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1、XX矿井下人员定位与虹膜考勤系统项目设计方案1 方案概述安全为天，井下人员的安全生产管理是煤矿管理者所面对的最重要的管理问题。安全管理问题更深层次的全面解决还有赖于完善煤矿各项管理制度、全面提高各层次人员综合素质，如责任意识和守法意识等。但高新技术产品作为煤矿安全管理的重要辅助手段，其重要性是毋庸置疑的。本文在结合了国际领先的生物活体特征识别技术和射频识别（RFID，Radio Frequency IDentification）技术的基础之上，描述了煤矿井下人员安全考勤、跟踪定位的全面解决方案，本方案代表了煤矿井下人员安全监测研究领域的最新研究成果，是目前功能最为完整、性价比较高的煤矿人员安全
2、管理应用系统。1.1实现目标本方案所描述的应用系统主要实现以下两个目标：l 井下人员考勤：实时、准确地监测井下工作人员的数量，有效杜绝他人代替考勤问题的发生；l 井下人员跟踪定位：实时、准确地监测井下工作人员在井下的位置和移动轨迹。1.2 主要特点1.2.1 单纯使用井下人员跟踪定位系统所存在的固有缺陷现有的井下人员跟踪定位系统大都是采用有源射频识别技术实现的。通过安装在井下不同物理位置的天线（井下分站），实时读取井下人员随身携带的有源射频卡以实现跟踪定位功能。这种技术实现方式导致了系统存在着以下无法解决的固有技术缺陷。l 无法从根本上解决他人替代打卡。l 漏卡问题不可避免且难以及时发现。原因
3、如下：n 由于成本原因，使用者与管理者不能每天检查识别卡是否损坏（由于井下的特殊工作条件，损坏不可避免）或是电池没电，而这两种情况都会导致携带该卡的人员考勤和跟踪失败。n 技术或是加工缺陷导致卡的工作不稳定。以上两种缺陷的直接后果是，实时采集的井下人数不准确，部分井下人员无法被跟踪定位，因而难以为日常或紧急状态下的管理决策提供准确的依据。另外这种实现方式要求每人一卡，人卡固定，所以管理和使用成本较高，原因如下：l 卡数较多，正常的损坏更新和定期更换电池（大多系统都采用成本较高的锂电池）的费用过高。l 每天一对一地发放卡的工作量较大。1.2.2 弥补现有缺陷，构建完整系统是本方案的突出特点引入虹
4、膜识别设备能够有效地弥补单纯使用井下人员跟踪定位系统所存在的固有缺陷。具体表现在：l 在井口采用虹膜识别设备解决了人员考勤的唯一性问题，避免了单纯使用射频识别跟踪系统无法解决的代人考勤现象。l 人卡不再采取一一对应的实现方式，而是在下井前通过虹膜识别设备识别出当前谁在下井，然后再将该人员与其所持卡进行随机绑定，该人员出井时再取消绑定。这种实现方式具有以下优点：n 与人卡一一对应的固定绑定方式相比，这种随机绑定方式增加了替代考勤的难度。n 每次的随机绑定过程也是对卡是否工作正常（如损坏，电池没电，工作不稳定）的检验过程，漏卡问题从而得到有效解决。n 由于不再要求人人一卡，这种人卡随机绑定方式大大
5、地减少了卡的数量（通常最少会减少一半左右），所减少购卡的费用通常足够用于购买虹膜识别设备，而带来的益处则是系统后期使用成本（正常损坏卡的更新和电池定期更换将是每年一笔不小的固定开支）大大地降低。n 与每人一卡的方式相比，随机绑定方式也大大地减少了每天发放卡的工作量。l 两种实现技术的相互结合、互为补充能够有效地提高系统可靠性和稳定性，即便是一方出现故障时，日常井下人员安全管理工作也不会受到非常大的影响。1.3 本方案的适用对象本方案以“虹膜识别技术”和“RFID识别”技术为核心，运用计算机网络技术，可组成国家级、省级、矿业集团、矿区级的“矿井人员安全监测网络” （见图3-1）。适用的用户群体有
6、：国家煤矿安全监察部门可通过该网络系统实时了解、掌握、监测各省市、各矿区出入井人员情况；接收并验证各省市、各矿区子系统发来的出入井人员事故嫌疑信息；汇总、统计、分析出入井人员事故信息；依托该系统向下级煤矿安全监察部门发布指导信息等。省级矿井安全监测部门、办事处、安全监测站可通过该网络系统实时了解、掌握、监测各矿区出入井人员情况；接收并验证各矿区子系统发出的出入井人员事故嫌疑信息；记录、汇总、统计、分析出入井人员事故信息；接收友邻省份矿区子系统发出事故通报信息；向国家矿井安全监测部门实施上报事故信息；对下属单位发布指导信息等。煤炭生产企业可依托网络系统实时了解、掌握、监测各矿区出入井人员情况；了
7、解、掌握、监测各矿区干部出入井情况；接收并验证各矿区子系统发出的事故嫌疑信息；记录、汇总、统计、分析事故信息；向上一级矿井安全监测部门实时上报事故信息；对所属矿区发出指导信息等。矿井直接管理者可依托网络系统实时监测出入井人员情况，掌握井下各作业面人员分布情况；对井下作业人员进行工作考勤；接收并验证系统发来的事故嫌疑信息；记录、汇总、统计、分析事故信息；向上级矿井安全监测部门实时上报事故信息。图1-1 矿井人员安全监测网络层次示意图1.4 小结本方案将国际领先的“虹膜识别技术”和“RFID”射频卡识别技术相结合，基本实现了煤矿企业对人员安全监测的全部内容，即：出入井人员的安全监测、考勤、井下人员
8、的跟踪、定位等，而且从根本上解决了其它考勤及跟踪定位系统普遍存在的人员认证识别的“不唯一性”问题；数据丢失问题；数据不准确问题；冒名顶替等问题。具有：l 技术先进性 设备所使用的“虹膜识别技术”和“射频跟踪定位技术”分别代表了生物活体特征识别技术领域和射频识别技术领域的最新研究成果。l 数据准确 系统采用多重数据验证技术，且其核心技术“虹膜识别技术”的误识率高达1/1078l 性价比高 该系统所用射频卡比其它跟踪定位系统少用50%左右。l 管理便捷 系统采用人卡不绑定的方式，不仅大大节省的用卡数量，同时是卡的管理非常便捷。l 组合灵活 系统由八个单元模块组成，除基本模块单元外，其它单元模块可根
9、据需要进行扩展（详见后文）。可以说，本方案是一套科学合理、先进实用的对煤矿企业出入井人员进行安全监测、考勤、跟踪、定位的全面解决方案。2 虹膜识别技术与RFID技术2.1虹膜识别技术简介 人眼睛的外观图由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。巩膜即眼球外围的白色部分，约占总面积的30%；眼睛中心为瞳孔部分，约占5%；虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息，占据65%。外观上看，由许多腺窝、皱褶、色素斑等构成(见图1)，是人体中最独特的结构之一。虹膜的形成由遗传基因决定，人体基因表达决定了虹膜的形态、生理、颜色和总的外观。人发育到二岁左右，虹膜就基本上发育到了足够尺寸，进入了相对稳定的时期。除非极
10、少见的反常状况、身体或精神上大的创伤才可能造成虹膜外观上的改变外，虹膜形貌可以保持数十年没有多少变化。另一方面，虹膜是外部可见的，但同时又属于内部组织，位于角膜后面。要改变虹膜外观，需要非常精细的外科手术，而且要冒着视力损伤的危险。虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改的特点，是虹膜可用作身份鉴别的物质基础。 图2-1 虹膜的外观虹膜识别技术与相应的算法结合后，可以达到十分优异的准确度，即使全人类的虹膜信息都录入到一个数据中，出现认假和拒假的可能性也相当小，两个不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是1/1200 000,两个不同的虹膜产生相同Iris Code（虹膜代码）的可能性是1/1078，
11、比其他任何生物认证技术的精确度高几个到几十个数量级。表 2-1几种生物识别技术比较类型技术参数指纹手型面部声音虹膜精度5%0.2%-2.2%2.5%5-10%0.00008错误接受率0.0001%2S5-13S0.6S非侵入式否否是是是非接触图像取样否否是是是实施鉴定大多数不是否不十分有效否是防伪能力中中中低非常高易用性中中高中非常高是否为生物特征是是是是是识别码文件大小25-1000940001000-100005122.2 RFID识别技术简介射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification Technology）是一种非接触式的自动识别技术，射频识别技术
12、是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。2.2.1 RFID的工作原理及组成RFID的工作原理是：标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关
13、数据处理。射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签(或称射频卡、应答器等)。另外还应包括天线，主机等。RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。下面分别加以说明： 信号发射机 在RFID 系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签(TAG)。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。 信号接收机 在RFID系统中
14、，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是“命令响应协议”。使用这种协议，即便在很短的时间、很小
15、的空间阅读多个标签，也可以有效地防止“欺骗问题”的产生。 编程器只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。编程器写入数据一般来说是离线(OFF-LINE)完成的，也就是预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上。也有一些RFID应用系统，写数据是在线(ON-LINE)完成的，尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。 天线天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收。3 解决方案的技术实现描述3.1 系统组成本方案是将虹膜识别、射频卡技术、计算机网络、数据库等技术集成为一体的应用系统，其拓朴结构如图3-1所示。图3-1 系统拓扑图系统主要由注册单元、识别单元、控制服务单元、远程显示单元、井下跟踪定位单元、大屏显示单元八个单元组成，其中1到5构成基本系统，其它为可选单元（见表3-1）。表3-1 系统各单元说明编号
