淺析閘機系統(tǒng)的人員檢測與判別技術(shù)

張一　高原

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

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

中圖分類號：U293.22 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.086

在地鐵系統(tǒng)中，閘機是控制乘客通行的關(guān)鍵裝置，乘客刷卡后，閘機系統(tǒng)的人員檢測和識別系統(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，閘機系統(tǒng)的運行狀態(tài)在很大程度上關(guān)系著整個地鐵交通出行的安全性。所以，應(yīng)進一步優(yōu)化閘機系統(tǒng)人員檢測和判別技術(shù)，合理配置相關(guān)組件，有效地提高閘機系統(tǒng)的可靠性。

1 閘機系統(tǒng)的構(gòu)成

閘機系統(tǒng)主要由若干傳感器、控制模塊、蜂鳴器、讀卡器、顯示燈、閘門機構(gòu)和閘機外殼等組成。它的傳感器主要用來檢測閘機通道中乘客的通行狀況，是閘機系統(tǒng)人員檢測和判別的關(guān)鍵部分?？刂颇K主要負責(zé)判別、分析和采集傳感器信號，其決定著閘門的關(guān)閉和開啟。

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，可將人體通過閘機系統(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、通行速度（快、慢、正常）、反向進入通道和反向進入又退回等情況，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。

3 閘機系統(tǒng)中的檢測、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，閘機系統(tǒng)的人員檢測和判別技術(shù)可以將人體身高作為關(guān)鍵點檢測，從而合理地布局傳感器。首先要分析人體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點特征，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和人類經(jīng)驗常識，以人體的肩部、腰部、髖部和膝部作為關(guān)鍵點，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，計算人體各個關(guān)鍵點的離地高度。在此，要重點考慮傳感器的布局范圍，閘機高度約為1 m，檢票機高1 000 mm，寬280 mm，長2 000 mm，那么，傳感器的空間高度布局應(yīng)小于1 000 mm。由于閘門在整個閘機的中間位置，所以，傳感器寬度布局范圍應(yīng)為閘機長度的1/2，即1 000 mm，并且傳感器多設(shè)置在閘機內(nèi)側(cè)。而我國的女性步長500～800 mm，男性步長550～850 mm，因此，傳感器實際的空間寬度布局應(yīng)縮小一些，900 mm即可滿足要求。

閘機系統(tǒng)檢測與判別乘客是否通過閘門不能僅靠1個傳感器，可在傳感器S1的水平方向放置另一個傳感器S2，S1與S2之間保持100 mm的距離，避免出現(xiàn)檢測干擾的情況出現(xiàn)。閘門通道內(nèi)部檢測應(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)確檢測到乘客的整個行走過程，因此，在700 mm的閘機通道內(nèi)應(yīng)至少設(shè)置3個傳感器。由于多數(shù)乘客都會攜帶物品，所以，可在閘機通道距離地面900 mm的位置設(shè)計傳感器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

閘機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊主要是指基于單片機的數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)和硬件環(huán)境。在采集閘機系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，要設(shè)置相應(yīng)的外圍電路和P89V51單片機，用來負責(zé)接收和發(fā)送光電傳感器信號，實時讀取串口檢測數(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)指示燈和蜂鳴器實現(xiàn)信息提示和控制報警，并且外圍電路包含程序下載接口、時鐘電路和串口。數(shù)據(jù)采集模塊與上位機之間要實現(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20 kb/s，傳輸距離約20 m，適合本地設(shè)備的點對點通信。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，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和處理。

3.3 區(qū)域識別

根據(jù)通信方向，閘機系統(tǒng)可分為出口、安全區(qū)和檢測區(qū)。出口是指乘客通過閘機；安全區(qū)是為了防止閘機夾傷乘客，傳感器一旦檢測到該區(qū)域有乘客，要保持阻擋門處于開啟的狀態(tài)；檢測區(qū)是用來檢測乘客的通行狀況。根據(jù)區(qū)域識別理論，乘客的通行是從一個區(qū)域進入另一個區(qū)域。傳感器S1處于無遮擋狀態(tài)，當(dāng)有乘客通過時，傳感器被遮擋，將傳感器S1，S2，S3，S4所在位置化為一個區(qū)域。當(dāng)其中1個傳感器被遮擋時，則認為有乘客進入檢測區(qū)域。

3.4 關(guān)鍵點識別

為了簡化傳感器設(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，彌補區(qū)域識別的盲區(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，可將人體腿部運動軌跡看作一個扇形。在腿部擺動的過程中，膝關(guān)節(jié)是運動的定點，踝關(guān)節(jié)是扇形區(qū)域中的活動點，因此，可將踝關(guān)節(jié)作為傳感器采集的關(guān)鍵點。這樣，檢測和識別就會更加容易。

3.5 算法優(yōu)化

單片機讀取傳感器數(shù)據(jù)后，以字節(jié)的形式發(fā)送到上位機，每個數(shù)據(jù)位分別對應(yīng)各個傳感器的狀態(tài)。假設(shè)t時刻，當(dāng)傳感器的狀態(tài)S（i，t）=1時，則表示其被遮擋；當(dāng)傳感器的狀態(tài)S（i，t）=0時，則表示其未被遮擋。這樣，t時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)乘客通過閘機通道時，在不同時刻，傳感器的狀態(tài)也是不同的，t時刻所有傳感器狀態(tài)為：qt=F（t）.t是一個離散數(shù)值，設(shè)乘客通過閘機通道所需的時間為T，則該序列為：Q=（qt），0≤t

根據(jù)人體檢測和識別算法編寫相應(yīng)的軟件程序，將關(guān)鍵點識別和區(qū)域識別有效結(jié)合起來。以區(qū)域識別為基礎(chǔ)實現(xiàn)初步判斷，再用關(guān)鍵點識別完成修正，有效地提高了閘機系統(tǒng)人員檢測和識別的準(zhǔn)確度。

4 結(jié)束語

為了確保閘機系統(tǒng)人員檢測和判別的可靠性，應(yīng)積極簡化傳感器的布局分布和數(shù)量，將區(qū)域識別和關(guān)鍵點識別技術(shù)有效結(jié)合起來，進而提高閘機系統(tǒng)的識別率，減少乘客逃票行為。

參考文獻

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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