基于LED光通讯的信标跟踪系统技术方案

本发明专利技术是一种基于LED光通讯的信标跟踪与拍摄系统，用于街区的各类市政设施的远程管理与行为抓拍。本发明专利技术利用现有路灯网络，设置处理器与光敏模组，并结合相机，组成光信号监控网络。固定设施与移动车辆上安装LED信标，定位路灯通过分析接收的信号确定市政设施的使用状态与实时位置，指令相机联动拍摄取证。进一步，路灯之间开通双向链路，组成LED光通讯专网，并可接入感知设备与管理模块。本发明专利技术实现精确的信标跟踪与抓拍，进而搭建创新的物联网平台，为城市基础设施的精细管理奠定技术基础。础。础。

【技术实现步骤摘要】
基于LED光通讯的信标跟踪系统
(一)

[0001]本专利技术是基于红外线/可见光通讯的信标跟踪与拍摄系统，用于街区的各类市政设施的远程管理与行为抓拍。本专利技术在路灯上设置处理器与光敏模组，形成完整的跟踪与监控网络。安装在市政设施的信标定时发出光信号，光敏模组接收信号后，处理器计算信号的强度、角度及达到时间等特征，推算出信标精确位置，然后指令相机对信标进行抓拍。进一步，处理器利用LED阵列发送编码信号，形成路灯间的双向链路，并可接入区域内的感知设备与管理模块。本专利技术实现精确的信标跟踪与抓拍，同时建立LED光通讯专网，进而搭建创新的物联网平台，为城市基础设施的精细管理奠定技术基础。
(二)
技术介绍

[0002]无线定位技术有GPS定位与手机基站定位两种技术模式，它们各有优缺点。
[0003]GPS定位通过接收太空轨道的多个卫星信号来实现定位，定位精度很高，需要配备GPS接收器，接收器具备位置计算功能，体积较大，比较耗电，携带使用不方便。
[0004]手机基站定位通过基站对入网手机的跟踪来实现定位，移动服务商的基站分布广泛，手机信号无缝覆盖，基站定位可依靠现成的基础设施。但这种定位的精度比较低，而且需要电讯服务商开放数据调用，真正实现有不少障碍。
[0005]单纯的定位不能解决实时监控的难题，还需要与摄像联动，在定位后能够抓拍违规行为。传统设备中，前端是网络摄像机，后端是存储硬盘，图像通过IP地址访问。这种系统无法与定位设备联动，不能满足智慧城市的开放、实时的监控需求，特别是抓拍市政管理有关的违规行为。
[0006]在城市里，路灯是沿街道均匀分布的基础设施，适合安装监控设备。路灯大量使用LED光源，引入LED可见光定位成为可能。可见光定位可用频带宽，不受电磁干扰，且误码率低，光线的波长短，方向性极好，信号特征计算简洁，定位精度很高(厘米级)。实时抓拍对定位精度的要求很高，路灯上安装设备，实现光信号定位与联动抓拍，是市政设施自动化管理的最佳选择。
[0007]注意到上述问题，本专利技术提出一种基于LED光通讯的信标跟踪与拍摄系统，利用路灯网络设置处理器与光敏模组，并在各类市政设施上安装光信标，光敏模组接收信标定时发出的信号，处理器依据信号特征计算出准确位置，然后指令相机调整角度跟踪抓拍，及时记录异常情况，达到定位跟踪与市政管理的完美结合。
(三)
技术实现思路

[0008]智慧城市管理中，市政设施的异常状态是个监控难点，包括固定的绿化地、垃圾房、水电井盖及救护设备与移动的垃圾车与工程车。固定设施广泛分布，数量众多，全面监控需要设置大量摄像头，在实际工程中几乎无法实现。移动车辆沿街道运动，位置不断变化，系统不能跟踪其移动，摄像头就无法抓拍。合理安装定位与跟拍设备，实现跟踪与摄像的联动，在工程可行的基础上完成市政设施的全面监控，是智慧城市的最大难题。
[0009]路灯是街区中广泛分布的基础设施，根据街道的宽度，其间距在20～50米的区间，灯杆高度在9～15米的范围，很适合安装监控设备。在灯杆上安装设备，能够覆盖街道及邻近区域，这些区域恰好包含各类市政设施，为智能管理奠定基础。本专利技术的核心是把现有路灯网络转化成监控/通讯网络，同时实现跟踪抓拍和联网通讯的功能。
[0010]LED光源在路灯中的普及率越来越高，以光通讯的方式做信号定位，是很好的技术路径。本专利技术利用现有路灯网络，设置处理器与光敏模组，并结合相机，组成光信号监控网络。光敏模组是感光组件，用于接收外置信标与邻近模组的信号。处理器有两个功能，一是对接收的信号做特征计算，推算出信标离灯具的准确位置，二是完成数据的光通讯编码，然后调制成电源驱动信号，通过LED阵列的光闪烁对外发送数据，并解析邻近灯具发出的编码信号，也即开通光敏模组间的双向链路。定位路灯可以互为路由器，光敏模组接收数据，LED阵列发送数据，以中继方式转发数据包，形成基于LED光通讯的专网。信标是LED制式，功能是定时发出编码信号，以便光敏模组接收。
[0011]定位路灯上的处理器可以通过光信号或公频信号，连接定位区内的感知设备与管理模块，然后通过光通讯专网连接远端服务器，保证区域内设备的稳定联网，弥补电信盲区的缺陷。定位路灯的间距控制在30～100米的区间，既达到信标定位的高精度，又确保专网通讯的可靠性。
[0012]为了实现基于定位的抓拍取证，本专利技术将定位设备与数字相机结合起来。相机设置在云台上，可任意调整摄像头的水平和俯仰角度，依据控制器的信号，能够跟踪大范围的监控区域。相机的安装位置根据市政设施分布来确定，选择在路灯上或其他合适位置，要求扫描到尽量多的设施。路灯上的相机，通过数据线连接处理器，其他位置的相机，通过光信号或公频信号与处理器做无线链接。由此，多个定位路灯与相机构成街区的跟踪网络。
[0013]LED发出的可见光，波长范围是380～780纳米，紫光比红光更短。可见光受天气影响很大，雾霭或雨天会严重削弱光信号。光线的波长越长，穿透能力越强，红光明显强于紫光。近红外线的波长在760～3000纳米，穿透能力更强，很适合复杂气候中的光通讯。本专利技术采用可见光与红外线的两类信标，增强环境适应能力。
[0014]针对固定与移动的市政设施，本专利技术跟踪模式有两种：
[0015]一是固定设施，包括固定的绿化地、垃圾房、水电井盖及救护设备，监控难点是发现使用中的异常状态，比如破坏绿化、乱丢垃圾或偷窃设备。本专利技术在固定设施的适当位置安装LED信标，这些信标要覆盖所有要求监控的设施。信标定时发出编码信号，路灯上的光敏模组接收到信号，表明它们之间没有遮挡，即没有人在固定设施附近。一旦信号被阻断且持续一定时间，表明有人在监控区域内活动，处理器发送指令到邻近的相机，要求对信号阻断区拍照取证，记录潜在的违规活动。人离开后信号恢复，处理器指令相机停止该处拍照，转向其它信号阻断区。
[0016]二是移动车辆，包括垃圾车与工程车，用于运输各类垃圾和危险品，以及装卸施工器具。它们都在街区内活动，可能会泄露垃圾或遗留工程废物，污染路面，损害环境。本专利技术在车辆的顶部安装LED信标，车辆上路后，通过每个灯具的定位区，光敏模组不断收到光信号，处理器计算信号的强度、角度及达到时间等特征，推算出信标相对于路灯的精确距离与角度，从而自动跟踪车辆的移动。车辆陆续穿过多个定位区，多个处理器会接力工作，不断计算位置与发送指令，接力调动多个相机，对车辆进行不间断跟拍，确保全程跟踪，记录车
辆的违规行为。
[0017]可见光与红外线的波长很短，方向性极高，且在空气中的强度衰减呈线性关系，以定位路灯为原点，推算信标的方位与距离，精度可达厘米级。LED路灯上的定位网络，是街区监控的基础。由此，本专利技术确保精确定位与跟踪抓拍的联动，实现市政设施的全自动管理。
[0018](四)有益效果
[0019]本专利技术利用现有的LED路灯设置处理器和光敏模组，组成光信号定位网络。固定设施与移动车辆上安装LED信标，通过分析接收的信号确定市政设施的使用状态与实时位置，指令相机联动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于基于红外线/可见光通讯的信标跟踪与拍摄系统，利用现有路灯网络，设置处理器与光敏模组，并结合相机，组成光信号监控网络，其特征是：定位设备中，LED阵列是照明用芯片，可加载调制信号对外发送数据，处理器是设在本地的微型计算机，功能是分析光信号特征与调制光通讯编码，光敏模组是感光组件，功能是接收外置信标与邻近模组的光信号；相机的安装位置根据市政设施分布来确定，选择在路灯上或其他合适位置，要求扫描到尽量多的设施，相机与处理器可以通过数据线、光信号或公频信号连接；信标有可见光与红外线两类，安装在固定设施与移动车辆上，功能是定时发出编码信号，以便光敏模组接收。2.根据权利要求1所述的信标跟踪与拍摄系统，其特征是处理器与光敏模组可以组成一体化设备，在灯杆上的合适位置独立安装，与灯具分开。3.根据权利要求1所述的信标跟踪与拍摄系统，其特征是灯具可内置处理器与光敏模组，结合LED阵列，成为兼备定位与照明的专用灯具。4.根据权利要求1所述的信标跟踪与拍摄系统，其特征是定位路灯可以互为路由器，光敏模组接收数据，LED阵列发送数据，以中继方式转发数据包，组成光通讯专网。5.根据权利要求1所述的信标跟踪与拍摄系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹梦寒，王艳，
申请(专利权)人：上海悟城智能系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：