Robust localization system using Visible Light Communication technology for underground mines

par Fabián Esteban Seguel González

Thèse de doctorat en Automatique, Traitement du Signal et des Images, Génie Informatique

Le président du jury était Pablo Alberto Adasme Soto.

Le jury était composé de Patrick Charpentier, Nicolas Krommenacker, Ismael Soto, François Spies, Millaray Curilem.

Les rapporteurs étaient François Spies, Millaray Curilem.

  • Titre traduit

    Système robuste de localisation par lumière visible : application au domaine de l'exploitation des mines souterraines


  • Résumé

    En raison des progrès des appareils électroniques et des technologies de communication, de nouvelles règles de sécurité doivent être appliquées afin d'exploiter les mines souterraines de façon sécuritaire et optimale. En 2006, le gouvernement américain a mis à jour ses politiques de sécurité et a adopté la PUBLIC LAW109-236. Cette nouvelle réglementation établit que l'emplacement actuel, ou immédiatement avant l'accident, de tout le personnel souterrain doit être livré à une station de surveillance extérieure. Malgré les récents progrès des systèmes de suivi et de positionnement pour les environnements intérieurs, les mines souterraines constituent un cadre unique, qui impose des contraintes différentes aux technologies actuelles. Au cours des dernières années, les communications par lumière visible (VLC) ont attiré l'attention des chercheurs, grâce principalement aux progrès récents dans la fabrication des diodes électroluminescentes. Le développement rapide des systèmes VLC a encouragé les chercheurs à proposer des solutions de positionnement basées sur cette technologie. Le positionnement par lumière visible (VLP) présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes de positionnement traditionnelles. La plupart des méthodes VLP ont été évaluées dans des scénarios où un réseau VLC dense et bien déployé existe. Les mines souterraines, d'autre part, sont un environnement dynamique et intrinsèquement dangereux et la plupart des hypothèses formulées pour les environnements intérieurs traditionnels ne sont pas satisfaites. La faisabilité de l'utilisation d'un système VLP dans de telles conditions et capable de répondre aux exigences de positionnement reste une question ouverte. Afin de répondre à cette question, nous étudions les contraintes, limites et exigences des technologies actuelles lorsqu'elles sont appliquées en milieu minier souterrain afin de déterminer la meilleure architecture garantissant le service de positionnement tout en répondant aux exigences de localisation. Nous avons développé une plate-forme réelle à faible coût et à grande échelle pour évaluer les performances des méthodes de positionnement en lumière visible. Finalement, une nouvelle méthode de positionnement robuste est présentée. Contrairement à la plupart des méthodes existantes dans la littérature, notre proposition n'est pas directement dérivée des méthodes basées sur les RF. La robustesse de notre méthode à plusieurs perturbations a été testée.


  • Résumé

    Advances in electronics and communications technology have created new safety regulations that must be applied in order to operate underground mines safely and optimally. In 2006, the U.S. government updated its safety policies and adopted PUBLIC LAW109-236. As a result, monitoring of personnel inside underground tunnels is now mandatory for mining operations. This new regulation establishes that the current location, or immediately prior to the accident, of all underground personnel must be delivered to an external monitoring station. Despite recent advances in tracking and positioning systems for indoor environments, underground mines provide a unique environment that places different constraints on current technologies. In recent years, Visible Light Communications (VLC) has attracted the attention of researchers, mainly due to recent advances in the manufacture of Light Emitting Diodes. The rapid development of VLC systems has encouraged researchers to propose positioning solutions based on this technology. Visible light positioning (VLP) has several advantages over traditional positioning methods. Most VLP methods have been evaluated in scenarios where a dense and well-deployed VLC network exists. Underground mines, on the other hand, are a dynamic and inherently hazardous environment and most of the assumptions made for traditional indoor environments are not met. The feasibility of using a VLP system under such conditions and capable of meeting positioning requirements remains an open question. In order to answer this question, we study the constraints, limitations and requirements of current positioning technologies when applied in an underground mining environment in order to determine the best architecture to guarantee the positioning service while meeting the location requirements. Our proposal uses the positioning limitations, capabilities and requirements to design a low-cost, large-scale positioning architecture. Using this design, we have developed a real-world platform to evaluate the performance of visible light positioning methods. Finally, a new robust positioning method is presented. Unlike most existing methods in the literature, our proposal is not directly derived from RF-based methods. The robustness of our method to multiple perturbations (errors in the measurement of height, tilt angles, and multipath propagation due to light reflections from walls) has been tested.


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