[发明专利]一种基于矿井巷道灯的可见光定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于矿井巷道灯的可见光定位系统及方法，属于井下定位技术领域。包括初始设置模块、光信息采样模块、光数据解析模块以及匹配定位模块；首先初始设置模块首先建立井下荧光照明灯光信息指纹库；光信息采样模块控制相机自适应曝光时间，最大化获取包含荧光照明灯特征频率的图像信息；光数据解析模块建立高频特性放大机制，识别采样荧光灯其特征频率；匹配定位模块搜索光信息指纹库匹配特征频率，通过几何变换实现井下人员定位。无需改造原有电路，设备成本低，抗环境干扰能力强，可靠精准对井下巷道移动目标定位。

技术领域

本发明涉及一种可见光定位系统及方法，尤其是一种适用于井下定位使用的基于矿井巷道灯的可见光定位系统及方法。

背景技术

井下人员定位系统对于实现矿井下作业人员考勤管理，遏制超定员生产，防止井下人员进入危险区域，及时发现未按时升井人员，加强特种作业人员管理，以及加强干部带班管理等多方面都起到了重要的作用。

目前应用到井下人员定位系统的主要技术有RFID技术、ZigBee技术以及WIFI技术。射频识别RFID技术是一种非接触式的自动识别技术。井下人员携带的唯一标志卡在天线射频信号工作区域内被激活，识别信息通过卡内置天线被反馈给读卡分站，从而实现了人员位置信息的采集。该技术具有读取数据方便快捷、实时性好等特点。ZigBee技术采用大量传感器装置，固定位置已知的锚节点，将移动定位模块佩戴在井下人员身上，是一种复杂度低、功耗少、速率小的双向无线网络通讯技术。WIFI技术利用井下以太网设立若干基站使井下覆盖无线网络，井下井上工作人员通过移动终端设备进行人员设备的调度和信息的反馈。但矿井下环境条件恶劣、空气湿度大并充斥着大量煤灰粉尘以及可燃气体，伴随着物理通信空间狭小并随开采进程改变、专业化设备众多等问题，导致射频、无线信号衰弱严重、通信受限。而如果采取增加收发信号装置的方法提高定位精度，则又造成成本增高、不易安装的困难。因此，基于上述技术的井下人员定位系统在实际应用过程中存在着稳定性差和定位精度不理想的主要问题。

可见光通信技术是一种新兴的光无线通信技术，它具有发射功率高、抗电磁干扰能力强、安全无害的特性。近年来，可见光技术为井下人员定位系统提供了新方法。专利号为CN201310140087.8的基于可见光通信的井下移动目标光指纹定位跟踪方法，利用接收光照能量强度和角度首先建立光指纹数据库，然后由井下移动人员所携带的接收机检测到的照明灯基站信号强度、角度信息以及人员ID信息、照明灯基站ID信息组成定位数据包回传给定位服务器，最终通过模糊预测匹配模式计算出人员位置；专利号为CN20141037268.1的基于可见光通信技术的井下人员定位方法，利用LED驱动电路控制LED矿灯明暗变化表示发送信号‘1’和‘0’编码，从而得到以光信号为信息载体的通信模式。然而针对上述两种基于可见光技术井下人员定位方法的研究尚存在如下问题：第一，煤矿井下复杂恶劣的环境会对建立指纹库时收集的光照能量强度以及移动目标检测光信号强度造成数据偏差从而影响定位精度；第二，几乎所有现存的基于LED灯通信定位技术都需要改造原有灯具结构添加LED驱动控制电路，然而对矿井下数百盏矿灯进行电路改造，其成本代价是巨大的；第三，井下作业人员需要额外携带接收光信号的移动终端，既不利于人员安全作业也增加了系统成本。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的不足之处，提供一种抗干扰能力强、无需改造原有电路、设备成本低、利用荧光照明灯特征频率的唯一标志性定位的基于矿井巷道灯的可见光定位系统及方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的基于矿井巷道灯的可见光定位装置，包括初始设置模块、光信息采样模块、光数据解析模块以及匹配定位模块；

所述的初始设置模块包括用于采集巷道中所有荧光照明灯标识特征频率数值的光学接收探测器，和给光学接收探测器供电的光学接收探测器电池；