煤礦，在中國(guó)是一個(gè)充滿傳奇色彩的名詞。

作為中國(guó)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(gè)個(gè)富得流油的"煤老板"；

當(dāng)然，還有一件件駭人聽聞的礦難事故。

"高危"與"財(cái)富"是煤礦行業(yè)兩個(gè)最主要的標(biāo)簽，而后一次次的政策整頓，以及其他能源的興起，社會(huì)對(duì)于煤礦的關(guān)注度也逐漸下降。

時(shí)至今日，煤礦依然是主要的工業(yè)能源之一，

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)原煤的產(chǎn)量相較于早些年有所下降，但是在最近幾年，卻呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。

來源：中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)

火力發(fā)電是消耗煤炭最大的應(yīng)用領(lǐng)域，此外，鋼廠與焦化廠也是煤炭消耗的重要領(lǐng)域?？梢哉f，煤炭對(duì)于工業(yè)的貢獻(xiàn)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(gè)高危行業(yè)，再加上開發(fā)與管理的不規(guī)范，導(dǎo)致中國(guó)的煤礦行業(yè)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)令人咋舌的礦難，每年因煤礦安全事故死亡的人數(shù)都是一個(gè)龐大的數(shù)字。

中國(guó)煤礦歷年死亡人數(shù)：

中間有幾年的數(shù)據(jù)網(wǎng)上沒有找到權(quán)威的數(shù)字，不過從上表的統(tǒng)計(jì)也可以看出，煤礦的死亡數(shù)字相較于10多年已經(jīng)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(shù)據(jù)有了明顯的下降。

但是這并不夠，相較于歐美國(guó)家的煤礦安全水平，中國(guó)還有較大的差距。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，為降低煤礦安全事故提供技術(shù)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(shù)手段。

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展為煤礦安全水平的提升提供了契機(jī)，尤其是礦井人員的實(shí)時(shí)定位管理，對(duì)于煤礦場(chǎng)景的人員身份識(shí)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(shù)安全的核心部分。這也引起了國(guó)家監(jiān)管層面的重視。

近日，國(guó)家煤監(jiān)局網(wǎng)站發(fā)布消息稱，根據(jù)《應(yīng)急管理標(biāo)準(zhǔn)化工作管理辦法》，國(guó)家煤監(jiān)局組織全國(guó)安標(biāo)委煤礦安全分標(biāo)委編制了安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦井下人員定位系統(tǒng)通用技術(shù)條件（征求意見稿）》，現(xiàn)向社會(huì)公開征求意見。

據(jù)介紹，2015年原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《關(guān)于下達(dá)2015年安全生產(chǎn)行業(yè)制修訂項(xiàng)目計(jì)劃的通知》，批準(zhǔn)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究制定項(xiàng)目"煤礦井下人員定位系統(tǒng)通用技術(shù)條件"，項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào)為AQ-2015-23，并確定中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）為主要起草單位，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的編寫制定工作。

標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1的規(guī)定和實(shí)際內(nèi)容的需要，分成術(shù)語(yǔ)和定義、產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等七章，對(duì)煤礦井下人員定位系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括最大靜態(tài)定位誤差、最大動(dòng)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(guó)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(diǎn)區(qū)域超定員生產(chǎn)，遏制重特大事故發(fā)生，防止人員進(jìn)入盲巷等限制區(qū)域，防止超層越界盜采和礦井水災(zāi)、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(shí)下井，加強(qiáng)特種作業(yè)人員管理，加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下井帶班管理，加強(qiáng)考勤管理和應(yīng)急救援等方面發(fā)揮著重要作用。建議該標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

下面是該標(biāo)準(zhǔn)的部分主要技術(shù)指標(biāo)：

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(yīng)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(yīng)不大于 0.3 m。

最大動(dòng)態(tài)定位誤差

煤礦井下人員定位系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)定位誤差應(yīng)不大于 10 m。煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)定位誤差應(yīng)不大于 7.3 m。

最大位移速度

最大位移速度應(yīng)不小于 7 m/s。

并發(fā)識(shí)別數(shù)量

單分站并發(fā)識(shí)別數(shù)量應(yīng)不小于 80 個(gè)。

漏/誤讀率

漏/誤讀率應(yīng)不大于 10-4。

最大傳輸距離

最大傳輸距離應(yīng)滿足下列要求：

定位卡與分站之間的無線傳輸距離應(yīng)不小于 400 m；

分站至主機(jī)之間最大傳輸距離應(yīng)不小于 10 km。

最大監(jiān)控容量

最大監(jiān)控容量應(yīng)滿足下列要求：

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

定位卡數(shù)量應(yīng)不小于 8000 個(gè)。

... ...

哪些無線定位技術(shù)將會(huì)迎來良機(jī)

根據(jù)這些技術(shù)要求指標(biāo)，多類無線定位技術(shù)都將找到應(yīng)用場(chǎng)景

01、有源RFID

有源射頻識(shí)別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

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

其技術(shù)特點(diǎn)：覆蓋距離30 米-300 米不等。功耗低，成本低，技術(shù)較成熟，廣泛應(yīng)用于井下的人員定位。有源的 RFID 技術(shù)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(hào)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(cè)速，只能利用兩個(gè)基站之間或多個(gè)基站基站完成區(qū)域測(cè)速?；靖采w模型如下圖：

有源射頻技術(shù)，因其定位主要對(duì)象為有源的電子標(biāo)簽，基站和定位卡能夠交互的數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、高數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

采用Zigbee 定位，最大的優(yōu)勢(shì)是其功耗低，另外，Zigbee 支持自組網(wǎng)，其傳輸通道更為簡(jiǎn)單。在國(guó)內(nèi)，用Zigbee 的方式，廣泛應(yīng)用于煤礦定位、監(jiān)獄人員定位等。

03、Wi-Fi 定位技術(shù)

Wi-Fi 定位技術(shù)一般采用 Cell-ID 定位或指紋定位。Cell-ID 定位是最先實(shí)現(xiàn)規(guī)?；募夹g(shù)，一般采用"鄰近法"判斷，即終端距離哪臺(tái)AP 最近或者連著哪臺(tái) AP 釋放出來的網(wǎng)絡(luò)，則認(rèn)為定位終端就在該AP 附近，簡(jiǎn)單實(shí)用，但精度低。指紋定位技術(shù)是指將實(shí)際環(huán)境中的位置和接收到的無線信號(hào)的"指紋"特征聯(lián)系起來，一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)特的指紋。

Wi-Fi 定位的終端一般為智能設(shè)備，如智能手機(jī)，筆記本等。Wi-Fi 由于其功耗高，并不適合制作成 Wi-Fi Tag 去實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)定位等應(yīng)用。利用現(xiàn)場(chǎng)已有的Wi-Fi 設(shè)備，部署成本低，但是為了提高定位精度， 有時(shí)需要提高Wi-Fi 設(shè)備的部署數(shù)量和密度。

04、藍(lán)牙 4.2 定位技術(shù)

藍(lán)牙4.2定位技術(shù)分為網(wǎng)絡(luò)測(cè)量定位與終端測(cè)量定位兩種模式。

網(wǎng)絡(luò)測(cè)量定位：

該模式下，定位終端發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)，由藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，回傳至服務(wù)器進(jìn)行定位。

藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)測(cè)定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

終端測(cè)量定位：

該模式下，定位信標(biāo)發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)，由定位終端進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，回傳至服務(wù)器進(jìn)行定位。

藍(lán)牙終端測(cè)量定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

終端測(cè)量定位方案中，藍(lán)牙信標(biāo)一般采用電池供電，1-2 年需要更換電池，大幅度增加了網(wǎng)絡(luò)后期維護(hù)成本。網(wǎng)絡(luò)測(cè)量定位方案中，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)需要通過 PoE 網(wǎng)線供電，大幅增加了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和施工復(fù)雜度。

藍(lán)牙定位技術(shù)規(guī)模應(yīng)用時(shí)的精度多在 3m 以上。市場(chǎng)中有部分場(chǎng)景需求為 1m 精度，該場(chǎng)景用藍(lán)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(shí)施。隨著藍(lán)牙AOA 技術(shù)的逐漸成熟，將有望解決該問題。

05、藍(lán)牙 5.1 定位技術(shù)

定位方式及性能：

藍(lán)牙 5.1 相比藍(lán)牙 4.2，最大的變化就是定位精度提升到厘米級(jí)別，且引入了尋向功能。目前高精度的室內(nèi)定位需求很多，例如通過導(dǎo)航軟件找到酒店門口，但是最后的 100 米其實(shí)也很關(guān)鍵，藍(lán)牙尋向功能就可以解決這個(gè)問題，從酒店門口可以直接導(dǎo)航到客房。

藍(lán)牙 5.1 基于 AoA 或 AoD 技術(shù)將定位精度提升到厘米級(jí)，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(cè)量技術(shù)通過測(cè)試發(fā)射器和接收器直接的到達(dá)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(shù)。

AoD 測(cè)量也是利用信號(hào)相位差技術(shù)， 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(shí)，發(fā)送特 殊的數(shù)據(jù)封包，而接收器通過單一天線接收信號(hào)，然后從接收到的信 號(hào)中獲取 IQ 樣本，在了解發(fā)射器內(nèi)的天線排布后，通過數(shù)據(jù)計(jì)算得出信號(hào)的相對(duì)方向和距離。該技術(shù)定位精度最小可達(dá)到 10 厘米。

安裝難：由于藍(lán)牙 5.1 技術(shù)是基于角度測(cè)量，基站功率消耗大， 無法使用電池供電，需要PoE 供電，且藍(lán)牙 5.1 基站布放密度為十米量級(jí)，因此每個(gè)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(shù)

基于UWB 技術(shù)的無線定位系統(tǒng)一般由定位標(biāo)簽、定位基站及解算軟件構(gòu)成。通過在特定區(qū)域布設(shè)合理數(shù)量的定位基站，并不間斷地采集人員、車輛、資產(chǎn)、工具上的定位標(biāo)簽回傳的各個(gè)要素的時(shí)空坐標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間實(shí)時(shí)精確定位、監(jiān)控、引導(dǎo)、預(yù)警等功能。

UWB 主要采用飛行時(shí)間（TOA/TOF）、飛行時(shí)間差（TDOA）、到達(dá)角度（AOA）三種定位方法。三種定位方法各具優(yōu)劣，其性能對(duì)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(shù)，事實(shí)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(chǎng)景中的定位穩(wěn)定性與可靠性等因素之后，可以發(fā)現(xiàn)，UWB定位技術(shù)將是最為值得期待的定位技術(shù)。

為什么是UWB能夠在這么多的定位技術(shù)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(chǎng)上，能達(dá)到這個(gè)定位精度的無線定位技術(shù)也只有UWB定位技術(shù)，事實(shí)上，在該規(guī)范的最后編制說明內(nèi)容中，也明確指出了，規(guī)范規(guī)定"0.3米"定位精度數(shù)值，就是參考了UWB定位技術(shù)的精度。

其次，UWB定位技術(shù)已經(jīng)在包括煤礦行業(yè)的諸多垂直應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了多年的應(yīng)用，一項(xiàng)技術(shù)要得到市場(chǎng)乃至監(jiān)管部門的認(rèn)可，有豐富并且長(zhǎng)久穩(wěn)定的應(yīng)用案例是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，UWB定位技術(shù)的性能已經(jīng)得到了監(jiān)管部門的認(rèn)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(shù)在蘋果、三星、小米等大廠的推動(dòng)之下，走向了風(fēng)口，目前整個(gè)UWB定位技術(shù)產(chǎn)業(yè)在快速的發(fā)展與完善，包括芯片方案、基站方案、標(biāo)簽產(chǎn)品等等產(chǎn)品在市場(chǎng)上的選擇也會(huì)越來越多，整體的價(jià)格也將會(huì)迅速優(yōu)化。

當(dāng)然，其他的定位技術(shù)也不是沒有市場(chǎng)，在定位技術(shù)行業(yè)里大家都認(rèn)可一句話：技術(shù)沒有絕對(duì)的優(yōu)劣之分，只不過是不同的定位技術(shù)適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

就煤礦場(chǎng)景而言，除了在礦井里面對(duì)人員進(jìn)行定位之外，還需要在礦井外面對(duì)人員進(jìn)行管理，此外除了人員，還會(huì)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(duì)于定位技術(shù)的需求也會(huì)有差異。

很多時(shí)候，一個(gè)煤礦的定位方案，是多種技術(shù)的融合方案，集多種技術(shù)之長(zhǎng)，才能形成最有性價(jià)比的方案。

煤礦定位的市場(chǎng)容量有多少？

行業(yè)的痛點(diǎn)需求+政策的推動(dòng)雙重作用之下，煤礦行業(yè)的定位應(yīng)用鋪開已經(jīng)肉眼可見，但是煤礦行業(yè)對(duì)于定位技術(shù)的需求市場(chǎng)潛力到底有多大呢？這是大家所關(guān)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(chǎn)許可證等證照齊全的生產(chǎn)煤礦3373處，產(chǎn)能35.3億噸/年。

煤礦人員定位市場(chǎng)規(guī)模分析

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

按照目前接觸到的煤礦基站與標(biāo)簽的需求數(shù)量，單一煤礦的基站的需求數(shù)量在100+左右，標(biāo)簽的數(shù)量在1000+，綜合來看，全國(guó)煤礦需要的基站總數(shù)為33萬(wàn)+，標(biāo)簽數(shù)量為337萬(wàn)以上。

按照調(diào)研數(shù)據(jù)，系統(tǒng)集成商出貨價(jià)格：基站的價(jià)格10K左右，標(biāo)簽價(jià)格300上下估計(jì)，全國(guó)基站市場(chǎng)容量為33億，標(biāo)簽的市場(chǎng)容量為10億以上。

故煤礦市場(chǎng)，定位硬件總體市場(chǎng)為43億左右。當(dāng)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(chǎng)，整體的市場(chǎng)體量將會(huì)更大。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與方案最終都需要落到應(yīng)用場(chǎng)景才會(huì)有意義，尤其是政策的刺激之下，效果更為明顯，煤礦市場(chǎng)已經(jīng)打開，下一個(gè)市場(chǎng)又在哪里呢？

鳴謝：

感謝成都四相致新科技有限公司的副總裁劉洪宇先生對(duì)本文提供的素材參考與建議，本文部分內(nèi)容也有引用由中國(guó)移動(dòng)精準(zhǔn)定位聯(lián)盟編制的《室內(nèi)定位白皮書（2020年）》，感謝！