一種基于礦燈的單工通信與識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于礦燈的單工通信與識別方法，本通信與識別方法方法通過對礦燈亮度的控制，利用多數(shù)煤礦已建立的井下有線通信網(wǎng)絡(luò)和視頻采集系統(tǒng)，完成由礦燈到視頻接收端的單工通信，實現(xiàn)對礦燈使用人員的識別。通信識別過程簡單有效，抗電磁干擾能力強，具有較強的魯棒性：使用本通信與識別方法的通信系統(tǒng)不需在井下單獨增加無線通信基站和有線通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有成本低，系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易實施等特點；可快速有效地實現(xiàn)對井下工作人員的跟蹤監(jiān)控，便于安全生產(chǎn)管理人員管理。
【專利說明】一種基于礦燈的單工通信與識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于礦燈的單工通信與識別方法，該方法涉及圖像處理技術(shù)和通信等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下工作人員管理是礦井安全生產(chǎn)的重要保障，煤礦井下人員身份識別的方法主要分為人體特征識別和設(shè)備特征識別兩種方法，人體特征識別是基于對人的固有的獨特特征進行采集、對比分析、判斷，主要包括指紋、眼睛虹膜和人臉識別，具體實施方法是在礦井入口處安裝識別設(shè)備，下井工作人員在下井前和升井后進行識別登記。只能判定出入礦井口的人員情況，不能對礦井內(nèi)的人員實時身份和位置進行判定。
[0003]目前設(shè)備特征識別主要是通過無線通信方式實現(xiàn)，具體技術(shù)包括:射頻識別技術(shù)(RFID)、WIF1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GSM、CDMA等。目前實際使用以RFID為主，RFID利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可實現(xiàn)對人員或物體在不同狀態(tài)下的自動識別和位置監(jiān)測。典型的射頻識別系統(tǒng)主要包括射頻卡和讀寫器兩部分。使用RFID識別方式存在以下問題:
[0004]1.受RFID讀寫速度限制，不能處理多人同時快速通過讀卡系統(tǒng)的情況，易出現(xiàn)漏讀。
[0005]2.無法區(qū)分入井人員代刷卡、一人多卡等情況發(fā)生。
[0006]基于其它無線通信技術(shù)的人員定位識別系統(tǒng)解決了 RFID卡漏讀的問題，但仍存在以下缺點:
[0007]1.通信終端設(shè)備體積較大、成本較高。
[0008]2.系統(tǒng)涉及無線和有線通信系統(tǒng)，在巷道內(nèi)每隔一段距離就需要安裝接入基站，建設(shè)周期長。
[0009]3.輔助設(shè)備多，系統(tǒng)建設(shè)及維護成本高。
[0010]因此，煤礦安全生產(chǎn)管理需要一種簡單可靠、易于實現(xiàn)、建設(shè)成本低并可在井下不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)人員識別的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明目的在于提供一種更適合井下巷道環(huán)境的、簡單有效的人員識別方法，通過對礦燈亮度的控制，利用多數(shù)煤礦已建立的井下有線通信網(wǎng)絡(luò)和視頻采集系統(tǒng)，完成由礦燈到視頻接收端的單工通信，實現(xiàn)對礦燈使用人員的識別。
[0012]具體步驟如下:
[0013]1.使用控制電路控制礦燈所發(fā)光的亮度變化。
[0014]2.視頻接收端通過分析視頻中礦燈閃爍的次數(shù)及間隔時間的不同判斷礦燈所發(fā)送信息的碼元。
[0015]3.視頻接收端通過根據(jù)碼元的不同獲取礦燈所發(fā)送的信息。[0016]4.視頻接收端通過根據(jù)礦燈所發(fā)送的信息中包含的礦燈編碼實現(xiàn)對礦燈的識別。
[0017]5.視頻接收端通過根據(jù)識別出的礦燈編碼礦燈和已知的使用礦燈記錄實現(xiàn)對礦燈使用人員身份的識別。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1礦燈通信識別系統(tǒng)示意圖。
[0019]圖2視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻傳輸過程示意圖。
[0020]圖3通信識別用礦燈硬件示意圖。
[0021 ] 圖4通信識別用礦燈LED控制硬件示意圖。
[0022]圖5礦燈通信編碼原理示意圖。
[0023]圖6礦燈通信識別方法步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0024]所述通信識別方法需由井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集井下現(xiàn)場實時圖像，由監(jiān)控終端的識別服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)通信和識別，如圖1所示實施例中，井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成包括:視頻管理系統(tǒng)、有線通信網(wǎng)絡(luò)，視頻采集系統(tǒng)；。
[0025]視頻管理子系統(tǒng)包括:
[0026]1.視頻識別服務(wù)器(I)，視頻識別服務(wù)器負責對視頻內(nèi)的礦燈進行跟蹤識別，對每幀視頻圖像的處理，從而獲得礦燈發(fā)送的信息。
[0027]2.監(jiān)控終端(2)，生產(chǎn)管理人員通過監(jiān)控終端(2)查看現(xiàn)場視頻，并可從存儲服務(wù)器調(diào)取歷史視頻回看。
[0028]3.存儲服務(wù)器，存儲服務(wù)器負責視頻流存儲，并可根據(jù)監(jiān)控終端需要提供所存儲的視頻。
[0029]有線通信網(wǎng)絡(luò)以光纖為主要傳輸介質(zhì)，設(shè)備包括:
[0030]1.核心交換機(3)，負責所有接入有線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的管理和數(shù)據(jù)交換。
[0031]2.0LT光線路終端(4)，OLT是PON接入系統(tǒng)的中心設(shè)備，通過以太網(wǎng)接口連接核心以太網(wǎng)，通過光纖連接無源分光器0DN，通過ODN與用戶終端側(cè)的ONU通信。OLT具有二層/三層交換和光纖端口冗余功能。
[0032]3.0DN光分配器(5)，ODN用于光纜接續(xù)或PON接入系統(tǒng)的光功率分配，負責連接OLT和0NU。主要功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。
[0033]4.0NU光節(jié)點(6)，ONU為光網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)提供用戶側(cè)的標準網(wǎng)絡(luò)接入接口。視頻米集系統(tǒng)包括:
[0034]1.攝像機(7)，負責視頻采集，輸出標準模擬信號。
[0035]2.視頻編碼器(8)，負責將標準模擬信號數(shù)字化，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)視頻壓縮標準進行壓縮，
[0036]并將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，視頻編碼器通過網(wǎng)線與ONU光節(jié)點(6)連接。井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻傳輸過程如下:
[0037]1.(201)攝像機(7)采集視頻圖像，輸出標準模擬視頻信號。
[0038]2.(202)視頻編碼器(8)數(shù)字化視頻并壓縮，通過網(wǎng)線將壓縮后的視頻信號傳輸給光節(jié)點。
[0039]3.(203)視頻信號通過有線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)。
[0040]4.(204)管理系統(tǒng)內(nèi)的核心交換機(3)將視頻信號分發(fā)給存儲服務(wù)器，監(jiān)控終端和視頻識別服務(wù)器。
[0041]礦燈(9)主要由燈頭組件(含光源)、礦燈電纜、電池及電池盒組成，礦燈電纜及電池盒的防護等級需滿足本安標準要求。光源采用的LED光源為冷光源，自身發(fā)熱量小，其工作電壓為4V，工作電流為200?300mA，加上LED驅(qū)動電路線路板采用具有良好散熱效果的鋁基板，其電壓、電流及工作溫度均完全能夠符合本質(zhì)安全型的要求。
[0042]礦燈電路硬件包括:
[0043](304)處理器，選擇TI公司的MSP430F147單片機，該型號為16位RISC結(jié)構(gòu)，具有32kFlash，lkRAM。MSP430可在1.8?3.6V低電壓下工作，系統(tǒng)采用3.3V工作電壓。MSP430F147內(nèi)置精度為12位200kps的A/D轉(zhuǎn)換器，使用其中一路用于鋰電池電壓檢測，當鋰電池電壓低于3.5V，通過開關(guān)控制關(guān)閉LED并進入低功耗模式，以保護電池。MSP430F147具有5種低功耗模式，使用LPM4模式時最低功耗可降至0.luA。
[0044](302)鋰電池，電池使用鋰離子蓄電池，鋰電池(組)應(yīng)具有防反接、過充、過放、過流、短路等功能，還有均衡充電、均衡放電功能。
[0045](301)充電管理，充電管理芯片選用TP4056，內(nèi)部采用PM0SFET架構(gòu)，具有防倒充電路，外部不需加隔離二極管。根據(jù)熱反饋可自動調(diào)節(jié)充電電流，在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下能自動限制芯片溫度。固定充電電壓4.2V，恒流充電階段的電流可通過電阻設(shè)置。。充電電流降至設(shè)定值1/10時，充電管理芯片自動停止充電。當移除充電電源后，充電管理芯片自動進入低電流狀態(tài)，降電池漏電流至2uA以下。充電管理芯片在有電源時也可將供電電流降至55uA置于停機模式。
[0046](303)電源，電源芯片采用MAX1724EZK33，由電池電壓轉(zhuǎn)換得到3.3V穩(wěn)定的工作電壓，為MSP430F147供電。
[0047](305) LED驅(qū)動如圖4所示，使用SIPex公司的低壓差LED驅(qū)動芯片SP7614驅(qū)動LED, SP7614是基于灌電流型的降壓LED驅(qū)動器，在電池電壓大于或者等于保護電壓時，可保證流過LED的電流恒定，實現(xiàn)恒流驅(qū)動，工作狀態(tài)下LED電流為流過電流設(shè)置電阻(401)電流的200倍。處理器通過PWM脈沖控制LED電流使LED閃爍實現(xiàn)信號發(fā)送。當鋰電池電壓低于3.5V，通過對SP7614開關(guān)控制口關(guān)閉LED并進入低功耗模式。為避免產(chǎn)生電弧或者火花，手動控制開關(guān)接在地上。
[0048](306)通信接口，用于設(shè)置礦燈內(nèi)置編號，采用紅外接收方式，使用HX1838紅外信號接收頭，與MSP430F147連接，由MSP430F147接收和解碼。
[0049]礦燈發(fā)送信息的示例如圖5所示:
[0050]以較為常用的PAL視頻格式為例，每秒視頻含有25巾貞,每巾貞的間隔時間為1/25秒，礦燈閃爍間隔時間為2幀時表示二進制數(shù)0，閃爍間隔時間為4幀時表示二進制數(shù)1，一次連續(xù)發(fā)送多位二進制數(shù)，這里以一次發(fā)送16位二進制數(shù)為例，即一次可發(fā)送2字節(jié)的數(shù)據(jù)。當發(fā)送完畢則LED停止閃爍，在下一次通信之前始終保持亮燈狀態(tài)，兩次發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔應(yīng)超過I秒。接收端可根據(jù)連續(xù)亮燈的幀數(shù)判斷這一組16位二進制數(shù)據(jù)是否已經(jīng)發(fā)送完畢，同時可根據(jù)下一次閃爍判斷下一組數(shù)據(jù)開始時間。[0051]如圖6所示示例，視頻識別服務(wù)器接收識別礦燈發(fā)送數(shù)據(jù)的過程如下:
[0052]1.(601)視頻識別服務(wù)器將視頻信息流還原為視頻圖像幀序列。
[0053]2.(602)對圖像幀通過濾波和特征匹配算法進行處理，分割出礦燈圖像，實現(xiàn)對礦燈的跟蹤定位。
[0054]3.(603)每處理檢測一幀后幀計數(shù)器加I。
[0055]4.(604)確定礦燈位置區(qū)域后檢測每幀圖像中的礦燈亮度，用閾值對礦燈亮度進行判斷，如亮度低于閾值則判定礦燈閃爍一次并執(zhí)行(605);否則執(zhí)行(609)。
[0056]5.(605)根據(jù)數(shù)據(jù)計數(shù)器的值判定是否為數(shù)據(jù)組發(fā)送的的第一個二進制數(shù)的起始幀，如數(shù)據(jù)計數(shù)器為零則判定為起始幀，執(zhí)行(606);否則執(zhí)行(607)。
[0057]6.(606)幀計數(shù)器清零，返回執(zhí)行(601)。
[0058]7.(607)如幀計數(shù)器為2或3則判定接收二進制數(shù)為0，如果計數(shù)值為4或5則判定接收二進制數(shù)為1，執(zhí)行(608)。
[0059]8.(608)數(shù)據(jù)計數(shù)器加I,并執(zhí)行(606)。
[0060]9.(609)如幀計數(shù)器值大于10且數(shù)據(jù)計數(shù)器不為0，則判定已結(jié)束數(shù)據(jù)組發(fā)送執(zhí)行(610)，否則不做處理返回(601)。
[0061]10.(610)如接收的16位二進制數(shù)據(jù)達到16位，則判斷接收到一組完整的16位二進制數(shù)據(jù)執(zhí)行(611)，否則判定本組數(shù)據(jù)接收失敗執(zhí)行(613)。
[0062]11.(611)解析已收到的數(shù)據(jù)，獲得信息內(nèi)容，實現(xiàn)礦燈到識別系統(tǒng)上的單工通信。
[0063]12.(612)根據(jù)礦燈管理系統(tǒng)的礦燈使用記錄和通過以上方法獲得的礦燈編號實現(xiàn)對礦燈使用人員的身份識別。
[0064]13.(613)數(shù)據(jù)計數(shù)器清零并執(zhí)行(606)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于礦燈的單工通信與識別方法，其特征在于:使用控制電路控制礦燈的亮度變化，攝像機采集包含礦燈的視頻，視頻接收端通過分析視頻中礦燈亮度值、亮度變化的次數(shù)或亮度變化間隔時間的不同判斷礦燈所發(fā)送信息的碼元，根據(jù)解析不同碼元實現(xiàn)由礦燈到攝像機視頻接收端的單工通信。
2.如權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于:使用控制電路控制礦燈所發(fā)光的亮度變化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:視頻接收端通過分析視頻中礦燈亮度值、亮度變化的次數(shù)或亮度變化間隔時間的不同判斷礦燈所發(fā)送信息的碼元。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:視頻接收端根據(jù)碼元的不同獲取礦燈所發(fā)送的信息。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:視頻接收端根據(jù)礦燈所發(fā)送的不同信息實現(xiàn)對礦燈的識別。
【文檔編號】H04N7/22GK103888732SQ201410111207
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】孫繼平, 劉毅 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)