Page 26 - 网络电信2020年4月刊上

解 决 方 案
在危险发生时也可以第一时间掌握工作人员位置信息进行施
救，可以有效的避免或减少人身危险和经济损失。电磁波的存
在为人类的生产生活带来了一定的便利，但是任何事物都是一
把双刃剑，电磁波造成的环境污染也是客观存在的，并且长期
处于高压强电磁的环境中会对人的身体造成一定的伤害，因此
无人的自动化工作流程也会成为未来的发展趋势，将传感器得
到的信息通过机器人或其他自动化设备进行读取和分析，既可
以提高效率也可以避免意外。在此基础上，提出了在特高压电
力工作场景内针对工作人员，机器人（或其他设备）的实时定
位需求，实时提供工作人员，机器人（或其他设备）的位置及
方向信息，用于工作人员，机器人（或其他设备）的导航。在
移动行走过程中对精度要求较低，用于实现导航功能。在工作
场景下精度要求较高，需要进行精确的对准。我们采用的方案
为将每个工作人员在工作环境下必须佩戴的物体（如安全帽）
作为信标；使用相机作为接收器，相机的视场角（Field of
View，FOV）大于50度，这使得相机不必严格对准就可以实现可
靠地传输信号，增加了系统的灵活性。将相机布置在工作环境
中，确保工作环境内无死角。每个相机都可以返回对应区域内
人员的位置信息，通过有线传输的方式进行实时的信息传输，
实现实时的位置监控；在机器人（或其他设备）上加装相机，
在工作环境内安装信标物体，机器人在信标物体的覆盖范围内
都可以进行定位。
三、可见光定位方案描述
1.对工作人员的可见光定位系统方案
如图1所示为对环境中工作人员定位的原理图，我们将工作
人员必须佩戴的物品如安全帽作为信标，将每个信标物体进行
唯一编码，以便于区分用户ID，对信标LDE灯采用UPSOOK编码。
UPSOOK编码的原理为每帧信号开始为FH，FH信号为频率非常高
的0，1序列，亮度在一段时间被累加，因此FH信号通过相机观
察到的亮度为LED灯常亮的一半左右，称为“半亮”，用作帧
头。其后1码字则显示为“全亮”，0码字则显示为“全灭”，
对帧头后的信号进行编码传输，相机接收到信号后采用卷帘快
门曝光，每一行像素作为一个曝光单元，当最后一行像素曝光
结束后即完成了一帧的曝光动作。通过解码亮度信息后，即可
以确定信标物体的ID信息，由文献[6]提出的定位算法进行坐标
图 1 可见光定位工作人员系统方案
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转换，确定信标物体在空间中的实际位置坐标。图中A.B.C三个
灯为一个定位模块，因为算法中坐标转换为三行三列，需要提
供三个灯的位置坐标。其中绿灯用来检测人员，白灯用来传递
编码信息，区分用户ID。
2.对机器人（或其他设备）的可见光定位系统方案
图 2 可见光定位机器人（或其他设备）系统方案
如图2所示为对机器人（或其他设备）定位的原理图，在机
器人（或其他设备）上安装摄像头，在需要定位的空间中安装
灯具，灯具位置坐标已知，摄像头通过画面中固定灯具的位置
坐标进行计算从而确定自己的位置坐标。与对工作人员的定位
的编码原理有所不同，该定位需要对光信号进行0，1编码，且
要避免连续0和连续1的长度，因为如果码字中的0或1有很长的
连续，则0和1之间切换实际频率会降低，这将产生明显的亮度
变化，使人眼感觉到亮度变化，即产生闪烁。照明的光强度由
信号中的0和1的比例决定，在一个周期的码字内，码字1所占的
比例即为照明的平均光强度，所以，在编码中，要控制0和1的
比例，避免LED灯照明强度过低影响正常的照明需求。每一帧将
从相机中获得一幅图像，将相机接收到的图像调低曝光时间，
这样除灯具外其他物体由于曝光不足而消失，得到只有灯具的
图像，记为原图像。对原图像进行阈值化，使原图像变为二值
图像，这样可以去除环境中由于反光或者其他情况产生的非灯
具像素点，对二值图像进行解码计算，大于阈值则认为是明条
纹，码字为1，小于阈值则认为是暗条纹，码字为0，最终得到
了一帧图像的全部码字信息，就可以知道哪个灯在摄像头的照
射范围之内，再根据灯在图像中的相对位置通过三边测量法，
得到相机O的位置坐标，即完成了定位。
四、实验验证
我们分别模拟了对工作人员的定位和对机器人（或其他设
备）的定位实验，进行了导航和定位两次实验。在进行导航模
拟验证时，将灯固定在天花板上，记录灯的位置信息，我们在
木板上画出传感器所要走的路线，并在电脑上实时显示所走的
路线和与理论的误差，实验结果显示，理论路线与实际路线基
本重合，误差较小，且可以实时显示位置信息。如图3所示：图
（a）为实验过程中在木板上标记出的路线图，传感器则按照这
网络电信 二零二零年四月