基于RFID和人臉識別的礦井人員定位系統(tǒng)采購清單

1、基于RFID和人臉識別的礦井人員定位系統(tǒng)1、項目背景長期以來，煤炭行業(yè)的安全設(shè)備嚴(yán)重缺乏，安全管理手段極其落后。建立煤礦安全生產(chǎn)的長效機(jī)制，是實現(xiàn)我國煤礦安全生產(chǎn)的必由之路。因此，采用先進(jìn)的煤礦安全設(shè)備與技術(shù)手段已成為煤炭行業(yè)迫在眉睫的任務(wù)。目前以射頻和人臉識別結(jié)合的識別技術(shù)為基礎(chǔ)的礦井人員定位管理系統(tǒng)為維護(hù)煤礦安全生產(chǎn)、提高管理效率提供了有力的保障。2、項目目標(biāo)通過超高頻的RFID識別和人臉識別的結(jié)合技術(shù)實現(xiàn)對礦井人員的準(zhǔn)備識別，能夠?qū)ΦV井人員的進(jìn)行科學(xué)有效的管理。同時為維護(hù)煤礦安全生產(chǎn)、提高管理效率提供了有力的保障。3、系統(tǒng)的設(shè)計本系統(tǒng)主要是能夠做到讓佩戴含有RFID芯片身份卡的礦井人員在

2、通過井下巷道時無需接觸打卡機(jī)即可自動感應(yīng)，通過攝像頭拍攝人員的照片與人臉數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，并能在有多人同時通過巷道時做到實時定位而不相互干擾，同時閱讀器把接收到的這些信息通過無線wifi上傳到電腦終端進(jìn)行處理，會準(zhǔn)確記錄人員的位置等信息。3.1 RFID射頻閱讀器RFID射頻閱讀器的主要功能是接收礦井人員卡信息并上傳給服務(wù)器，使服務(wù)器收到信息以便在設(shè)備終端系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計。3.1.1 FL2440閱讀器的硬件系統(tǒng)以MCU為核心，采用三星公司推出的這款16/32位RISC處理器S3C2440A，是面向高端手持設(shè)備或其它一般應(yīng)用而設(shè)計的芯片。它為手持設(shè)備和一般類型的應(yīng)用提供了低價格、低功耗、高性

3、能微控制器的解決方案。S3C2440A采用了ARM920T的內(nèi)核，0.13um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元。其低功耗，簡單，且全靜態(tài)設(shè)計特別適合于對成本和功率敏感型的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu)AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture(AMBA)。ARM920T實現(xiàn)了MMU,AMBABUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache。每個都是由具有8字長的行組成。通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，S3C2440A減少整體系統(tǒng)成本和無需配置額外的組件。3.1.2 RFID模塊實際系統(tǒng)中，需要的功能是實現(xiàn)非

4、接觸讀取信息卡的信息。在開發(fā)過程中，首先學(xué)習(xí)低頻、接觸式的RFID模塊，低頻RFID模塊的閱讀距離只能在5厘米以內(nèi)，作用范圍主要是運用于低端技術(shù)領(lǐng)域范圍內(nèi)，如自動停車場收費和車輛管理系統(tǒng)等等；傳送數(shù)據(jù)速度較慢，標(biāo)簽存貯數(shù)據(jù)量較少；數(shù)據(jù)傳輸速率低，在短時間內(nèi)只可以一對一的讀取電子標(biāo)簽，只能適合低速、近距離識別應(yīng)用；讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)時只能一對一進(jìn)行讀取。在熟練掌握其應(yīng)用的基礎(chǔ)上開始學(xué)習(xí)超高頻RFID模塊，超高頻標(biāo)簽的閱讀距離大，可達(dá)10米以上。超高頻RFID模塊作用范圍廣，現(xiàn)最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都是采用超高頻電子標(biāo)簽技術(shù)；傳送數(shù)據(jù)速度快，每秒可達(dá)單標(biāo)簽讀取速率170張/秒（EPCC1G2標(biāo)簽）；標(biāo)簽

5、存貯數(shù)據(jù)量大；超咼頻電子標(biāo)簽靈活性強(qiáng)，輕易就可以識別得到；有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在很短的時間內(nèi)可以讀取大量的電子標(biāo)簽；防沖突機(jī)制，適合于多標(biāo)簽讀取，單次可批量讀取多個電子標(biāo)簽；數(shù)據(jù)保存時間長，一般都大于10年；手持讀寫器帶CE操作系統(tǒng)，讀取超高頻電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)時，可通過WIFI、GPRS實時上傳至后臺數(shù)據(jù)庫；超高頻電子標(biāo)簽具有全球唯一的ID號，安全保密性強(qiáng)，不易被破解。3.2 RFID信息卡信息卡采用無源RFID標(biāo)簽，由一個電子數(shù)據(jù)處理、存儲設(shè)備（通常是單個微小芯片）和實現(xiàn)天線功能的大面積環(huán)繞線圈組成。信息卡主要是在進(jìn)入閱讀器的有效區(qū)域內(nèi)發(fā)送信息給閱讀器，使得閱讀器可以讀取到通過人員的卡里的信息

6、。每張信息卡里都存儲著每位礦井人員的工號、部門、職務(wù)等信息。3.3 攝像頭模塊由于系統(tǒng)結(jié)合了人臉識別技術(shù)，則必須對礦井人員實時的頭像信息進(jìn)行采集，通過處理器進(jìn)行圖像處理。攝像頭模塊主要有usb攝像頭和cmos攝像頭模塊。3.4 wifi模塊wifi是一種能夠?qū)€人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。Wi-Fi是一個無線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-FiAlliance）所持有。目的是改善基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。使用IEEE802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為Wi-Fi。甚至把Wi-Fi等同于無線網(wǎng)際網(wǎng)路。wifi原先是無線

7、保真的縮寫，wifi英文全稱為wirelessfidelity，在無線局域網(wǎng)的范疇是指“無線相容性認(rèn)證”，實質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證，同時也是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以前通過網(wǎng)線連接電腦，而現(xiàn)在則是通過無線電波來連網(wǎng)；常見的就是一個無線路由器，那么在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用wifi連接方式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，如果無線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網(wǎng)線路，則又被稱為“熱點”。在系統(tǒng)設(shè)計中將采集的信息卡數(shù)據(jù)和人臉圖像傳到上位機(jī)有兩種方式：第一，使用網(wǎng)口借口通過光纖傳到服務(wù)器；第二，利用wifi模塊上傳至服務(wù)器。由于礦井的復(fù)雜性，系統(tǒng)分別進(jìn)行了設(shè)計，最終對兩者的效果進(jìn)行選擇。在wifi模塊中，

8、分為wifi發(fā)射器和wifi接收端，wifi發(fā)射器把采集的數(shù)據(jù)發(fā)送無線網(wǎng)絡(luò)中，wifi接收端根據(jù)相應(yīng)的空中接口進(jìn)行連接，完成對數(shù)據(jù)的實時接收。4、項目的關(guān)鍵技術(shù)4.1射頻識別射頻識別(即RadioFrequencyIdentification,簡稱RFID)技術(shù)是從九十年代興起的一項自動識別技術(shù)。它利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信,以達(dá)到識別目的并交換數(shù)據(jù)。與磁卡、IC卡等接觸式識別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別,因此它可實現(xiàn)多目標(biāo)識別、運動目標(biāo)識別，可在更廣泛的場合中應(yīng)用。典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(Tag),讀寫器(Read/WriteDevice

9、)以及數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)等組成。它具有智能讀寫及加密通信的能力。讀寫器由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。圖1是RFID系統(tǒng)的原理示意圖，它是無源系統(tǒng)，即電子標(biāo)簽內(nèi)不含電池，電子標(biāo)簽工作的能量是由讀寫器發(fā)出的射頻脈沖提供電子標(biāo)簽接收射頻脈沖，整流并給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯。控制邏輯接受指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作。EEPROM用來存儲電子標(biāo)簽的ID號及其它用戶數(shù)據(jù)。還有有源RFID系統(tǒng)，是由電池供電，可以在較高頻段工作，識別距離較長，和讀寫器之間的通信速率也較高。RFID系統(tǒng)最大的特點是非接觸識別，因此

10、可以同時識別多個電子標(biāo)簽及高速運動的電子標(biāo)簽。它以無線方式通信，無須外露電觸點，電子標(biāo)簽的芯片可以按不同的應(yīng)用要求來封裝，可以抵抗惡劣環(huán)境。讀寫器制邏輯S8一4.2人臉識別人臉識別系統(tǒng)包括視頻序列/圖像的采集、圖像的預(yù)處理、人臉檢測、人臉識別幾個環(huán)節(jié)，整個人臉識別系統(tǒng)的基本框架如圖2所示：(1) 視頻序列/圖像的采集。這個環(huán)節(jié)需要考慮光源類型選擇、鏡頭類型選擇、攝像機(jī)類型選擇、光源安裝以及圖像采集模式選擇等。一般進(jìn)行數(shù)字圖像處理等方面的研究人員都基于圖像已獲取這個前提，但對一個實際系統(tǒng)的開發(fā)，圖像的采集環(huán)節(jié)不可忽缺，甚至對于研究者們來說，圖像采集這個環(huán)節(jié)有時也是必須考慮和進(jìn)行深入實驗研究的。采

11、集到的數(shù)據(jù)的好壞對后續(xù)研究工作的開展將會產(chǎn)生不同程度的影響，例如，考慮到人臉識別易受光照變化的影響，中科院自動化研究所的李子青教授帶領(lǐng)的課題研究組進(jìn)行了近紅外人臉識別系統(tǒng)研究，其采用光源為近紅外光，識別系統(tǒng)對自然光照的變化具有較強(qiáng)的魯棒性。(2) 圖像的預(yù)處理。人臉識別系統(tǒng)中的圖像預(yù)處理部分一般會涉及圖像顏色空間變換、圖像濾波、圖像灰度變換、圖像幾何變換、圖像分割和圖像形態(tài)學(xué)變換等。圖像預(yù)處理的結(jié)果對后續(xù)人臉識別產(chǎn)生較大的影響，我們一般希望所有經(jīng)過預(yù)處理后的圖像都具有相同的預(yù)期效果，但實際中并沒有哪一種數(shù)字圖像處理方案能夠適用于任何情況，其一般都是針對特定的環(huán)境進(jìn)行特定的處理。(3) 人臉檢測

12、。人臉檢測指的是從一幅圖像或一幀視頻序列中搜索可能存在的人臉區(qū)域。若存在人臉區(qū)域，還需進(jìn)一步判斷人臉區(qū)域的大小、姿態(tài)，以及統(tǒng)計整幅圖像中人臉的個數(shù)。該環(huán)節(jié)包含特征提取與選擇以及人臉與非人臉模式分類兩個部分。人臉模式較為單一，所有的人臉之間都有比較明顯的共性，比如都有兩個眼睛、一個嘴巴和一個鼻子；非人臉模式非常繁多與復(fù)雜，其包含了大自然中除了人臉模式以外的其他一切可觀的模式。如何實現(xiàn)人臉模式與其他模式之間的正確分類正是人臉模式與非人臉模式分類器所要解決的問題。(4) 人臉識別。人臉識別可分為兩種情況：一種是身份驗證，另一種是身份識別。身份驗證的人臉識別所做的工作是判斷被識別的人是否就是某個人(數(shù)據(jù)中只有一個人的信息)，而身份識別的人臉識別所要做的工作是判斷被識別的人是某個人(數(shù)據(jù)庫中有很多人的信息)，我們一般所研究的人臉識別是身份識別的人臉識別。由于不同人臉模式之間的差異較小，而同一個人臉又極易受表情、姿態(tài)等