[发明专利]基于矿灯设备的井下人员识别定位及通信系统

说明书

本发明提供了一种基于矿灯设备的井下人员识别定位及通信系统。利用矿灯设备中的信号光源以光信号形式发送信息，利用井下视频采集装置采集光信号，利用井上视频处理装置处理光信号，基于对光信号的译码结果实现了人员身份识别、定位以及井下环境数据采集等功能。所述方法与系统在实现人员识别与定位时，不依赖于外部光照条件、识别率高，易于实施、建设成本低；解决了无线电波定位存在的定位精度低，系统成本高等问题。

技术领域

本发明涉及一种基于矿灯设备的井下人员识别定位及通信系统，此系统主要涉及编程控制、图像处理以及通信等技术。

背景技术

矿井人员定位系统是国务院(国发[2010]23号)要求煤矿和非煤矿山必须装备的安全避险六大系统之一，在遏制超定员生产等安全生产和应急救援中发挥着重要作用。矿井人员广泛采用的RFID技术，不能精确定位，难以满足矿井遇险遇难人员搜寻和车辆伤人等事故防治和应急救援需求。矿井无线电信号传输衰减严重、无线电传输衰减模型复杂多变、卫星定位信号无法穿透煤层和岩层到达井下、矿井定位需覆盖长达10km的巷道等制约着地面定位技术在矿井应用。井下动目标定位常用的定位方法有：接受信号强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)，测量到达时间(Time Of Arrival,TOA)等方法。信号强度指示(RSSI)方法是目前Zigbee和WiFi网络采用的主要定位方法，RSSI方法简单易实施。但无线信号的传输损耗模型受环境影响巨大，定位精度低，定位误差可达几十米。到达时间定位TOA需定位卡与分站、分站与分站之间严格同步，系统同步困难，晶振稳定性要求高，系统复杂，成本高。随着井下视频监控的普及与推广，科研人员提出了基于视频图像的井下人员定位方法，通过对井下人员图像进行识别实现定位，但在实施过程中，如何确定人员身份是难以解决的瓶颈问题。目前主要有通过人脸识别和动作特征识别的识别方法，但井下光照度差，图像分辨率和清晰度差，难以满足人脸特征识别的需要，所以人脸特征识别不适用于井下人员定位；人体动作特征识别技术尚不成熟，识别准确率低，而且人员动作特征识别需要足够数量的动作图像，无论在摄像机安装位置、摄像机密度、光照条件、及人员身体之间的相互遮挡等方面都有较高的要求，不适用于井下人员定位。因此需要一种不依赖于外部光照条件、识别率高、易于实施的井下人员识别定位及通信系统。

发明内容

本发明提供了一种基于矿灯设备的井下人员识别定位及通信系统，利用井下视频采集装置采用光通信的方式实现了人员身份识别、井下环境数据采集、定位等功能，解决了无线电波定位存在的定位精度低，系统成本高等问题。所述方法与系统不依赖于外部光照条件、识别率高、易于实施、建设成本低，有着广泛地应用前景。

所述系统包括矿灯设备与视频管理设备；所述矿灯设备包括灯头、供电装置、控制装置，所述灯头包括至少一个发光源和至少两个信号光源，所述发光源为发出可见光的LED，所述信号光源包括但不限于发出不可见光的红外灯，所述信号光源围绕发光源安装，所述发光源用于照明，所述信号光源用于以不同工作模式发送包含信息的光信号，所述信息包括人员身份信息；所述信号光源的工作模式包括亮度变化、点亮的区域分布变化或点亮时组成的形状变化；所述控制装置可经佩戴人员手动调节控制矿灯进入应急通信模式；所述视频管理设备包括视频采集装置、有线通信网络及视频处理装置；所述视频采集装置安装在井下，负责采集矿灯工作的视频图像；所述有线通信网络连接井下与井上，负责数据传输；所述视频处理设备安装于井上，负责处理视频进行译码；系统通过对所述发光源在不同工作模式下发出光信号进行译码得到的通信信息，并实现人员身份识别，通过采集视频的摄像设备的位置实现人员定位。所述井下人员识别与定位的方法及系统进一步包括：所述灯头是以多个信号光源来发出包含信息的光信号，诸多个信号光源以多种形状的、多层的、环绕着发出可见光发光源的方式进行安装分布；并且，信号光源发出的光可以被摄像机采集但人眼不可见。