淺析閘機(jī)系統(tǒng)的人員檢測(cè)與判別技術(shù)
在地鐵系統(tǒng)中，閘機(jī)是控制乘客通行的關(guān)鍵裝置，乘客刷卡后，閘機(jī)系統(tǒng)的人員檢測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)可以快速判斷其是否有效通行，從而準(zhǔn)確地閉合或打開閘門。因此，閘機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)在很大程度上關(guān)系著整個(gè)地鐵交通出行的安全性。所以，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化閘機(jī)系統(tǒng)人員檢測(cè)和判別技術(shù)，合理配置相關(guān)組件，有效地提高閘機(jī)系統(tǒng)的可靠性。
一、閘機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成
閘機(jī)系統(tǒng)主要由若干傳感器、控制模塊、蜂鳴器、讀卡器、顯示燈、閘門機(jī)構(gòu)和閘機(jī)外殼等組成。它的傳感器主要用來檢測(cè)閘機(jī)通道中乘客的通行狀況，是閘機(jī)系統(tǒng)人員檢測(cè)和判別的關(guān)鍵部分?？刂颇K主要負(fù)責(zé)判別、分析和采集傳感器信號(hào)，其決定著閘門的關(guān)閉和開啟。
二、人體通行狀況分類
根據(jù)人體行為特征、是否攜帶物品和行人數(shù)量等，可將人體通過閘機(jī)系統(tǒng)的情況分為：①根據(jù)胖瘦、高矮、物品在側(cè)方、物品在身后、物品在身前、匍匐前進(jìn)、通行速度(快、慢、正常)、反向進(jìn)入通道和反向進(jìn)入又退回等情況，判斷有1人通過；②根據(jù)人與人保持一定距離、人與人緊貼等情況，判斷有2人通過。
三、閘機(jī)系統(tǒng)中的檢測(cè)、判別技術(shù)
1.傳感器空間布局
人體的身高與各部分的比例有著密切的關(guān)系，閘機(jī)系統(tǒng)的人員檢測(cè)和判別技術(shù)可以將人體身高作為關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)，從而合理地布局傳感器。首先要分析人體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)特征，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和人類經(jīng)驗(yàn)常識(shí)，以人體的肩部、腰部、髖部和膝部作為關(guān)鍵點(diǎn)，根據(jù)人們的衣著和鞋子修正值、人體結(jié)構(gòu)占身高的比例，計(jì)算人體各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的離地高度。在此，要重點(diǎn)考慮傳感器的布局范圍，閘機(jī)高度約為1m，檢票機(jī)高1000mm，寬280mm，長(zhǎng)2000mm，那么，傳感器的空間高度布局應(yīng)小于1000mm。由于閘門在整個(gè)閘機(jī)的中間位置，所以，傳感器寬度布局范圍應(yīng)為閘機(jī)長(zhǎng)度的1/2，即1000mm，并且傳感器多設(shè)置在閘機(jī)內(nèi)側(cè)。而我國(guó)的女性步長(zhǎng)500～800mm，男性步長(zhǎng)550～850mm，因此，傳感器實(shí)際的空間寬度布局應(yīng)縮小一些，900mm即可滿足要求。
閘機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)與判別乘客是否通過閘門不能僅靠1個(gè)傳感器，可在傳感器S1的水平方向放置另一個(gè)傳感器S2，S1與S2之間保持100mm的距離，避免出現(xiàn)檢測(cè)干擾的情況出現(xiàn)。閘門通道內(nèi)部檢測(cè)應(yīng)考慮衣服因素和人體厚度，傳感器間距應(yīng)大于250mm，確保傳感器能準(zhǔn)確檢測(cè)到乘客的整個(gè)行走過程，因此，在700mm的閘機(jī)通道內(nèi)應(yīng)至少設(shè)置3個(gè)傳感器。由于多數(shù)乘客都會(huì)攜帶物品，所以，可在閘機(jī)通道距離地面 900 mm的位置設(shè)計(jì)傳感器S3。在水平方向上，其與S2距離200mm，S4與S5間距150mm，依次排列。
2.數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)
閘機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊主要是指基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)和硬件環(huán)境。在采集閘機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)，要設(shè)置相應(yīng)的外圍電路和 P89V51單片機(jī)，用來負(fù)責(zé)接收和發(fā)送光電傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)讀取串口檢測(cè)數(shù)據(jù)并保存。P0和P1口作為傳感器接收端，12 V電源直接與發(fā)射端相連，P2口連接狀態(tài)指示燈和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)信息提示和控制報(bào)警，并且外圍電路包含程序下載接口、時(shí)鐘電路和串口。數(shù)據(jù)采集模塊與上位機(jī)之間要實(shí)現(xiàn)信息通信，就要采用RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，使用單端通訊的不平衡傳輸方式，速率達(dá)20kb/s，傳輸距離約20m，適合本地設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)將傳感器采集的乘客通行數(shù)據(jù)信息發(fā)送到上位機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和處理。
3.區(qū)域識(shí)別
根據(jù)通信方向，閘機(jī)系統(tǒng)可分為出口、安全區(qū)和檢測(cè)區(qū)。出口是指乘客通過閘機(jī)；安全區(qū)是為了防止閘機(jī)夾傷乘客，傳感器一旦檢測(cè)到該區(qū)域有乘客，要保持阻擋門處于開啟的狀態(tài)；檢測(cè)區(qū)是用來檢測(cè)乘客的通行狀況。根據(jù)區(qū)域識(shí)別理論，乘客的通行是從一個(gè)區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)區(qū)域。傳感器S1處于無遮擋狀態(tài)，當(dāng)有乘客通過時(shí)，傳感器被遮擋，將傳感器 S1，S2，S3，S4所在位置化為一個(gè)區(qū)域。當(dāng)其中1個(gè)傳感器被遮擋時(shí)，則認(rèn)為有乘客進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域。
4.關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別
為了簡(jiǎn)化傳感器設(shè)置數(shù)量和空間布局，確保乘客可以安全、快速地通過閘機(jī)，彌補(bǔ)區(qū)域識(shí)別的盲區(qū)，應(yīng)更加清晰地區(qū)分物品和人體。在人行走的過程中，高度和寬度基本保持不便，但是，腿部變化明顯，所以，可將人體腿部運(yùn)動(dòng)軌跡看作一個(gè)扇形。在腿部擺動(dòng)的過程中，膝關(guān)節(jié)是運(yùn)動(dòng)的定點(diǎn)，踝關(guān)節(jié)是扇形區(qū)域中的活動(dòng)點(diǎn)，因此，可將踝關(guān)節(jié)作為傳感器采集的關(guān)鍵點(diǎn)。這樣，檢測(cè)和識(shí)別就會(huì)更加容易。
5.算法優(yōu)化
單片機(jī)讀取傳感器數(shù)據(jù)后，以字節(jié)的形式發(fā)送到上位機(jī)，每個(gè)數(shù)據(jù)位分別對(duì)應(yīng)各個(gè)傳感器的狀態(tài)。假設(shè) t時(shí)刻，當(dāng)傳感器的狀態(tài)S(i，t)=1時(shí)，則表示其被遮擋；當(dāng)傳感器的狀態(tài)S(i，t)=0時(shí)，則表示其未被遮擋。這樣，t時(shí)刻所有傳感器的狀態(tài)為：F(t)=(fi(t))，fi(t)=S(i，t)，1≤i<9，當(dāng)乘客通過閘機(jī)通道時(shí)，在不同時(shí)刻，傳感器的狀態(tài)也是不同的，t時(shí)刻所有傳感器狀態(tài)為：qt=F(t).t是一個(gè)離散數(shù)值，設(shè)乘客通過閘機(jī)通道所需的時(shí)間為T，則該序列為：Q=(qt)，0≤t
根據(jù)人體檢測(cè)和識(shí)別算法編寫相應(yīng)的軟件程序，將關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別和區(qū)域識(shí)別有效結(jié)合起來。以區(qū)域識(shí)別為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)初步判斷，再用關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別完成修正，有效地提高了閘機(jī)系統(tǒng)人員檢測(cè)和識(shí)別的準(zhǔn)確度。
四、結(jié)束語(yǔ)
為了確保閘機(jī)系統(tǒng)人員檢測(cè)和判別的可靠性，應(yīng)積極簡(jiǎn)化傳感器的布局分布和數(shù)量，將區(qū)域識(shí)別和關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別技術(shù)有效結(jié)合起來，進(jìn)而提高閘機(jī)系統(tǒng)的識(shí)別率，減少乘客逃票行為。
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