煤矿入井人员唯一性检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤矿入井人员唯一性检测方法，特别是利用动态时间规整（Dynamic Time Warping，简称DTW)算法进行两个标签接收信号强度RSSI的相似度分析从而检测煤 矿入井人员唯一性检测方法。
【背景技术】
[0002] 国家对煤矿井下作业人员的人身安全日益重视，监管力度不断加强，《煤矿安全规 程》第十条要求：煤矿企业必须建立入井检身制度和出入井人员清点制度；《煤矿井下安全 避险"六大系统"建设完善基本要求及检查验收暂行办法》第十七条规定：所有入井人员必 须携带识别卡；AQ6210-2007及AQ1048-2007《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规 范》中要求：各个人员出入井口应设置检验标识卡是否正常和唯一性检测的装置。
[0003] 目前在基于标签技术的矿山人员定位领域，实际使用中经常出现一人带多卡的现 象，很难有效监督值班领导或当班员工是否下井，难以真实反映煤矿井下人数，给煤矿安全 管理留下了隐患。唯一性检测即是针对该问题提出来的，主要用来检测员工带卡的唯一性。 现有的唯一性检测方法主要有：
[0004] 1、员工通过队列方式依次通过唯一性检测装置，且相互之间保持适当距离，通过 检测员工身上标签发送数据的接收信号强度指示即RSSI的个数判断是否有一人多卡现 象。然而在实际应用中，标签的发射距离很难统一，最长和最短发射距离可能相差IOm以 上，当前面的人经过唯一性检测装置时，如果后面人员的标签信号太强，则信号很容易被检 测装置接收到，造成误判断。
[0005] 2、采用无源卡的方式，通过刷卡来判定唯一性。该方法需要绑定无源卡，安装和通 行要求高。
[0006] 3、采用生物特征识别技术，它以人体唯一性的生物特征作为识别依据，通过图像 采集、处理、特征点提取、生物特征搜索以及比对，实现人的唯一性检测，目前常用的生物特 征识别技术主要有指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别、声纹识别等。
[0007] 中煤科工集团重庆研宄院的郭海军等发表的"矿井人员定位系统中标识卡唯一性 检测装置设计"（《工矿自动化》，2012(6) :4_6页）利用人像识别技术进行人员识别，通过 依次扫描入矿人员身上识别卡发送信息个数和脸部特征信息进行唯一性检测标准，但是没 有考虑到矿井环境对人脸特征信息的污染，且执行速度比较慢。
[0008] 合肥工业大学和中国人民解放军电子工程学院徐济仁等发表的"基于虹膜识别和 RFID的矿山人员安全管理方案"（《煤炭科学技术》，2010, 38 (4) :75-78页）将虹膜识别、射 频卡技术、计算机网络、数据库等技术集成为一体，通过采用先进的活体虹膜识别技术，利 用眼睛虹膜的生理特征来认证身份，但是没有考虑光线对虹膜识别的影响，且在现实中虹 膜识别装置成本较高。
[0009] 煤矿作为一种特殊的工业生产环境，与一般工业的工作环境区别较大，井下工作 环境的空间相对狭小、声音嘈杂、存在煤尘、粉尘、水等物质，煤矿入井人员的指纹、掌纹、声 纹、脸部等均易受煤尘、粉尘、噪声、水等污染，影响生物特征识别的准确度，为了克服准确 度问题，就需要采用特殊的算法，较为复杂。虹膜识别虽然不易受各种环境因素的影响，但 虹膜识别装置的成本较高。此外，由于煤矿入井方式的特殊性，入井工作人员需要乘罐车入 井或升井，因此出入井会有相对集中的规律性。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，提供一种能够精确 检测煤矿入井人员唯一性的方法。
[0011] 为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是提供一种煤矿入井人员唯一性检 测方法，包括对接收到的RSSI进行去噪拟合处理和利用动态时间规整算法对两个标签的 RSSI序列进行相似判断，主要步骤如下：
[0012] 步骤1，基站接收并测量入矿人员定位标签发送数据的RSSI和固化ID，与矿井人 员定位系统数据库中的人员信息数据进行对比，初步完成矿井人员定位标签信息的识别；
[0013] 步骤2,建立RSSI数据库
【主权项】
1. 一种煤矿入井人员唯一性检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，基站接收并测量入矿人员定位标签发送数据的RSSI和固化ID，与矿井人员定 位系统数据库中的人员信息数据进行对比，初步完成矿井人员定位标签信息的识别； 步骤2,建立RSSI数据库
其中： 向量R⑴、R⑵、R⑴和R(N)为基站接收到的ID为1、2、i和N的标签发送数据的RSSI所 组成的时间序列；其中： R⑴-(a (il)，a(i2)，…，a(ij)，…a(iM))，j - 1，2，...，M a(iJ)代表ID为i的标签发送的第j个RSSI; 步骤3,根据标签发送数据周期选择滑动窗口的大小，对滑动窗口内接收到的N组RSSI所组成的时间序列进行滤波处理，并建立经滤波后的新的RSSI数据库如下：
其中：向量R'W、R'⑵、R'⑴和R'w分别为基站接收到的ID为l、2、i和N的标 签发送数据的RSSI经滤波后的时间序列； 步骤4，将滤波后的N组RSSI所组成的时间序列拟合成N条曲线，每条曲线代表一个标 签； 步骤5,任选滤波拟合处理之后的两条曲线，对其中一条曲线在±10dbm范围内进行上 下平移处理，每次移动ldbm; 步骤6,每平移一次，利用动态时间规整算法求得两条曲线之间的最优路径，对比两条 曲线的相似度，对比相似度的步骤包括： 步骤6. 1，计算两条曲线各点之间的距离，包括：构造一个nXm的距离矩阵网格，将长 度分别为n和m的两条曲线局部时间弯曲，寻找这两条曲线的最优对齐，并消除两条曲线之 间的时间差别，矩阵元素为两条曲线上的两个点之间的距离，且表示两个点的对齐； 步骤6. 2,在所述距离矩阵网格中用动态规划算法找出一条最优路径，并求出两条曲线 之间最优路径对应的相似性距离，包括：用动态规划算法寻找一条通过此网格的路径，定义 为规整路径，从矩阵元素（〇,〇)开始，通过路径约束，不断搜索路径，每到一个点，累加之前 所有的点计算的距离，定义为累积距离，反复递推，到达终点（n，m)后累积距离最小的路径 为最优路径，用最优路径对应的相似性距离度量两条曲线之间的相似度，相似性距离越小， 两条曲线越相似； 步骤6. 3,每平移一次曲线，通过步骤6. 1、步骤6. 2中的所述方法求得两条曲线之间最 优路径对应的相似性距离，并通过比较得到曲线在上下平移±lOdbm范围内的相似性距离 的最小值； 步骤7,用步骤6求得的相似性距离的最小值与设定的阈值作比较，如果大于阈值，说 明步骤5所选上下平移曲线所代表的标签没有一人多卡现象，本次检测结束，返回步骤5重 新选择曲线进行新的检测；如果小于或者等于阈值，则说明有一人多卡现象，系统报警。
2. 根据权利要求1所述的煤矿入井人员唯一性检测方法，其特征在于步骤3中的滑动 窗口大小选择范围为300-400。
3. 根据权利要求1所述的煤矿入井人员唯一性检测方法，其特征在于步骤3中的滤波 处理为高斯滤波。
4. 根据权利要求1所述的煤矿入井人员唯一性检测方法，其特征在于步骤4中的RSSI 序列拟合方法为最小二乘法。
5. 根据权利要求1所述的煤矿入井人员唯一性检测方法，其特征在于步骤6中所述路 径约束包括： 边界条件：规整路径必须是从距离矩阵网格左下角出发，在右上角结束； 连续性：规整路径不能跨过某个点去匹配，只能和自己相邻的点对齐，以保证两条曲线 中的每个坐标都在规整路径中出现； 单调性：规整路径上面的点必须是随着时间单调进行的。
6. 根据权利要求1所述的煤矿入井人员唯一性检测方法，其特征在于步骤7中的设定 阈值标准是具有相同发射功率的两个标签的空间距离始终为〇. 6-1米时的相似性距离。
【专利摘要】本发明涉及一种煤矿入井人员唯一性检测方法，包括如下步骤：基站接收并测量标签的RSSI；建立RSSI序列数据库；根据标签发送数据周期选择滑动窗口，对窗口内的RSSI进行滤波处理；将滤波后的RSSI拟合成曲线；任选滤波拟合处理之后的两条曲线，对其中一条曲线进行上下平移处理；利用动态时间规整算法求得两条曲线之间最优路径对应的相似性距离；通过求得的最小的相似性距离与所设阈值作比较，准确判断是否一人多卡。本发明基于动态时间规整算法对比标签的RSSI的相似度，进而判断标签的空间位置，实现了煤矿入井人员唯一性检测，解决了目前基于标签的矿井人员定位系统不能精确检测煤矿入井人员唯一性的问题。
【IPC分类】E21F17-18, G06K7-00
【公开号】CN104700056
【申请号】CN201510061244
【发明人】李奇越, 范海龙, 王建平, 黎洁, 孙伟, 李伟, 储忠
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月5日