CN107886543A - 一种矿井人员定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种矿井人员定位方法及装置，该方法包括：采集矿灯的可见光信号图像；根据可见光信号图像，确定与矿灯绑定的矿井人员的编码信息；对编码信息进行解码处理，得到矿井人员的编号；根据编号，从预设资料库中，确定与编号关联的身份信息和身高信息；根据可见光信号图像和身高信息，确定矿井人员的位置信息；根据位置信息，定位矿井人员。基于上述方法及装置，解决了矿井人员定位系统复杂度高、容易受到井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，保证了井下高效率救援工作效率的开展，具有精确、经济、安全、节能的优势。

Description

一种矿井人员定位方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及煤矿安全监控与通信技术领域，，尤其涉及一种矿井人员定位方法及装置。

背景技术

近年来，我国煤炭资源的利用量呈现出大幅增长的趋势，煤矿的开采量以及开采规模也变得越来越大，这使得煤炭业发展成为了关系国民经济命脉的重点行业。而随着煤矿开采工作的深入，越来越多的不安全因素威胁着人民群众的生命和财产安全，因此各级政府都致力于采取一系列措施不断加强安全生产工作。

由于煤矿井下作业人员流动性大，分布范围广，地面人员难以及时掌握井下人员的分布及作业进展情况，一旦矿井发生透水、火灾等事故，在不了解井下环境，以及井下人员口述不清或不能及时精确、自动探测被埋人员的准确位置的情况下，救灾工作面临着极大的困难。因此，实现对井下作业人员的有效人员定位和通信是非常必要的。

目前，矿井人员定位系统作为国家安全监察部门强制要求建设的煤矿安全六大系统之一，其具备的定位功能在入井作业人员日常管理，尤其是在事故状态下及时准确地组织搜救方面具有极为重要的作用。现有的矿井人员定位系统主要是以射频识别技术(RFID)与超宽带技术(UWB)实现信息的传输。RFID最高精度达到2-3m，缺点在于稳定性差，信号有遗漏以及传输距离短，而UWB的最高精度可以达到半米，但其也存在复杂度高和成本高的缺点。综合考虑到煤矿井下复杂的电磁环境，以及RFID技术与UWB技术分别存在的缺点对矿井人员定位系统在井下人员的定位方面造成的影响，现有的矿井人员定位系统仍无法解决复杂度高、定位精度低的问题，不利于救援工作的及时开展。

发明内容

本发明提供一种矿井人员定位方法及装置，以解决矿井人员定位系统复杂度高、定位精度低的问题。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种矿井人员定位方法，所述方法包括：

采集矿灯的可见光信号图像；

根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；

对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；

根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；

根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；

根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

进一步地，上述方法中，所述采集矿灯的可见光信号图像，包括：

按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像；

根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

进一步地，上述方法中，所述根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息，包括：

根据预设阈值，对多个所述可见光信号图像进行二值化处理，得到多个二值化图像，每个所述二值化图像中包括多个连通区域；

在每个所述二值化图像中，对每个所述连通区域进行标定，得到标定矩阵；

根据所述标定矩阵，确定每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值；

根据每个所述二值化图像中每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

进一步地，上述方法中，所述根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息，包括：

在所述可见光信号图像上，建立以像素为单位的第一直角坐标系，以及以米为单位的第二直角坐标系，所述第二直角坐标系的坐标原点为所述第一直角坐标系的中心像素点的坐标；

所述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系的转换关系为：

X＝(u-u_o)·dX,Y＝(v-v_o)·dY

其中，dX＝m/M，dY＝n/N，M×N为可见光信号图像的像素大小，n×m为可见光信号图像的尺寸大小；

在矿井巷道中，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系；

通过以下公式，确定所述矿井人员的位置信息。

其中，H为摄像机距离巷道地面的高度，h表示所述矿井人员的身高信息，f表示摄像机的焦距。

进一步地，上述方法中，所述在采集矿灯的可见光信号图像之前，所述方法还包括：

获取矿井人员的编号、身份信息和身高信息，并将所述编号关联所述身份信息和身高信息，存储到预设资料库中；

按照预设编码规则，对所述编号进行编码处理，得到编码信息；

将所述编码信息加载到矿灯的控制电路，以使得所述控制电路控制可见光信号传递所述编码信息。

第二方面，本发明实施例提供了一种矿井人员定位装置，所述装置包括：

图像采集模块，用于采集矿灯的可见光信号图像；

编码确定模块，用于根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；

编码解码模块，用于对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；

信息确定模块，用于根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；

位置确定模块，用于根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；

人员定位模块，用于根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

进一步地，上述装置中，所述图像采集模块包括：

图像采集单元，用于按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像；

图像排序单元，用于根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

进一步地，上述装置中，所述编码确定模块包括：

图像处理单元，用于根据预设阈值，对多个所述可见光信号图像进行二值化处理，得到多个二值化图像，每个所述二值化图像中包括多个联通区域；

区域标定单元，用于在每个所述二值化图像中，对每个所述连通区域进行标定，得到标定矩阵；

中心确定单元，用于根据所述标定矩阵，确定每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值；

编码确定单元，用于根据每个所述二值化图像中每个所述联通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

进一步地，上述装置中，所述位置确定模块包括：

坐标建立单元，用于在所述可见光信号图像上，建立以像素为单位的第一直角坐标系，以及以米为单位的第二直角坐标系，所述第二直角坐标系的坐标原点为所述第一直角坐标系的中心像素点的坐标；

所述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系的转换关系为：

X＝(u-u_o)·dX,Y＝(v-v_o)·dY

其中，dX＝m/M，dY＝n/N，M×N为可见光信号图像的像素大小，n×m为可见光信号图像的尺寸大小；

还用于在矿井巷道中，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系；

位置计算单元，用于通过以下公式，确定所述矿井人员的位置信息。

其中，H为摄像机距离巷道地面的高度，h表示所述矿井人员的身高信息，f表示摄像机的焦距。

进一步地，所述装置还包括：

信息获取模块，用于在采集矿灯的可见光信号图像之前，获取矿井人员的编号、身份信息和身高信息，并将所述编号关联所述身份信息和身高信息，存储到预设资料库中；

信息编码模块，用于按照预设编码规则，对所述编号进行编码处理，得到编码信息；

编码加载模块，用于将所述编码信息加载到矿灯的控制电路，以使得所述控制电路控制可见光信号传递所述编码信息。

本发明实施例所提供的一种矿井人员定位方法及装置，采取先通过采集矿灯的可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的身份信息和身高信息的第一技术手段，相对于现有技术，优化了矿井人员信息的获取方法，然后再通过根据可见光信号图像和矿井人员的身高信息，确定矿井人员的位置信息，以对矿井人员进行定位的第二技术手段，相对于现有技术，提高了矿井人员的定位精度。即通过采集矿灯的可见光信号图像；根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；根据所述位置信息，定位所述矿井人员的技术方案，解决了矿井人员定位系统复杂度高，且容易受到煤矿井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高井下矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，从而有助于管理人员能够及时且准确地掌握井下矿井人员的分布以及运动轨迹，以及能够更合理地进行调度和管理。一旦有安全事故发生，管理人员可以根据现有的煤矿井下视频监控系统与矿灯作为识别终端，将井下矿井人员的身份信息和位置信息等数据及图形资料提供给救援人员，使得救援人员可以准确掌握井下矿井人员的具体位置，在第一时间采取援救措施，从而保证井下救援工作效率的极大提高，具有精确、经济、安全、节能的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种矿井人员定位方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提供的编号解码过程示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种矿井人员定位方法的流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种矿井人员定位方法的流程示意图；

图5是本发明实施例四提供的一种矿井人员定位方法的流程示意图；

图6是本发明实施例四提供的两种直角坐标系的示意图；

图7是本发明实施例四提供的三种直角坐标系的示意图；

图8是本发明实施例五提供的一种矿井人员定位方法的流程示意图；

图9是本发明实施例五提供的编号编码过程示意图；

图10是本发明实施例六提供的一种矿井人员定位方法的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

请参阅附图1，为本发明实施例一公开的一种矿井人员定位方法的流程示意图，该方法适用于诸如对井下矿井人员的身份和位置等信息进行确认的场景，该方法可以由矿井人员定位装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现，集成于煤矿井下作业人员管理系统内部。该方法具体包括如下步骤：

S101、采集矿灯的可见光信号图像。

需要说明的是，可见光通讯(Visible Light Communications，VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的一种无线通讯技术，具体是利用荧光灯或发光二极管(LED)等物体发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来实现信息传输。可见光的频率介于400THz(波长780nm)至800THz(波长375nm)之间。当可见光信号结合固态照明技术使用时，比如采用高亮度LED光源替代传统灯珠作为发光体，配合锂离子电池生产的LED矿灯，它的传输能力可以到达500Mbit/s，传输距离则可以到达1-2公里。

矿灯是每个矿井人员都必须配置的、矿井里用的特制照明灯具，常见的矿灯类型包括头戴式和手提式。

具体的，矿井人员在煤矿井下作业时，矿灯作为可见光信号的发射源发出可见光信号，通过现有的煤矿井下视频监控系统中的监控摄像机作为可见光信号的接收器，将监控摄像机指向矿井人员身上的矿灯，使该矿灯落在该监控摄像机的摄像范围之内，然后采集包括矿灯(发射源)的一组连续图像，该组连续图像中包含来自矿灯的可见光信号所形成的图像和背景图像。

S102、根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

需要说明的是，矿灯发出的一组连续的可见光信号中携带有表征矿井人员身份的编码信息。一个矿灯对应一个编码信息，一个编码信息对应一个矿井人员。编码信息代表着每个矿井人员的唯一，即使矿井人员的名字可能出现重复，但编码信息是绝对唯一的。编码信息在未编码前是一串与矿井人员身份有关的数据信息，由于计算机中的一切计算都是采用二进制进行的，因此需要对该数据信息进行二进制编码，即将该数据信息编成二进制的数码，或将该数据信息转换成规定的二进制电脉冲信号，旨在为计算机中的数据与实际处理的信息之间建立联系，使得该数据信息在编码后可以被计算机读取和识别。

在一种实施方式中，优选的，该编码信息为二进制数据，二进制数据由0和1两个数码的组成来表示，它可以表示两种状态，即开和关，这种状态可以由电位的高低来实现，对应着本实施例中矿灯的明和暗两种状态。换言之，我们可以通过矿灯的开关状态引起的可见光信号变化来传递与矿井人员有关的数据信息。

具体的，从一组连续的可见光信号图像中，分析可见光信号图像中可见光信号的明暗变化，并将其转换为1和0的二进制信息，得到的二进制数据即为可见光所携带的编码信息。

S103、对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号。

需要说明的是，矿井人员的编号是按照制定的编排规则，如按照入职日期的前后顺序，编取的一个号码，该号码一般是用数字来表示，在S102中记述的与矿井人员身份有关的数据信息指的便是矿井人员的编号，一个编号对应一个矿井人员。

由于编码信息是二进制数据，因此编码信息的解码处理指的是二进制数据执行进制转换操作，以将适用于计算机处理的一种数制(二进制)转换成我们常用的一种数制，如十进制。

综上，示例性的，以编号为6号的矿井人员张三为例，从最初的采集矿灯的可见光信号图像到从可见光图像中解码得到矿井人员的编号的过程如图2所示。

S104、根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息。

需要说明的是，身份信息包括矿井人员的姓名、工种、职务、部门、身份证信息和/或人脸照片信息等。

本实施例中，矿井人员的编号、身份信息和身高信息经过关联后存储在预设资料库。

S105、根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息。

需要说明的是，所述位置信息是指矿井人员在井下巷道所处的三维空间信息。

具体的，通过图像分析方法，从可见光信号图像中建立起算法公式，并将矿井人员的身高信息套入到该算法公式中进行运算，计算出矿井人员当前位置到监控摄像机的实际距离，从而得到矿井人员在井下巷道内的三维空间信息。

S106、根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

在一种实施方式中，优选的，井下巷道内的摄像机除了采集矿灯的可见光信号，还采集矿井人员的体貌特征信息。通过将采集的两种信息综合比对的方式，可以得到更精确的矿井人员的编码信息，然后通过编码信息确定该人员的身份信息和身高信息。

本发明实施例所提供的一种矿井人员定位方法及装置，采取先通过采集矿灯的可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的身份信息和身高信息的第一技术手段，相对于现有技术，优化了矿井人员信息的获取方法，然后再通过根据可见光信号图像和矿井人员的身高信息，确定矿井人员的位置信息，以对矿井人员进行定位的第二技术手段，相对于现有技术，提高了矿井人员的定位精度。即通过采集矿灯的可见光信号图像；根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；根据所述位置信息，定位所述矿井人员的技术方案，解决了矿井人员定位系统复杂度高，且容易受到煤矿井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高井下矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，从而有助于管理人员能够及时且准确地掌握井下矿井人员的分布以及运动轨迹，以及能够更合理地进行调度和管理。一旦有安全事故发生，管理人员可以根据现有的煤矿井下视频监控系统与矿灯作为识别终端，将井下矿井人员的身份信息和位置信息等数据及图形资料提供给救援人员，使得救援人员可以准确掌握井下矿井人员的具体位置，在第一时间采取援救措施，从而保证井下救援工作效率的极大提高，具有精确、经济、安全、节能的优势。

实施例二

如图3所示，本发明实施例二提供的一种矿井人员定位方法，是在实施例一提供的技术方案的基础上，对步骤S101“采集矿灯的可见光信号图像”的进一步优化。与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。即：

按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像；

根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

基于上述优化，如图3所示，本实施例提供的一种矿井人员定位方法，可以包括如下步骤：

S201、按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像。

需要说明的是，可见光信号的发送速率和采集速率是一致的，保证了数据的同步传输，防止发生传输过程中丢数据的现象。示例性的，将矿灯发出可见光信号的发送速率设定为64比特/秒，将监控摄像机采集可将光信号的采集速率同样设定为64帧/秒。

具体的，将采集速率设定的与可见光信号的发射速率一致，并按照该采集速率，控制监控摄像机采集该可见光信号的一组连续图像，。

S202、根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

需要说明的是，由于表征矿井人员身份的编码信息是通过矿灯的可见光信号传递的，因此监控摄像机采集的该组连续图像中包含了可见光信号的明暗变化情况，为了保证编码信息在处理过程中不发生错乱，则需要先对该组连续的可见光信号图像进行排序，而排序的依据便是每个可见光信号图像的采集时间。

具体的，根据采集的时间顺序，对每秒采集到的64个可见光信号图像进行排序，得到P_j,j＝1,2,...,64。

S203、根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

具体的，依次将上述排序后的64个可见光信号图像进行处理，通过将这64个处理结果综合起来分析，可确定矿井人员的编码信息。

S204、对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号。

S205、根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息。

S206、根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息。

S207、根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

本发明实施例所提供的一种矿井人员定位方法及装置，先通过采集矿灯的可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的身份信息和身高信息，然后再通过根据可见光信号图像和矿井人员的身高信息，确定矿井人员的位置信息，解决了矿井人员定位系统复杂度高，且容易受到煤矿井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高井下矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，从而有助于管理人员能够及时且准确地掌握井下矿井人员的分布以及运动轨迹，以及能够更合理地进行调度和管理，具有精确、经济、安全、节能的优势。

实施例三

如图4所示，本发明实施例三提供的一种矿井人员定位方法，是在实施例二提供的技术方案的基础上，对步骤S203“根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息”的进一步优化。与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。即：

根据预设阈值，对多个所述可见光信号图像进行二值化处理，得到多个二值化图像，每个所述二值化图像中包括多个连通区域；

在每个所述二值化图像中，对每个所述连通区域进行标定，得到标定矩阵；

根据所述标定矩阵，确定每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值；

根据每个所述二值化图像中每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

基于上述优化，如图4所示，本实施例提供的一种矿井人员定位方法，可以包括如下步骤：

S301、按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像。

S302、根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

S303、根据预设阈值，对多个所述可见光信号图像进行二值化处理，得到多个二值化图像，每个所述二值化图像中包括多个连通区域。

图像的二值化是将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，二值化图像上的点的灰度值为0或255，这有利于图像的进一步处理，使图像变得简单，而且数据量减小，能凸显出感兴趣的目标的轮廓。

需要说明的是，将无可见光信号图像的平均灰度值设定为图像二值化的阈值，然后按照该阈值，对采集的所有可见光信号图像依次进行二值化处理。其中，二值化图像中的灰度值大于或等于阈值的像素点区域判定为属于可见光信号图像，设置为1(对应灰度值255)，而灰度值小于阈值的像素点区域判定为属于背景图像，设置为0(对应灰度值0)。

连通区域是指二值化图像中的像素值相同的像素点群组成的区域，连通区域的类型包括可见光信号图像的连通区域和背景图像的连通区域，这两者的连通区域共同组成了完整的二值化图像。

S304、在每个所述二值化图像中，对每个所述连通区域进行标定，得到标定矩阵。

需要说明的是，标定是指对二值化图像中的所有连通区域进行量化，给每个连通区域赋予标定标签，即指排列的数字，比如二值化图像中有10个连通区域，那么标定标签依次为：1、2、3……10，标定标签数目为连通区域的个数。标定矩阵表示为这些连通区域的集合。

S305、根据所述标定矩阵，确定每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值。

需要说明的是，每个连通区域中每个像素点的灰度值在二值化处理后已经确定，但每个像素点的坐标位置需要通过图像分析和算法计算才能确定，具体的，通过图像分析先确定每个连通区域的中心像素点，再通过算法计算确定该中心像素点的坐标位置。

具体的，按照标定矩阵的标签顺序，依次确定的每个所述连通区域的中心像素点的坐标位置表示为(x_k,y_k,T),k＝1,2,...,num,T＝0,1，其中，num表示连通区域的个数，0表示该中心像素点处无光源照射，1表示该中心像素点处有光源照射。

S306、根据每个所述二值化图像中每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

具体的，分别采集64个可见光信号图像P_j,j＝1,2,...,64中每个连通区域的中心像素点(x_k,y_k)，以及该中心像素点的T值，得到可见光信号图像每个连通区域的中心像素点(x_k,y_k)处的信息群P₁(x_k,y_k,T)，P₂(x_k,y_k,T)，...，P₆₄(x_k,y_k,T)；根据该可见光信号图像每个连通区域的中心像素点(x_k,y_k)处的信息群P₁(x_k,y_k,T)，P₂(x_k,y_k,T)，...，P₆₄(x_k,y_k,T)，提取全部可见光信号图像中每个连通区域的中心像素点(x_k,y_k)处光源信息的编码信息。

S307、对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号。

S308、根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息。

S309、根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息。

S310、根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

本发明实施例所提供的一种矿井人员定位方法及装置，先通过采集矿灯的可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的身份信息和身高信息，然后再通过根据可见光信号图像和矿井人员的身高信息，确定矿井人员的位置信息，解决了矿井人员定位系统复杂度高，且容易受到煤矿井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高井下矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，从而有助于管理人员能够及时且准确地掌握井下矿井人员的分布以及运动轨迹，以及能够更合理地进行调度和管理，具有精确、经济、安全、节能的优势。

实施例四

如图5所示，本发明实施例四提供的一种矿井人员定位方法，是在实施例一提供的技术方案的基础上，对步骤S105“根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息”的进一步优化。与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。即：

在所述可见光信号图像上，建立以像素为单位的第一直角坐标系，以及以米为单位的第二直角坐标系，所述第二直角坐标系的坐标原点为所述第一直角坐标系的中心像素点的坐标；

所述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系的转换关系为：

X＝(u-u_o)·dX,Y＝(v-v_o)·dY

其中，dX＝m/M，dY＝n/N，M×N为可见光信号图像的像素大小，n×m为可见光信号图像的尺寸大小；

在矿井巷道中，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系；

通过以下公式，确定所述矿井人员的位置信息。

其中，H为摄像机距离巷道地面的高度，h表示所述矿井人员的身高信息，f表示摄像机的焦距。

基于上述优化，如图5所示，本实施例提供的一种矿井人员定位方法，可以包括如下步骤：

S401、采集矿灯的可见光信号图像。

S402、根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

S403、对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号。

S404、根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息。

S405、在所述可见光信号图像上，建立以像素为单位的第一直角坐标系，以及以米为单位的第二直角坐标系，所述第二直角坐标系的坐标原点为所述第一直角坐标系的中心像素点的坐标；

所述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系的转换关系为：

X＝(u-u_o)·dX,Y＝(v-v_o)·dY

其中，dX＝m/M，dY＝n/N，M×N为可见光信号图像的像素大小，n×m为可见光信号图像的尺寸大小；

在矿井巷道中，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系。

在一种实施方式中，优选的，首先，对每个可见光信号图像建立以像素为单位的第一直角图像坐标系u、v，其中，该第一直角坐标系以可见光信号图像的左上角为像素坐标原点O，每一像素点的坐标(u,v)分别是该像素点在数组中的列数和行数；然后，对每个可见光信号图像建立以米为单位的第二直角图像坐标系X、Y，其中，该第二直角坐标系以第一直角坐标系的中心像素点(u₁,v₁)为图像坐标原点O₁，(X,Y)表示以米为单位的图像坐标系的坐标，具体的，第一直角坐标系和第二直角坐标系的建立关系如图6所示；再者，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系x、y、z，其中，该三维坐标系中x轴表示为垂直于下井工作人员前进方向的方向、y轴表示为与下井工作人员前进方向相反的方向、z轴表示为摄像机在巷道地面上的垂直投影点与摄像机连接线的方向，具体的，第一直角坐标系、第二直角坐标系和三维坐标系的建立关系如图7所示。

S406、通过以下公式，确定所述矿井人员的位置信息。

其中，H为摄像机距离巷道地面的高度，h表示所述矿井人员的身高信息，f表示摄像机的焦距。

具体的，由于矿井人员双脚的落地点与该摄像机的垂直投影点在同一个平面，因此矿井人员在该三维坐标系中的具体位置信息表示为(x，y，0)。

S407、根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

本发明实施例所提供的一种矿井人员定位方法及装置，采取先通过采集矿灯的可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的身份信息和身高信息的第一技术手段，相对于现有技术，优化了矿井人员信息的获取方法，然后再通过根据可见光信号图像和矿井人员的身高信息，确定矿井人员的位置信息，以对矿井人员进行定位的第二技术手段，相对于现有技术，提高了矿井人员的定位精度。即通过采集矿灯的可见光信号图像；根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；根据所述位置信息，定位所述矿井人员的技术方案，解决了矿井人员定位系统复杂度高，且容易受到煤矿井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高井下矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，从而有助于管理人员能够及时且准确地掌握井下矿井人员的分布以及运动轨迹，以及能够更合理地进行调度和管理。一旦有安全事故发生，管理人员可以根据现有的煤矿井下视频监控系统与矿灯作为识别终端，将井下矿井人员的身份信息和位置信息等数据及图形资料提供给救援人员，使得救援人员可以准确掌握井下矿井人员的具体位置，在第一时间采取援救措施，从而保证井下救援工作效率的极大提高，具有精确、经济、安全、节能的优势。

实施例五

图8是本发明实施例五提供的一种矿井人员定位方法的流程示意图，本实施例在实施例一的基础上，在采集矿灯的可见光信号图像之前，对该方法做出优化。与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述，请参考图8，具体的，在采集矿灯的可见光信号图像之前，本实施例的方法可以包括如下步骤：

S501、获取矿井人员的编号、身份信息和身高信息，并将所述编号关联所述身份信息和身高信息，存储到预设资料库中。

S502、按照预设编码规则，对所述编号进行编码处理，得到编码信息。

需要说明的是，将该编号采用表头信息与进制数据组合的编码方式进行编码处理，其中，表头信息是指在通信协议上定义的一帧信息包的数字代号，用于判断该数据包是否为有效的通信数据。

示例性的，以矿井人员张三为例，其编号为6号，则具体的编码过程如图9所示。

S503、将所述编码信息加载到矿灯的控制电路，以使得所述控制电路控制可见光信号传递所述编码信息。

需要说明的是，该编码信息加载到矿灯的控制电路后，通过控制电位的高低的方式，实现矿灯以可见光信号作为通信载体介质，将该编码信号传递出去。

本发明实施例所提供的一种矿井人员定位方法及装置，先通过采集矿灯的可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的身份信息和身高信息，然后再通过根据可见光信号图像和矿井人员的身高信息，确定矿井人员的位置信息，解决了矿井人员定位系统复杂度高，且容易受到煤矿井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高井下矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，从而有助于管理人员能够及时且准确地掌握井下矿井人员的分布以及运动轨迹，以及能够更合理地进行调度和管理，具有精确、经济、安全、节能的优势。

实施例六

请参阅附图10，为本发明实施例六提供的一种矿井人员定位装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供的矿井人员定位方法。该装置具体包含如下模块：

图像采集模块61，用于采集矿灯的可见光信号图像；

编码确定模块62，用于根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；

编码解码模块63，用于对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；

信息确定模块64，用于根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；

位置确定模块65，用于根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；

人员定位模块66，用于根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

优选的，所述图像采集模块包括：

图像采集单元，用于按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像；

图像排序单元，用于根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

优选的，所述编码确定模块包括：

图像处理单元，用于根据预设阈值，对多个所述可见光信号图像进行二值化处理，得到多个二值化图像，每个所述二值化图像中包括多个联通区域；

区域标定单元，用于在每个所述二值化图像中，对每个所述连通区域进行标定，得到标定矩阵；

中心确定单元，用于根据所述标定矩阵，确定每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值；

编码确定单元，用于根据每个所述二值化图像中每个所述联通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

优选的，所述位置确定模块包括：

坐标建立单元，用于在所述可见光信号图像上，建立以像素为单位的第一直角坐标系，以及以米为单位的第二直角坐标系，所述第二直角坐标系的坐标原点为所述第一直角坐标系的中心像素点的坐标；

所述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系的转换关系为：

X＝(u-u_o)·dX,Y＝(v-v_o)·dY

其中，dX＝m/M，dY＝n/N，M×N为可见光信号图像的像素大小，n×m为可见光信号图像的尺寸大小；

还用于在矿井巷道中，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系；

位置计算单元，用于通过以下公式，确定所述矿井人员的位置信息。

其中，H为摄像机距离巷道地面的高度，h表示所述矿井人员的身高信息，f表示摄像机的焦距。

优选的，所述装置还包括：

信息获取模块，用于在采集矿灯的可见光信号图像之前，获取矿井人员的编号、身份信息和身高信息，并将所述编号关联所述身份信息和身高信息，存储到预设资料库中；

信息编码模块，用于按照预设编码规则，对所述编号进行编码处理，得到编码信息；

编码加载模块，用于将所述编码信息加载到矿灯的控制电路，以使得所述控制电路控制可见光信号传递所述编码信息。

本发明实施例通过采集矿灯的可见光信号图像；根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；根据所述位置信息，定位所述矿井人员。基于上述方法及装置，解决了矿井人员定位系统复杂度高，且容易受到煤矿井下复杂的电磁环境影响的技术问题，相对于现有的矿井人员定位技术，实现了提高井下矿井人员的身份信息识别准确度，以及提高位置定位精度和效率的技术效果，从而有助于管理人员能够及时且准确地掌握井下矿井人员的分布以及运动轨迹，以及能够更合理地进行调度和管理。一旦有安全事故发生，管理人员可以根据现有的煤矿井下视频监控系统与矿灯作为识别终端，将井下矿井人员的身份信息和位置信息等数据及图形资料提供给救援人员，使得救援人员可以准确掌握井下矿井人员的具体位置，在第一时间采取援救措施，从而保证井下救援工作效率的极大提高，具有精确、经济、安全、节能的优势。

上述装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种矿井人员定位方法，其特征在于，包括：

采集矿灯的可见光信号图像；

根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；

对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；

根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；

根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；

根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集矿灯的可见光信号图像，包括：

按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像；

根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息，包括：

根据预设阈值，对多个所述可见光信号图像进行二值化处理，得到多个二值化图像，每个所述二值化图像中包括多个连通区域；

在每个所述二值化图像中，对每个所述连通区域进行标定，得到标定矩阵；

根据所述标定矩阵，确定每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值；

根据每个所述二值化图像中每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息，包括：

在所述可见光信号图像上，建立以像素为单位的第一直角坐标系，以及以米为单位的第二直角坐标系，所述第二直角坐标系的坐标原点为所述第一直角坐标系的中心像素点的坐标；

所述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系的转换关系为：

X＝(u-u_o)·dX,Y＝(v-v_o)·dY

其中，dX＝m/M，dY＝n/N，M×N为可见光信号图像的像素大小，n×m为可见光信号图像的尺寸大小；

在矿井巷道中，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系；

通过以下公式，确定所述矿井人员的位置信息。

其中，H为摄像机距离巷道地面的高度，h表示所述矿井人员的身高信息，f表示摄像机的焦距。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在采集矿灯的可见光信号图像之前，所述方法还包括：

获取矿井人员的编号、身份信息和身高信息，并将所述编号关联所述身份信息和身高信息，存储到预设资料库中；

按照预设编码规则，对所述编号进行编码处理，得到编码信息；

将所述编码信息加载到矿灯的控制电路，以使得所述控制电路控制可见光信号传递所述编码信息。

6.一种矿井人员定位装置，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于采集矿灯的可见光信号图像；

编码确定模块，用于根据所述可见光信号图像，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息；

编码解码模块，用于对所述编码信息进行解码处理，得到所述矿井人员的编号；

信息确定模块，用于根据所述编号，从预设资料库中，确定与所述编号关联的身份信息和身高信息；

位置确定模块，用于根据所述可见光信号图像和所述身高信息，确定所述矿井人员的位置信息；

人员定位模块，用于根据所述位置信息，定位所述矿井人员。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述图像采集模块包括：

图像采集单元，用于按照预设采集速率，采集矿灯的可见光信号图像，得到多个可见光信号图像；

图像排序单元，用于根据采集的时间顺序，将多个所述可见光信号图像进行排序。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述编码确定模块包括：

图像处理单元，用于根据预设阈值，对多个所述可见光信号图像进行二值化处理，得到多个二值化图像，每个所述二值化图像中包括多个联通区域；

区域标定单元，用于在每个所述二值化图像中，对每个所述连通区域进行标定，得到标定矩阵；

中心确定单元，用于根据所述标定矩阵，确定每个所述连通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值；

编码确定单元，用于根据每个所述二值化图像中每个所述联通区域的中心像素点的位置以及所述中心像素点的灰度值，确定与所述矿灯绑定的矿井人员的编码信息。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述位置确定模块包括：

坐标建立单元，用于在所述可见光信号图像上，建立以像素为单位的第一直角坐标系，以及以米为单位的第二直角坐标系，所述第二直角坐标系的坐标原点为所述第一直角坐标系的中心像素点的坐标；

所述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系的转换关系为：

X＝(u-u_o)·dX,Y＝(v-v_o)·dY

其中，dX＝m/M，dY＝n/N，M×N为可见光信号图像的像素大小，n×m为可见光信号图像的尺寸大小；

还用于在矿井巷道中，以摄像机的垂直投影点为原点，建立以米为单位的三维坐标系；

位置计算单元，用于通过以下公式，确定所述矿井人员的位置信息。

其中，H为摄像机距离巷道地面的高度，h表示所述矿井人员的身高信息，f表示摄像机的焦距。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

信息获取模块，用于在采集矿灯的可见光信号图像之前，获取矿井人员的编号、身份信息和身高信息，并将所述编号关联所述身份信息和身高信息，存储到预设资料库中；

信息编码模块，用于按照预设编码规则，对所述编号进行编码处理，得到编码信息；

编码加载模块，用于将所述编码信息加载到矿灯的控制电路，以使得所述控制电路控制可见光信号传递所述编码信息。