煤礦，在中國是一個充滿傳奇色彩的名詞。

作為中國工業(yè)的“糧食”，煤礦在過去幾十年有太多的記憶，比如說，

一座座拔地而起的工廠;

一個個富得流油的“煤老板”;

當然，還有一件件駭人聽聞的礦難事故。

“高?！迸c“財富”是煤礦行業(yè)兩個最主要的標簽，而后一次次的政策整頓，以及其他能源的興起，社會對于煤礦的關注度也逐漸下降。

時至今日，煤礦依然是主要的工業(yè)能源之一，

根據統(tǒng)計，中國原煤的產量相較于早些年有所下降，但是在最近幾年，卻呈現出上升的趨勢。

來源：中國煤炭工業(yè)協會

火力發(fā)電是消耗煤炭最大的應用領域，此外，鋼廠與焦化廠也是煤炭消耗的重要領域?？梢哉f，煤炭對于工業(yè)的貢獻并沒有減少。

安全問題，

煤炭行業(yè)揮之不去的傷痛

談到煤礦，就不得不說，煤礦的安全事故，作為一個高危行業(yè)，再加上開發(fā)與管理的不規(guī)范，導致中國的煤礦行業(yè)經常會出現令人咋舌的礦難，每年因煤礦安全事故死亡的人數都是一個龐大的數字。

中國煤礦歷年死亡人數：

2000年5798人

2001年 5670人

2002年6995人

2003年6702人

2004年6027人

2005年5491人

2006年6072人

2007年3786人

2008年3210人

2009年2700人

2010年2433人

2011年1973人

2012年1384人

2013年1049人

2014年475人

2017年375人

2018年333人

2019年316人

中間有幾年的數據網上沒有找到權威的數字，不過從上表的統(tǒng)計也可以看出，煤礦的死亡數字相較于10多年已經有了極大的改善，這也說明了煤礦規(guī)范化管理之后，每年因礦難而死亡的數據有了明顯的下降。

但是這并不夠，相較于歐美國家的煤礦安全水平，中國還有較大的差距。

物聯網時代下，

為降低煤礦安全事故提供技術支撐

如何提升煤礦安全水平呢，除了管理手段之外，就需要依靠技術手段。

在物聯網時代，各項技術的發(fā)展為煤礦安全水平的提升提供了契機，尤其是礦井人員的實時定位管理，對于煤礦場景的人員身份識別、作業(yè)規(guī)范、逃生與搜救都有著重要的意義，是煤礦技術安全的核心部分。這也引起了國家監(jiān)管層面的重視。

近日，國家煤監(jiān)局網站發(fā)布消息稱，根據《應急管理標準化工作管理辦法》，國家煤監(jiān)局組織全國安標委煤礦安全分標委編制了安全生產行業(yè)標準《煤礦井下人員定位系統(tǒng)通用技術條件（征求意見稿）》，現向社會公開征求意見。

據介紹，2015年原國家安全生產監(jiān)督管理總局《關于下達2015年安全生產行業(yè)制修訂項目計劃的通知》，批準安全生產行業(yè)標準研究制定項目“煤礦井下人員定位系統(tǒng)通用技術條件”，項目計劃編號為AQ-2015-23，并確定中國礦業(yè)大學（北京）為主要起草單位，負責標準的編寫制定工作。

標準按照GB/T1．1的規(guī)定和實際內容的需要，分成術語和定義、產品分類、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等七章，對煤礦井下人員定位系統(tǒng)進行標準化。標準主要內容包括最大靜態(tài)定位誤差、最大動態(tài)定位誤差、定位卡與分站之間的無線傳輸距離等方面。

國家煤監(jiān)局指出，煤礦井下人員定位系統(tǒng)在遏制煤礦井下和采掘工作面等重點區(qū)域超定員生產，遏制重特大事故發(fā)生，防止人員進入盲巷等限制區(qū)域，防止超層越界盜采和礦井水災、煤與瓦斯突出、沖擊地壓等事故發(fā)生，控制作業(yè)人員超時下井，加強特種作業(yè)人員管理，加強領導下井帶班管理，加強考勤管理和應急救援等方面發(fā)揮著重要作用。建議該標準為強制性行業(yè)標準。

下面是該標準的部分主要技術指標：

最大靜態(tài)定位誤差

煤礦井下人員定位系統(tǒng)最大靜態(tài)定位誤差應不大于 3 m。煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)最大靜態(tài)定位誤差應不大于 0．3 m。

最大動態(tài)定位誤差

煤礦井下人員定位系統(tǒng)最大動態(tài)定位誤差應不大于 10 m。煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)最大動態(tài)定位誤差應不大于 7．3 m。

最大位移速度

最大位移速度應不小于 7 m/s。

并發(fā)識別數量

單分站并發(fā)識別數量應不小于 80 個。

漏/誤讀率

漏/誤讀率應不大于 10-4。

最大傳輸距離

最大傳輸距離應滿足下列要求：

定位卡與分站之間的無線傳輸距離應不小于 400 m;

分站至主機之間最大傳輸距離應不小于 10 km。

最大監(jiān)控容量

最大監(jiān)控容量應滿足下列要求：

系統(tǒng)允許接入的分站數量宜在 8、 16、 32、 64、 128、 256 中選取;被中繼器等設備分隔成多段的系統(tǒng)， 每段允許接入的分站數量宜在 8、 16、 32、 64、 128、 256 中選取;

定位卡數量應不小于 8000 個。

哪些無線定位技術將會迎來良機

根據這些技術要求指標，多類無線定位技術都將找到應用場景

01

有源RFID

有源射頻識別，RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。

上世紀 90 年代開始服務于礦山定位行業(yè)。廣泛應用于人員、車輛等位置定位。

其技術特點：覆蓋距離30 米-300 米不等。功耗低，成本低，技術較成熟，廣泛應用于井下的人員定位。有源的 RFID 技術因其覆蓋距離在 30 米-300 米左右，且區(qū)域間不能有交叉，不能信號間連續(xù)覆蓋。

想要做到比較好的區(qū)間定位效果，必須站與站之間留有空白區(qū)域。其基于覆蓋區(qū)域的定位無法完成精確測速，只能利用兩個基站之間或多個基站基站完成區(qū)域測速?；靖采w模型如下圖：

有源射頻技術，因其定位主要對象為有源的電子標簽，基站和定位卡能夠交互的數據很小，除定位外，幾乎無法傳輸其他信息，延展性較差。

02

Zigbee

ZigBee是基于IEEE802．15．4標準的低功耗局域網協議。根據這個協議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、高數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。

采用Zigbee 定位，最大的優(yōu)勢是其功耗低，另外，Zigbee 支持自組網，其傳輸通道更為簡單。在國內，用Zigbee 的方式，廣泛應用于煤礦定位、監(jiān)獄人員定位等。

03

Wi-Fi 定位技術

Wi-Fi 定位技術一般采用 Cell-ID 定位或指紋定位。Cell-ID 定位是最先實現規(guī)?；募夹g，一般采用“鄰近法”判斷，即終端距離哪臺AP 最近或者連著哪臺 AP 釋放出來的網絡，則認為定位終端就在該AP 附近，簡單實用，但精度低。指紋定位技術是指將實際環(huán)境中的位置和接收到的無線信號的“指紋”特征聯系起來，一個位置對應一個獨特的指紋。

Wi-Fi 定位的終端一般為智能設備，如智能手機，筆記本等。Wi-Fi 由于其功耗高，并不適合制作成 Wi-Fi Tag 去實現資產定位等應用。利用現場已有的Wi-Fi 設備，部署成本低，但是為了提高定位精度， 有時需要提高Wi-Fi 設備的部署數量和密度。

04

藍牙 4．2 定位技術

藍牙4．2定位技術分為網絡測量定位與終端測量定位兩種模式。

網絡測量定位：

該模式下，定位終端發(fā)送藍牙信號，由藍牙網關進行信號測量，回傳至服務器進行定位。

藍牙網絡測定位網絡架構

終端測量定位：

該模式下，定位信標發(fā)送藍牙信號，由定位終端進行信號測量，回傳至服務器進行定位。

藍牙終端測量定位網絡架構

終端測量定位方案中，藍牙信標一般采用電池供電，1-2 年需要更換電池，大幅度增加了網絡后期維護成本。網絡測量定位方案中，藍牙網關需要通過 PoE 網線供電，大幅增加了網絡建設成本和施工復雜度。

藍牙定位技術規(guī)模應用時的精度多在 3m 以上。市場中有部分場景需求為 1m 精度，該場景用藍牙定位精度略顯不足。用UWB 等高精度定位，成本又過高，難以實施。隨著藍牙AOA 技術的逐漸成熟，將有望解決該問題。

05

藍牙 5．1 定位技術

定位方式及性能：

藍牙 5．1 相比藍牙 4．2，最大的變化就是定位精度提升到厘米級別，且引入了尋向功能。目前高精度的室內定位需求很多，例如通過導航軟件找到酒店門口，但是最后的 100 米其實也很關鍵，藍牙尋向功能就可以解決這個問題，從酒店門口可以直接導航到客房。

藍牙 5．1 基于 AoA 或 AoD 技術將定位精度提升到厘米級，它的基本原理就是利用無線電的相位差換算出位置信息。

AoA 測量技術通過測試發(fā)射器和接收器直接的到達方向，然后通過三角定位獲得發(fā)射 器和目的物的方位和距離的技術。

AoD 測量也是利用信號相位差技術， 它的工作原理是發(fā)射器在以陣列排布的有源天線之間切換時，發(fā)送特 殊的數據封包，而接收器通過單一天線接收信號，然后從接收到的信 號中獲取 IQ 樣本，在了解發(fā)射器內的天線排布后，通過數據計算得出信號的相對方向和距離。該技術定位精度最小可達到 10 厘米。

安裝難：由于藍牙 5．1 技術是基于角度測量，基站功率消耗大， 無法使用電池供電，需要PoE 供電，且藍牙 5．1 基站布放密度為十米量級，因此每個基站都需要解決直流供電問題，為安裝造成了困難。

06

UWB定位技術

基于UWB 技術的無線定位系統(tǒng)一般由定位標簽、定位基站及解算軟件構成。通過在特定區(qū)域布設合理數量的定位基站，并不間斷地采集人員、車輛、資產、工具上的定位標簽回傳的各個要素的時空坐標數據，實現室內空間實時精確定位、監(jiān)控、引導、預警等功能。

UWB 主要采用飛行時間（TOA/TOF）、飛行時間差（TDOA）、到達角度（AOA）三種定位方法。三種定位方法各具優(yōu)劣，其性能對照如下：

為什么是UWB？

在該規(guī)范中，并沒有限制使用某種特定的無線定位技術，事實上，規(guī)范中也有提到UWB、ZigBee、WiFi甚至是4G、5G都可以，但綜合考慮定位精度的要求，以及在煤礦場景中的定位穩(wěn)定性與可靠性等因素之后，可以發(fā)現，UWB定位技術將是最為值得期待的定位技術。

為什么是UWB能夠在這么多的定位技術脫穎而出？

首先是定位精度方面，該規(guī)范明確指出了“煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)最大靜態(tài)定位誤差不大于 0．3 米”，而目前市場上，能達到這個定位精度的無線定位技術也只有UWB定位技術，事實上，在該規(guī)范的最后編制說明內容中，也明確指出了，規(guī)范規(guī)定“0．3米”定位精度數值，就是參考了UWB定位技術的精度。

其次，UWB定位技術已經在包括煤礦行業(yè)的諸多垂直應用領域進行了多年的應用，一項技術要得到市場乃至監(jiān)管部門的認可，有豐富并且長久穩(wěn)定的應用案例是必不可少的一個環(huán)節(jié)，UWB定位技術的性能已經得到了監(jiān)管部門的認可。

最后，就是UWB的成本也在降低與優(yōu)化，最近一兩年，UWB技術在蘋果、三星、小米等大廠的推動之下，走向了風口，目前整個UWB定位技術產業(yè)在快速的發(fā)展與完善，包括芯片方案、基站方案、標簽產品等等產品在市場上的選擇也會越來越多，整體的價格也將會迅速優(yōu)化。

當然，其他的定位技術也不是沒有市場，在定位技術行業(yè)里大家都認可一句話：技術沒有絕對的優(yōu)劣之分，只不過是不同的定位技術適合不同的應用場景。

就煤礦場景而言，除了在礦井里面對人員進行定位之外，還需要在礦井外面對人員進行管理，此外除了人員，還會有車輛、重要物資的管理，再加上不同的煤礦環(huán)境、不同的煤礦規(guī)模大小等等條件的不同，對于定位技術的需求也會有差異。

很多時候，一個煤礦的定位方案，是多種技術的融合方案，集多種技術之長，才能形成最有性價比的方案。

煤礦定位的市場容量有多少？

行業(yè)的痛點需求+政策的推動雙重作用之下，煤礦行業(yè)的定位應用鋪開已經肉眼可見，但是煤礦行業(yè)對于定位技術的需求市場潛力到底有多大呢？這是大家所關注的。

能源局2019年3月26日發(fā)布公告，截至2018年12月底，安全生產許可證等證照齊全的生產煤礦3373處，產能35．3億噸/年。

煤礦人員定位市場規(guī)模分析

按照安監(jiān)總局的要求，單套產品每年投入價格的20%進行維護，每5年更新一次，全國一共10000家將安全監(jiān)控系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)的維護及替換需求做出估算。

按照目前接觸到的煤礦基站與標簽的需求數量，單一煤礦的基站的需求數量在100+左右，標簽的數量在1000+，綜合來看，全國煤礦需要的基站總數為33萬+，標簽數量為337萬以上。

按照調研數據，系統(tǒng)集成商出貨價格：基站的價格10K左右，標簽價格300上下估計，全國基站市場容量為33億，標簽的市場容量為10億以上。

故煤礦市場，定位硬件總體市場為43億左右。當然這只是UWB的硬件部分，還有軟件部分，以及新建的煤礦增量市場，整體的市場體量將會更大。

物聯網的技術與方案最終都需要落到應用場景才會有意義，尤其是政策的刺激之下，效果更為明顯，煤礦市場已經打開，下一個市場又在哪里呢？

責任編輯：xj