors·TIRIStracking．WorldminingEquipment，1995(5)30HIND．D．J．Applicationofradiofrequencyidentificationsystemsintheminingindustry．CanadianSymposium011MiningAutomation．Montreal，1994：34．39页31韩俊德．山西沁新煤矿数据语音图像综合监控系统．煤，1999(4)：11．12页32李刚，孙德晨．无线系统天线简介及干扰抑制．石油仪器．2002，16(1)：6．47页33张毅刚等编．MCS．51单片机应用设计．哈尔滨工业大学出版社，200034白同云，吕晓得．电磁兼容设计．北京邮电大学出版社，2001：6页36PhlipsSemiconductor-CANcontrollerinterfacePCA82C2502000，(1)37PhlipsSemiconductor-SJAl000Stand-aloneCANcontroller．2000，(1)38张跃平，张文梅．900MHz无线电波在地下长壁煤矿的传播．煤炭学报．2002，27(1)：83-86页39张申．隧道无线电射线传输规律的研究．电波科学学报，2002-17(2)40王胜坤．矿井无线通信系统探讨．电信科学．1998，(3)：47．48页41孙继平．矿用组态软件的研究．煤矿自动化．2000，(2)42马牧燕，曹国清．煤矿井下电机车位置自动跟踪显示系统的研究．煤炭科学技术．1996，24(8)：18-21页 攻读硕f：学位期问发表的学术论文攻读硕士学位期间发表的学术论文1刘西青．沁新煤矿井下人员定位考勤管理系统的设计与实现．山西煤炭 致谢致谢三年的研究生学习生活就要结束了，在这三年里，无论在学习上，还是在工作中，王全民、贾伟、阎桂生老师都给了我无私的关怀和帮助，同时学到了很多知识，学业方面有很大升华。使我感觉我的这三年获益非浅。在此我衷心地感谢我的导师王全民、贾伟、阎桂生。另外，这三年里，软件学院的领导和其他老师同学们也付出了很多辛勤劳动，在这里一并表示感谢。-89．