張一　高原

摘 要：閘機(jī)系統(tǒng)是自動(dòng)檢票系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其內(nèi)部的人員檢測(cè)和判別技術(shù)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)通過(guò)閘口的所有物體和乘客，正確判斷乘客人數(shù)，一卡對(duì)應(yīng)一位乘客。簡(jiǎn)要介紹了閘機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成，分析了人體通行狀況分類，同時(shí)，還闡述了閘機(jī)系統(tǒng)的人員檢測(cè)和判別技術(shù)。

關(guān)鍵詞：閘機(jī)系統(tǒng)；人員檢測(cè)；判別技術(shù)；自動(dòng)檢票系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U293.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.086

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(kāi)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。

1 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(lái)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(kāi)啟。

2 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(guò)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(guò)；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(guò)。

3 閘機(jī)系統(tǒng)中的檢測(cè)、判別技術(shù)

3.1 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1 m，檢票機(jī)高1 000 mm，寬280 mm，長(zhǎng)2 000 mm，那么，傳感器的空間高度布局應(yīng)小于1 000 mm。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1 000 mm，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)500～800 mm，男性步長(zhǎng)550～850 mm，因此，傳感器實(shí)際的空間寬度布局應(yīng)縮小一些，900 mm即可滿足要求。

閘機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)與判別乘客是否通過(guò)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100 mm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250 mm，確保傳感器能準(zhǔn)確檢測(cè)到乘客的整個(gè)行走過(guò)程，因此，在700 mm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200 mm，S4與S5間距150 mm，依次排列。

3.2 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(lái)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，最高速率達(dá)20 kb/s，傳輸距離約20 m，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。

3.3 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(guò)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(kāi)啟的狀態(tài)；檢測(cè)區(qū)是用來(lái)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(wú)遮擋狀態(tài)，當(dāng)有乘客通過(guò)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。

3.4 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(guò)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(guò)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(guò)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。

3.5 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(guò)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(guò)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(lái)。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。

4 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(lái)，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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〔編輯：白潔〕

Abstract： The brake system is a key component of the automatic fare collection system， and its internal personnel detection and identification technology， real-time detection of all objects through the gate and passengers， the right to judge the number of passengers； a card corresponds to a passenger. Briefed gates constitute the system； analyze the situation of human traffic classification， also elaborated gates personnel detection and identification systems technology.

Key words： brake systems； personnel detection； identification technology； automatic fare collection system