為解決礦山計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中人工操作效率低、誤差大、追溯困難等問(wèn)題,采用UWB標(biāo)簽與基站部署、多系統(tǒng)融合及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析方法,構(gòu)建了包含定位、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理等6大子系統(tǒng)的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)。某煤礦引入基于 UWB定位技術(shù)在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)后,檢測(cè)效率提升30%,人工失誤率降低50%,產(chǎn)品合格率從95%提升至99.5%,交付及時(shí)率提高8%。UWB定位技術(shù)通過(guò)高精度定位與自動(dòng)化管理,優(yōu)化了檢測(cè)流程的規(guī)范性與可靠性,與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)的深度融合,推動(dòng)礦山計(jì)量檢測(cè)向無(wú)人化、智能化方向發(fā)展。
文章來(lái)源:《智能礦山》2025年第9期“學(xué)術(shù)園地”欄目
作者簡(jiǎn)介:常波峰,高級(jí)工程師,現(xiàn)任陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司黨委副書(shū)記、總經(jīng)理,主要從事安全生產(chǎn)、企業(yè)運(yùn)營(yíng)、智能礦山建設(shè)等相關(guān)技術(shù)研究及管理工作。 E-mail:1403620280@qq.com
作者單位:陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)有限公司
引用格式:常波峰.基于 UWB 定位技術(shù)在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理中的應(yīng)用[J].智能礦山,2025,6(9):62-65.
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計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)是保障工業(yè)生產(chǎn)、貿(mào)易往來(lái)、質(zhì)量控制等領(lǐng)域正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)定期校準(zhǔn)、檢定、測(cè)試各種計(jì)量器具及設(shè)備,確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性以及可靠性。在礦山行業(yè),煤質(zhì)檢驗(yàn)直接影響產(chǎn)品價(jià)值。超寬帶(UWB)定位技術(shù)的高精度、低功耗、抗干擾等特點(diǎn),為優(yōu)化煤礦井下復(fù)雜環(huán)境中計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程提供了新思路。采用UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備及人員精準(zhǔn)定位,建立檢測(cè)過(guò)程的時(shí)空記錄,保障檢測(cè)行為規(guī)范有序。
UWB定位技術(shù)煤礦井下的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
UWB超寬帶技術(shù)采用寬頻帶傳輸?shù)凸β市盘?hào),通過(guò)測(cè)量信號(hào)飛行時(shí)間計(jì)算距離,實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率及高精度定位。UWB定位技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。
(1)UWB技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)的高精度定位,在工業(yè)制造與機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。
(2)UWB技術(shù)低功耗特性適合應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備以及電池供電的場(chǎng)景。
(3)UWB信號(hào)具有很強(qiáng)的抗干擾能力,能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。
(4)UWB信號(hào)具有很強(qiáng)的穿透性,穿過(guò)非金屬材料,在非視距環(huán)境下也可實(shí)現(xiàn)可靠定位。
在煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境中,UWB定位信號(hào)可穿透煤塵及水霧,保持穩(wěn)定通信;在金屬設(shè)備密集的井下環(huán)境中受多徑干擾小;與藍(lán)牙及RFID系統(tǒng)相比,UWB在井下彎曲巷道中定位精度提高4倍;與WiFi定位技術(shù)相比,在礦井電磁干擾環(huán)境中誤差降低65%;與光學(xué)定位不同,UWB不受井下光線以及粉塵影響,全天候可靠工作,為礦山安全生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保障。
UWB定位技術(shù)在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用
2.1 計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理的痛點(diǎn)
人工操作的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理存在諸多痛點(diǎn),主要包括以下5個(gè)方面的不足。
(1)人工操作以及手工記錄數(shù)據(jù)的方式效率低下,難以滿足日益增長(zhǎng)的檢測(cè)需求,特別是在大批量檢測(cè)場(chǎng)景下問(wèn)題更加突出。
(2)人為因素可能導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果存在誤差或不一致性,影響檢測(cè)質(zhì)量。
(3)人工操作方式下缺乏實(shí)時(shí)記錄及追溯,若出現(xiàn)問(wèn)題難以快速定位原因,影響問(wèn)題解決以及預(yù)防。
(4)管理人員難以實(shí)時(shí)掌握檢測(cè)進(jìn)度與設(shè)備狀態(tài)等信息,難以進(jìn)行有效的調(diào)度以及決策。
(5)人工操作方式需投入大量人力,效率低下也間接導(dǎo)致時(shí)間成本增加。
2.2 UWB定位在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理的應(yīng)用場(chǎng)景
UWB定位技術(shù)在煤礦計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理中具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景,主要包括6個(gè)方面,UWB定位標(biāo)簽以及基站設(shè)備如圖1所示。
圖1 UWB定位標(biāo)簽以及基站設(shè)備
(1)通過(guò)在檢測(cè)設(shè)備上安裝UWB標(biāo)簽,實(shí)時(shí)跟蹤設(shè)備位置以及狀態(tài),優(yōu)化設(shè)備調(diào)度以及維護(hù)。
(2)為檢測(cè)人員配備UWB標(biāo)簽,實(shí)時(shí)監(jiān)控人員的位置以及工作狀態(tài),合理分配任務(wù),提高工作效率。
(3)在被檢物品上附加UWB標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)被檢物品的全流程跟蹤,確保檢測(cè)過(guò)程的可追溯性。
(4)結(jié)合UWB定位以及自動(dòng)化設(shè)備,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化,減少人工操作,提高檢測(cè)效率以及準(zhǔn)確性。
(5)UWB定位數(shù)據(jù)可用于檢測(cè)流程的可視化以及智能化管理,優(yōu)化流程,提高管理效率。
(6)通過(guò)分析UWB定位數(shù)據(jù),可及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中設(shè)備故障與人員違規(guī)操作等的異常情況,實(shí)現(xiàn)預(yù)警以及快速響應(yīng)。
2.3 基于UWB的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于UWB的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng),主要組成包括6個(gè)子系統(tǒng),基于UWB的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
圖2 基于UWB的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)架構(gòu)
(1)UWB定位子系統(tǒng):由UWB基站以及標(biāo)簽組成,完成實(shí)時(shí)采集設(shè)備與人員與物品的位置信息。
(2)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng):完成存儲(chǔ)、處理、分析UWB定位數(shù)據(jù),為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。
(3)業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng):結(jié)合計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)業(yè)務(wù)需求,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)流程的自動(dòng)化以及智能化管理,包括任務(wù)分配與進(jìn)度跟蹤與質(zhì)量控制等功能。
(4)可視化子系統(tǒng):提供直觀界面展示實(shí)時(shí)信息,方便管理人員監(jiān)控以及決策。
(5)預(yù)警與報(bào)警子系統(tǒng):實(shí)時(shí)預(yù)警異常情況,確保檢測(cè)過(guò)程的安全可靠。
(6)接口與集成子系統(tǒng):提供標(biāo)準(zhǔn)接口,實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、集成,形成信息閉環(huán)。
2.4 UWB定位技術(shù)在礦山計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用案例
某煤礦企業(yè)核定生產(chǎn)能力1 800萬(wàn)t/a,礦井采用斜井開(kāi)拓方式,共布置6條井筒,主要可采煤層4層,煤層可采高度1.0~7.95 m,平均煤厚4.56 m,埋深為63~345 m。礦井水文地質(zhì)類(lèi)型復(fù)雜,屬于低瓦斯礦井,煤層具有自燃傾向性以及煤塵爆炸性。
為提高生產(chǎn)效率以及安全性,建設(shè)了基于UWB定位技術(shù)的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)。針對(duì)礦山特點(diǎn),在主要巷道每隔50 m布置防爆型UWB基站,交叉路口增設(shè)基站,形成網(wǎng)格狀覆蓋;采用特殊信號(hào)處理算法減輕煤塵及金屬設(shè)備干擾;結(jié)合井下工業(yè)以太網(wǎng)與光纖混合傳輸方式,確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至地面控制中心。基于UWB定位技術(shù)的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)應(yīng)用主要集中在3個(gè)方面。
(1)煤質(zhì)檢測(cè)方面
在采樣、制樣、化驗(yàn)3個(gè)環(huán)節(jié)部署UWB標(biāo)記點(diǎn),實(shí)現(xiàn)煤樣全流程追蹤,特別為高硫煤樣設(shè)置快速通道,縮短檢測(cè)周期27%。
(2)安全檢測(cè)方面
瓦斯檢測(cè)設(shè)備集成UWB標(biāo)簽,建立時(shí)空一體化檢測(cè)模式,自動(dòng)記錄測(cè)點(diǎn)位置與檢測(cè)時(shí)間以及數(shù)據(jù),針對(duì)自燃傾向性煤層區(qū)域建立特密檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。
(3)水文檢測(cè)方面
在關(guān)鍵涌水點(diǎn)布置固定UWB參考點(diǎn),水質(zhì)取樣設(shè)備配備UWB標(biāo)簽,構(gòu)建基于位置的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)庫(kù),輔助突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
基于UWB定位技術(shù)的計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理系統(tǒng)應(yīng)用后檢測(cè)效率提高30%,人工失誤率降低50%,產(chǎn)品合格率提高4.5%,交付及時(shí)率提升8%。通過(guò)實(shí)時(shí)定位跟蹤、自動(dòng)化調(diào)度、異常預(yù)警等功能,有效解決了傳統(tǒng)人工檢測(cè)模式的痛點(diǎn),提升了檢測(cè)效率以及準(zhǔn)確性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量以及交付能力,展示了UWB技術(shù)在礦山計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值,通過(guò)與礦山特定環(huán)境深度結(jié)合,提高檢測(cè)效率,引入U(xiǎn)WB系統(tǒng)后礦山計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 引入U(xiǎn)WB系統(tǒng)后礦山計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)對(duì)比
UWB定位在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)流程管理的優(yōu)化效果
3.1 提高檢測(cè)效率
(1)基于UWB的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)精確定位,實(shí)現(xiàn)了任務(wù)智能分配及流程自動(dòng)引導(dǎo),減少了人工操作時(shí)間及環(huán)節(jié);實(shí)時(shí)掌握檢測(cè)設(shè)備及人員位置,優(yōu)化檢測(cè)路徑及設(shè)備調(diào)度,減少設(shè)備移動(dòng)及等待時(shí)間,提高檢測(cè)的連續(xù)性以及流暢性。實(shí)時(shí)采集分析數(shù)據(jù),管理人員及時(shí)了解檢測(cè)進(jìn)度及狀態(tài),做出動(dòng)態(tài)調(diào)整,避免延誤。
(2)某煤礦企業(yè)應(yīng)用UWB后,通過(guò)智能路徑規(guī)劃,井下檢測(cè)路線優(yōu)化率為42%;系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)緊急程度及位置,自動(dòng)匹配最近檢測(cè)人員,響應(yīng)時(shí)間從平均35 min縮短至12 min。在瓦斯超限與水文異常等緊急情況下,系統(tǒng)迅速定位最近設(shè)備及專業(yè)人員,緊急響應(yīng)時(shí)間縮短65%,提高了應(yīng)急處置能力。
(3)煤質(zhì)檢測(cè)方面,傳統(tǒng)采樣、運(yùn)輸、制樣、化驗(yàn)等環(huán)節(jié)間存在明顯斷點(diǎn),引入U(xiǎn)WB后,通過(guò)全流程追蹤及調(diào)度優(yōu)化,煤樣從采集到分析報(bào)告周期從8 h縮短至1 h,加快了生產(chǎn)決策速度及市場(chǎng)響應(yīng)能力。整體檢測(cè)效率提高30%。
3.2 減少人工誤差
(1)UWB定位技術(shù)有效減少了計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中的人工誤差。人工檢測(cè)模式檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于操作人員經(jīng)驗(yàn)、技能水平及工作狀態(tài)。UWB定位技術(shù)通過(guò)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化以及標(biāo)準(zhǔn)化,減少人為因素干擾。
(2)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)檢測(cè)設(shè)備及流程的精確定位,自動(dòng)引導(dǎo)檢測(cè)操作,確保每步都按照標(biāo)準(zhǔn)要求完成,減少主觀判斷以及操作失誤的空間。UWB定位與其他傳感器及測(cè)量設(shè)備結(jié)合,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集分析,提高了檢測(cè)客觀性及一致性。
(3)井下光線不足、噪音大、空氣質(zhì)量差、空間狹窄等條件,都會(huì)影響檢測(cè)人員的判斷力以及操作精度。引入U(xiǎn)WB系統(tǒng)后,瓦斯檢測(cè)誤報(bào)率從2.7%降至0.3%,水質(zhì)檢測(cè)偏差率從5%降至1.2%,煤質(zhì)化驗(yàn)重復(fù)率從8%降至1.5%。
(4)在采煤工作面附近的高風(fēng)險(xiǎn)瓦斯檢測(cè)區(qū)域,系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)制檢測(cè)流程及位置驗(yàn)證,確保了100%的檢測(cè)規(guī)范性,預(yù)防了因操作失誤導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。整體人工失誤率降低50%上,提高了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性,降低了返工及廢品風(fēng)險(xiǎn),為企業(yè)節(jié)約了大量人力物力成本。
3.3 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位跟蹤
(1)UWB定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)定位跟蹤。通過(guò)在檢測(cè)對(duì)象及設(shè)備上部署UWB標(biāo)簽,系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取位置坐標(biāo)及移動(dòng)軌跡,并通過(guò)可視化界面直觀呈現(xiàn)。管理人員遠(yuǎn)程監(jiān)控檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài),掌握每個(gè)環(huán)節(jié)的進(jìn)度及狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)以及處理異常情況。
(2)應(yīng)用UWB系統(tǒng)后,建立了井下檢測(cè)資源電子地圖,管理人員可隨時(shí)查看各區(qū)域檢測(cè)設(shè)備及人員分布情況。在某次突發(fā)水患中,系統(tǒng)在90 s內(nèi)定位最近的水質(zhì)檢測(cè)設(shè)備及專業(yè)人員,并通過(guò)系統(tǒng)規(guī)劃最佳路徑,指導(dǎo)快速安全到達(dá)事發(fā)地點(diǎn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理了水質(zhì)異常,避免了可能的安全事故。
(3)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)重點(diǎn)區(qū)域檢測(cè)頻次的自動(dòng)監(jiān)控,確保高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的檢測(cè)覆蓋率達(dá)到100%,杜絕檢測(cè)盲區(qū)。
(4)在煤層自燃傾向性監(jiān)測(cè)方面,UWB通過(guò)定時(shí)定點(diǎn)監(jiān)督,確保數(shù)據(jù)的時(shí)空一致性以及連續(xù)性,提高了自燃預(yù)警的準(zhǔn)確性。
(5)系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位跟蹤為質(zhì)量追溯提供了完整的數(shù)據(jù)支撐,若出現(xiàn)問(wèn)題可迅速定位原因,實(shí)現(xiàn)責(zé)任追究以及改進(jìn)優(yōu)化。
UWB定位在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)
隨著UWB定位技術(shù)的成熟及優(yōu)化,在煤礦計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到深入及拓展。下一步UWB定位融合人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等,提升檢測(cè)流程的智能化流程。
(1)UWB定位技術(shù)在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域向更高安全性及抗干擾能力方向發(fā)展,適應(yīng)井下復(fù)雜電磁環(huán)境以及防爆要求,預(yù)計(jì)新一代防爆型UWB設(shè)備將在強(qiáng)干擾環(huán)境下仍保持厘米級(jí)定位精度。
(2)UWB定位技術(shù)在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)將與礦山特有系統(tǒng)深度融合,與瓦斯監(jiān)測(cè)形成一體化安全網(wǎng)絡(luò),與采煤設(shè)備結(jié)合實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位以及遠(yuǎn)程操控。
(3)在煤質(zhì)檢測(cè)方面,UWB標(biāo)簽將融入采樣設(shè)備及樣品容器,實(shí)現(xiàn)全流程無(wú)人化。
(4)在應(yīng)急救援方面,UWB定位將與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合,構(gòu)建井下數(shù)字孿生系統(tǒng)。
(5)在災(zāi)害預(yù)警方面,分布式UWB網(wǎng)絡(luò)通過(guò)監(jiān)測(cè)巷道微小變形,預(yù)測(cè)沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)。UWB定位正成為礦山數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心基礎(chǔ)設(shè)施,推動(dòng)礦業(yè)向智能礦山轉(zhuǎn)變。
總 結(jié)
(1)UWB定位的高精度、低功耗、抗干擾等特性,為解決人工檢測(cè)模式中的效率低、準(zhǔn)確性差等痛點(diǎn)提供了新的思路。通過(guò)在檢測(cè)對(duì)象、設(shè)備、人員部署UWB標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)流程的實(shí)時(shí)定位跟蹤以及自動(dòng)化管理,提高檢測(cè)效率,減少人工誤差,優(yōu)化資源配置。
(2)基于UWB的檢測(cè)管理系統(tǒng),包括定位子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理、可視化、預(yù)警報(bào)警、接口集成等模塊,全面支撐檢測(cè)流程管理的各項(xiàng)需求。
(3)UWB定位技術(shù)在計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用效果和推廣前景,未來(lái),UWB定位深度融合人工智能與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),為礦山行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)力。
編輯丨李莎
審核丨趙瑞
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主編:王國(guó)法院士
刊載欄目:企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。
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期刊成果:創(chuàng)刊5年來(lái),策劃出版了“中國(guó)煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì),打造了“刊-網(wǎng)-號(hào)-群-庫(kù)”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái),全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。
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