基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，包括主动光源模块，主动光源模块均匀分布在隧道顶部，主动光源模块发送下行光信号给逆向光源模块，逆向光源模块设置在施工人员的安全帽上，逆向光源模块发送上行光信号给所述主动光源模块，主动光源模块还连接数据处理中心模块。本发明专利技术还公开了使用该定位系统定位隧道人员的定位方法，解决了现有技术无法对隧道人员的位置进行实时定位的问题，本发明专利技术的定位方法简单直接且十分高效，这对地下工程作业中人员考勤、跟踪定位、灾后急救有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统及方法
本专利技术属于光通信技术用于隧道安全
，涉及基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统及方法。
技术介绍
随着近年来中国经济的快速发展，我国的综合国力和科技技术不断增强，隧道作业等地下工程也开始迅速发展。现在我国已是世界上地下工程规模最大、数量最多的国家。近几年，因为各大城市对地铁设施的需求，我国地下工程的数量也随之迅速增加。因此，隧道作业的安全问题也越发不容忽视。隧道作业的施工环境十分艰苦，工作危险系数较高，且人员数量多，因此实现对施工人员的实时定位可对工程作业中人员考勤、跟踪定位、灾后急救有重大意义。目前常见的隧道人员定位装置主要运用Zigbee信号飞行时间技术、第二代无线射频(RFID)识别技术，这类方法精确度还需提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，解决了现有技术无法对隧道人员的位置进行实时定位的问题。本专利技术的另一目的是提供一种隧道人员的定位方法。本专利技术所采用的技术方案是，基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，包括主动光源模块，主动光源模块均匀分布在隧道顶部，主动光源模块发送下行光信号给逆向光源模块，逆向光源模块设置在施工人员的安全帽上，逆向光源模块发送上行光信号给主动光源模块，主动光源模块还连接数据处理中心模块。本专利技术的其他特点还在于，主动光源模块包括通信接口，通信接口的输入端连接所述数据处理中心模块，通信接口的输出端连接MCU模块，MCU模块将下行信号处理形成固定频率的数字信号传送给数模转换电路DAC，数模转换电路DAC输出端连接LED驱动电路，LED驱动电路连接LED灯并驱动LED灯工作，LED灯内部设置有特定频率光发射器，MCU模块还与模数转换电路ADC的输出端连接，模数转换电路ADC的输入端与光电接收和信号处理模块的输出端连接，光电接收和信号处理模块的输入端用于接收逆向光源模块发送的上行光信号。逆向光源模块包括包括光电探测器，光电探测器内部包括光电接收电路，光电接收电路接收LED灯产生的下行光信号，光电接收电路连接模数转换电路ADC/数模转换电路DAC，模数转换电路ADC/数模转换电路DAC连接主控模块MCU，数模转换电路DAC连接逆向驱动电路，逆向驱动电路控制逆向调制器，逆向调制器将下行光信号进行调试并反射给主动光源模块。主动光源模块兼具照明和通信功能。数据处理中心模块设置在隧道外部监控室，包括与主动光源模块信号连接的无线操作平台。本专利技术的另一技术方案是，基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位方法，采用了上述的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，具体操作过程包括如下步骤：步骤1.将施工人员佩戴的安全帽进行个人身份信息记录，确保每个安全帽有独特的编号与每位进入隧道的施工人员对应，并且将安全帽标记为U1，U2，…..，Un；步骤2.从隧道口开始，依次在隧道的顶部均匀安装主动光源模块，并标记为L1，L2，…..，Ln；步骤3.LED灯内部的特定频率光发射器发送的下行光信号给MCU模块，MCU模块加上振荡电路将信号形成有固定频率f0的数字信号传递给数模转换电路DAC，数模转换电路DAC将信号处理后发送给LED驱动电路，LED驱动电路控制LED工作，并发送下行光信号给安装在施工人员安全帽上的逆向光源模块；步骤4.逆向模块接收到固定频率为f0的信号时，激活逆向调制电路，首先将接收到的光信号经过光电接收电路转为电信号，然后通过模数转换电路ADC模块转化成数字信号并发送给主控模块MCU，主控模块MCU对上行源数据进行解调然后在传送给数模转换电路DAC进行转换后，发送给逆向调制电路，逆向调制电路控制逆向调制器将上行光信号进行二次调试后发送给主动光源模块；步骤5.主动光源模块的光电接收模块将接收到的二次调试后的信号转换为电信号，信号处理模块对二次调制后的信号进行处理，提取出上行链路信号；然后通过模数转换电路ADC将电信号转换得到数字信号，再发送给由MCU解调出上行链路数据，并通过通信接口发送给数据处理中心模块，数据处理中心模块收到安全帽上对应标记U和主动光源模块标记L，从而实现对施工人员的实时定位。步骤5中数据处理中心模块对施工人员的定时定位时还需判断：当数据处理中心模块先收到主动光源模块L1后收到L2的信息时，则认定施工人员进入隧道，则初始化佩戴安全帽的施工人员的位置信息，当数据处理中心先收到主动光源模块L2后收到L1的信息时，则认定工人离开隧道。本专利技术的有益效果是，基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统及方法，解决了现有技术无法对隧道人员的位置进行实时定位的问题。通过该系统的全双工通信能清楚将每位施工人员的考勤状态及位置信息反馈给数据处理中心。本专利技术提供的定位方法简单直接且十分高效，这对地下工程作业中人员考勤、跟踪定位、灾后急救有重大意义；使LED在很好完成照明效果的同时不需要额外的辅助系统就可完成对施工人员的实时定位，可以节省更多资源，有效降低运行成本。附图说明图1是本专利技术的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统结构示意图；图2是本专利技术的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统中主动端的结构示意图；图3是本专利技术的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统中逆向端端的结构示意图；图4是本专利技术的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统中隧道全双工通信链路示意图；图5是施工人员出入隧道示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，如图1所示，包括主动光源模块，主动光源模块均匀分布在隧道顶部，主动光源模块发送下行光信号给逆向光源模块，逆向光源模块设置在施工人员的安全帽上，逆向光源模块发送上行光信号给所述主动光源模块，主动光源模块还连接数据处理中心模块。如图2所示，主动光源模块包括通信接口，通信接口的输入端连接所述数据处理中心模块，通信接口的输出端连接MCU模块，MCU模块将下行信号处理形成固定频率的数字信号传送给数模转换电路DAC，数模转换电路DAC输出端连接LED驱动电路，LED驱动电路连接LED灯并驱动LED灯工作，LED灯内部设置有特定频率光发射器，MCU模块还与模数转换电路ADC的输出端连接，模数转换电路ADC的输入端与光电接收和信号处理模块的输出端连接，光电接收和信号处理模块的输入端用于接收逆向光源模块发送的上行光信号，所述光电接收和信号处理模块为光电探测器。如图3和图4所示，逆向光源模块包括光电探测器，光电探测器内部包括光电接收电路，光电接收电路接收LED灯产生的下行光信号，光电接收电路连接模数转换电路ADC，模数转换电路ADC连接主控模块MCU，MCU接着连接数模转换电路DAC，DAC再连接逆向驱动电路，逆向驱动电路控制逆向调制器，逆向调制器将下行光信号进行调试并反射给主动光源模块。主动光源模块兼具照明和通信功能。数据处理中心模块设置在隧道外部监控室，包括与所述主动光源模块信号连接的无线操作平台，主要功能是对施工人员实时定位数据的记录与统计。本专利技术的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位方法，采用了如上述的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，具体操作过程包括如下步骤：步骤1.将施工人员佩戴的安全帽进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，其特征在于，包括主动光源模块，所述主动光源模块均匀分布在隧道顶部，所述主动光源模块发送下行光信号给逆向光源模块，所述逆向光源模块设置在施工人员的安全帽上，所述逆向光源模块发送上行光信号给所述主动光源模块，所述主动光源模块还连接数据处理中心模块。

【技术特征摘要】
1.基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，其特征在于，包括主动光源模块，所述主动光源模块均匀分布在隧道顶部，所述主动光源模块发送下行光信号给逆向光源模块，所述逆向光源模块设置在施工人员的安全帽上，所述逆向光源模块发送上行光信号给所述主动光源模块，所述主动光源模块还连接数据处理中心模块。2.如权利要求1所述的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，其特征在于，所述主动光源模块包括通信接口，所述通信接口的输入端连接所述数据处理中心模块，所述通信接口的输出端连接MCU模块，所述MCU模块将下行信号处理形成固定频率的数字信号传送给数模转换电路DAC，所述数模转换电路DAC输出端连接LED驱动电路，所述LED驱动电路连接LED灯并驱动LED灯工作，LED灯内部设置有特定频率光发射器，所述MCU模块还与模数转换电路ADC的输出端连接，所述模数转换电路ADC的输入端与光电接收和信号处理模块的输出端连接，所述光电接收和信号处理模块的输入端用于接收所述逆向光源模块发送的上行光信号。3.如权利要求2所述的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，其特征在于，所述逆向光源模块包括包括光电探测器，所述光电探测器内部包括光电接收电路，所述光电接收电路接收所述LED灯产生的下行光信号，所述光电接收电路连接模数转换电路ADC/数模转换电路DAC，所述模数转换电路ADC/数模转换电路DAC连接主控模块MCU，所述数模转换电路DAC连接逆向驱动电路，所述逆向驱动电路控制逆向调制器，所述逆向调制器将下行光信号进行调试并反射给主动光源模块。4.如权利要求3所述的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，其特征在于，所述主动光源模块兼具照明和通信功能。5.如权利要求1所述的基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位系统，其特征在于，所述数据处理中心模块设置在隧道外部监控室，包括与所述主动光源模块信号连接的无线操作平台。6.基于可见光逆向调制技术的隧道人员定位方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵太飞，赵诗雪，屈瑶，张颖，袁慧铮，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61