專利名稱：智能門式自動檢票機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用傳感器技術的檢票機，特別是一種智能門式自動檢票機。
背景技術：
目前，隨著中國社會和經濟的快速發展，中國城市化發展速度越來越快。同時城市的人口不斷的增加，對城市交通的高效性和安全性提出了更高的要求。
自動檢票機作為AFC (Automatic Fare Collection System)系統主要設備之一已經被廣泛應用在軌道交通的各個車站內。在現有的AG (Automatic Gate)自動檢票機按照阻擋機構的不同，可以分為三桿式、拍打門式、剪刀門式三種，而目前的主流設備仍然是三桿式檢票機。由于三桿式不方便乘客攜帶大型行李通行、且通行速度低等要素制約，不如門式檢票機在通行中更加便捷和人性化。
在現有的門式自動檢票機中，普遍采用的是通過光電傳感器對人體的行走狀態特征進行識別。由于乘客在通道內行走會導致傳感器被遮擋產生一系列的信號，所以可以通過傳感器進行識別，其中通行對象包括攜帶或不攜帶手提箱、拉桿箱、背包等的兒童及成 人乘客。
本發明所提供的一種門式檢票機的傳感器布局與通行算法系統，可以解決在大客流通行下的多種尾隨狀況與非法通行不能很好的識別的情況，提高門式檢票機識別準確率以及識別效率。發明內容
本發明的目的是提供一種智能門式自動檢票機，針對在現有的檢票機中存在的識別大客流通行對象上存在的識別準確率低、識別尾隨與非法通行的不足，提高運輸效率，改善檢票機高峰通過率，便于大型行李通行和緊急乘客疏散。
為達到上述目的，本發明構思如下如附圖I所示，本發明采用輸入設備為18對光電傳感器，核心控制模塊為ARM主控板 LPC2214。本發明的傳感器布局米用為18對光電傳感器作為核心輸入,其電路原理圖如圖 3所示，工作原理是通過以下步驟實現步驟一 ARM主控板對18對傳感器的數據進行采集，并且記錄在主控板ARM內存中。
步驟二 ARM對已經采集到內存中的18對傳感器數據，作為輸入源輸入特征識別算法與通行法則兩個模塊中，并且在兩個模塊共同運算下，識別并記錄目前檢票機通道內的狀況，同時形成一套指導外設控制的參數。
步驟三將第二步驟中的指導外設控制的參數，按照不同的模塊進行控制，指導不同乘客通行狀態的正常通行。
步驟四將步驟二所識別的通道內的狀態，通過底層的控制系統進行識別，并記錄乘客在通行中所發生的事件。
本發明提供了一種門式自動檢票機，包括檢票機的傳感器布局分為5個區域，分3別為Zonel (進入區)、Zone2 (檢測區)、Zone3 (安全區)、Zone4 (監測區)、Zone5 (出行區)。
根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案一種智能門式自動檢票機，包括一個ARM系列主控板LPC2214U8對光電傳感器，其特征在于所述18對光電傳感器連接ARM系列主控板LPC2214，且18對光電傳感器檢測安置在門式檢票機的行走通道中，按照乘客通行方向將行走通道分為五個區域Zonel進入區、Zone2檢測區、Zone3安全區、Zone4監測區、Zone5出行區，Zonel進入區和Zone5出行區各安置2對傳感器，Zone2檢測區和Zone4監測區各安置5對傳感器，Zone3安全區安置 4對傳感器；所述ARM主控板LPC2214對18對光電傳感器的數據獲取與信息的采集，并且根據ARM 主控板的邏輯算法對所采集的數據與信息進行分析，從而對通道進行邏輯控制，使乘客順利通過檢票機。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和現出技術進步本發明分別將上述5個區域的傳感器數據傳輸給ARM主控板LPC2214 (1_1)，通過核心模塊的運算分析出每個區域的特征，對外設做出相應的控制。本發明通過五個區域的聯合判定能準確的捕捉乘客在通道中的位置與姿態，正確的控制乘客在通道內的正常通行，同時能有效防止乘客尾隨非法通行以及適應目前在國內大型城市中大客流通行的復雜性、高效性的要求。
圖I是本發明的系統結構框架圖。
圖2是本發明的工作原理圖。
圖3是本發明的光電傳感器電路原理圖。
圖4是本發明傳感器布局圖。
圖5-6是本發明對乘客闖入的判斷示意圖。
圖7-11為本案例的特征識別，對乘客與行李的識別，以及對兒童的識別情況。
圖12為所示實例中的乘客安全保護的情況。
圖13為所示實例中的乘客離開安全區的情況。
圖14為所示實例中的乘客行走在出行區的情況。
圖15是本發明的邏輯控制系統的流程圖。
具體實施方式
本發明的優選施例結合附圖詳述如下實施例一參見圖1，本智能門式自動檢票機包括一個ARM系列主控板LPC2214 (1_1)、18對光電傳感器(1-2)，其特征在于所述18對光電傳感器(1-2)連接ARM系列主控板LPC2214 (1-1)，且18對光電傳感器檢測安置在門式檢票機的行走通道中，按照乘客通行方向將行走通道分為五個區域Zonel進入區、Zone2檢測區、Zone3安全區、Zone4監測區、Zone5 出行區，Zonel進入區和Zone5出行區各安置2對傳感器(1-2)，Zone2檢測區和Zone4監測區各安置5對傳感器(1-2)，Zone3安全區安置4對傳感器(1_2)；所述ARM主控板LPC2214 (1_1)對18對光電傳感器(1_2)的數據獲取與信息的采集， 并且根據ARM主控板的邏輯算法對所采集的數據與信息進行分析，從而對通道進行邏輯控制，使乘客順利通過檢票機。
實施例二 本施例與施例一基本相同,特別之處如下所述Zonel進入區與Zone5出行區的高度為Hl,并且Zonel進入區與Zone5出行區關于中心對稱布置；所述Zone2檢測區域Zone4監測區中的傳感器SR2、SR3、SR4、SR5、SR8和 SL2、SL3、SL4、SL5、SL8 分別置于高度 Hl、H2、H3、H4、H5 ;所述 Zone3 安全區傳感器 SR6、 SL6、SR7、SL7分別置于高度H3和H5 ;所述傳感器位置的高度關系為H1>H2>H3>H4>H5。
所有光電傳感器(1-2)所采集的乘客信號分別傳遞給ARM主控板LPC2214 (1-1), 通過結合Zonel進入區、Zone2檢測區、Zone4監測區的數據信息判斷乘客是否完成通行。
所述Zonel進入區的傳感器位置高度Hl為890mm±50mm，SRO與SRl之間的距離為 SI，SI 范圍為 150mnT220mm。
所述Zone2檢測區的傳感器SR2、SR3、SR4、SR5、SR8的水平高度分別為H1、H2、H3、 H4、H5，H1 高度為 890_±50mm，H2 高度為 790_±30mm，H3 高度范圍 640mnT730mm，且 SL4、 SL6與SR4、SR6的高度可在范圍內選擇不同高度，H4的高度為400mm±20mm，H5的高度為 200mm±20mm ；SR2與SR4之間的水平距離為S3，S3為135mm±20mm，SR2與SR3之間的水平距離為 S4，S4范圍為150mnT220mm，其中SR5的水平位置離中心S7，S7為240_±30mm，SR8的水平位置離中心S6, S6為490_±30_。
所述Zone3安全區的傳感器包括SR6、SR7、SL6、SL7，其中SR6與SL6的高度為 640mnT730mm，SR7 與 SL7 的高度位置為 H5，H5 為 200mm±20mm，SL6、SL7 的水平距離 S9, S9 為160mm±20mm，其中SR6與SL6的水平距離與SR7與SL7的水平位置對齊，可移動范圍偏差為±20mm。
所述Zone4 監測區的傳感器包括SL2、SL3、SL4、SL5、SL8，其中 SL2、SL3、SL4、SL5、 SL8的傳感器安裝位置與SR2、SR3、SR4、SR5、SR8相對中心對稱布置。
所述Zone5出行區的傳感器包括SL0與SL1，其中SLO與SLl傳感器的安裝位置與Zonel進入區的傳感器SRO與SRl相對中心對稱布置。
實施例三實施例主控系統的結構框架如圖I所示。其中的核心部件為ARM主控板LPC2214( 1-1)、 18對光電傳感器(1-2)所組成。本發明的工作原理如圖2所示，其中輸入信號有5個區的 18對光電傳感器數據、。其中的核心模塊分為兩個模塊如圖2所示的特征識別算法部分 (2-7)、通行法則(2-8)的邏輯控制部分。本發明中，第一組傳感器Zonel區域的傳感器放置在通道的入口處如圖4所示，其中第一組傳感器用于探測乘客有沒有進入通道，同時通過矢量判斷的方法。來檢測是否為類似多體通行的方式，并對SRO與SRl的矢量通行進行計數。
具體應用實例中如乘客進入如圖5-6所示，其中實心的點表示傳感器被遮住，空心點表示傳感器未被遮住，如圖5-6所示，表示有乘客闖入。類似推導，實例中乘客繼續往前通行會產生一組數據SRO與SRl為10、11、01的數據。如此表示為一個完整的類似乘客的形體進入檢票機通道中。該矢量通行的數據為一個完整序列，數據更新的條件為下一組數據與上一組數據不同時進行，且同時連續三組同一空間、不同時間段的數據正好為上述10、11、01的數據才能形成一個矢量通行。通過對第一組傳感器數據的判斷是否為有乘客闖入、 是否有類似乘客人體進入檢票機通道、是否為多體通行來有效聯合Zone2區進行下一步判斷，通過檢測是否有闖入，提示乘客有人正在通行或者有人闖入通道。
本發明中，第二組傳感器Zone2區為檢測區，對通道內的情況進行判定，用于識別人體以及行李物品。第二組傳感器的布局如圖4所示。其中該區包含5個傳感器，SR2、SR3、 SR4、SR5、SR8，放置在檢票機的水平位置離中心位置的S5 S6、豎直位置離地面位置H5 H1 處如圖4所示的范圍中。由于第一組傳感器數據能識別是否為類似多體通行，因此根據第一組傳感器數據記錄，在本環節中能準確識別出行李與乘客的區別、判斷乘客離安全區的距離用于保護乘客攜帶大型行李通行功能。
具體實例如圖7-11所,其中的實心點表不的為傳感器被遮住,空心點表不的為傳感器未被遮住。那么如圖4所示，其中的Zone2區域包含了有5個傳感器數據。由于人體的直立行走特征，會產生在空間上傳感器的特殊序列。表現為在SR1、SR2、SR4、SR8的四個傳感器中會產生直立行走的特征，具體的數據特征為人體在直立步態下，會同時遮住SRl與 SR8或者同時遮住SR2與SR8的傳感器。且同時會在SRl與SR4或者SR4與SR2 傳感器， 在如圖4所示的由OUT端到IN端方向產生矢量通行。類似推導如實例特征圖7-10所示， 單人通行中查看傳感器SRI、SR2、SR4的特征序列。在不同時間斷采集的數據如圖7_10所示，SRl與SR4的傳感器在圖7中出現SRl被遮擋，SR4為未被遮擋狀態。在下一個時間的數據如圖8與9中出現的SRl被遮擋，同時SR4被遮擋。同理在下一個時間的數據如圖10 出現的SRl未被遮住且SR4被遮住。因此產生在OUT至IN的反向上產生矢量通行。
另外，如圖7-11所示，其中在圖9中出現傳感器如圖4所示的，SRl與SR8傳感器被同時遮住的數據為實心點。在圖10中出現了傳感器如圖4所示的位置，SR2與SR8傳感器被同時遮住的數據為實心點。通過上述實例的特征分析，其中產生SRl與SR4或者SR4 與SR2中的兩傳感器數據其中的一組傳感器產生矢量通行以及SRl與SR8或者SR2與SR8 中的一組產生同時遮住的數據表征人體的步態直立行走特征。
另外如圖11所示，其中傳感器SR5與SR8放置在如圖4所示的H5與H4的高度以及水平S7與S6的距離，同時作用能有效保護乘客的大型行李順利通過檢票機。如圖11所示，傳感器SR5與SR8中傳感器被遮住,通過聯合Zonel區與Zone2去的判斷,從而保護乘客攜帶長拉桿箱等行李的正常通行。
本發明中，第三組傳感器Zone3區域為安全區用于保護乘客的安全通行。該區域一共包含有4對傳感器，分別SR6、SR7、SL6、SL7，如圖4所示，放置在檢票機通道中，近似中心位置。其中水平距離為S8，以及SR6與SL6之間的距離為S9、高度為H3與H5的位置。
具體實例如圖12所示，其中傳感器實心表示為遮住，空心表示為傳感器未被遮住。其中SR6、SR7、SL6、SL7任何一個傳感器被遮擋均表示有乘客在通道中通行。在本實例中，乘客通行中同時遮住SL6與SL7安全區的傳感器則表示乘客在通道中，檢票機禁止關門處理，保護乘客通行。在本安全區中可以類似推導任一 Zone3區域的傳感器被遮擋均開啟Zone3去的保護功能。
本發明中的Zone4區域為監測區，其傳感器組為SL2、SL3、SL4、SL5、SL8，放置在與6傳感器SR2、SR3、SR4、SR5、SR8關于中心對稱的位置處。其中Zone4區域用于監測乘客在順利通過安全區Zone3后，乘客所在的職位，以及乘客是否完成此次通行。聯合Zone3區、 Zone2區、Zonel區域進行邏輯控制。
具體應用實例如圖13所示,其中的實心點表示為傳感器被遮住,空心點表示未被遮住。如圖4所示，包含5個傳感器組，通過該區域的傳感器的遮住與未被遮住可以捕獲乘客所在的位置。如圖13所示，SL2、SL3、SL5同時被遮住,如此可以表征乘客已經通過檢票機行走在監測區，離檢票機的中心為S6的距離處。類似可以推到乘客在監測區的準確位置，聯合Zone3區、Zone2區、Zonel區進行判斷乘客是否在正常通行中，并記錄通行中所發生的事件例如通行完成。
本發明中的Zone5區為出行區，其中的傳感器放置在IN端的出口處，其中高度為 H1。其中Zone5區傳感器用于探測乘客有沒有完成通行，同時通過矢量判斷的方法。通過 OUT端至IN端的矢量判定可以檢測乘客是否離開通道，同時通過IN端至OUT端的矢量判定可以檢測乘客是否有反向闖入通道內部，提示乘客有人闖入。
具體實例如圖14所示，其中傳感器包括SLO與SL1，其中的實心點表示為傳感器被遮擋，空心表示為傳感器未被遮擋。同理根據Zonel區類似的判定方式，通過對SRO與SRl 的數據，并聯合Zone3區、Zone2區、Zonel區對乘客是否離開檢票機通道做出判斷。如圖 14所示，SRO與SRl均被遮擋，表示乘客即將離開檢票機的通道。
此外本發明上述傳感器的位置關系以及相應的參數是通過分析與實驗驗證獲得。 其中傳感器的布局圖如圖4所示。
DZonel進入區的傳感器位置高度為Hl高度Hl為890mm±50mm, SRO與SRl之間的距離為SI, SI為150mm 220mm。
2) Zone2 檢測區的傳感器包括SR2、SR3、SR4、SR5、SR8。其中 SR2、SR3、SR4、SR5、 SR8的水平高度分別為H1、H2、H3、H4、H5。Hl高度為890_±50mm，H2高度為790_±30_， H3 高度為 640mm 730mm, H4 的高度為 400mm±20mm, H5 的高度為 200mm±20mm ；SR2與SR4之間的水平距離為S3，S3為135mm±20mm。SR2與SR3之間的水平距離為 S4，S4為150mnT220mm，其中SR5的水平位置離中心S7，S7為240_±30mm，SR8的水平位置離中心 S6, S6 為 49Ctam±3Ctam。
3)Zone3安全區的傳感器包括SR6、SR7、SL6、SL7。其中SR6與SL6的高度為 640mnT730mm，SR7與SL7的高度位置為H5，其中H5為200_±20mm，SL6、SL7的水平距離為S9，S9為160mm±20mm。其中SR6與SL6的水平距離與SR7與SL7的水平位置對齊，可移動范圍偏差為±20mm。
4) Zone4 監測區的傳感器包括SL2、SL3、SL4、SL5、SL8。其中 SL2、SL3、SL4、SL5、 SL8的傳感器安裝位置與SR2、SR3、SR4、SR5、SR8關于中心對稱布置。可移動范圍也與相應傳感器對應。
5) Zone5出行區的傳感器包括SL0與SLl，其中SLO與SLl傳感器的安裝位置與 Zonel區域的傳感器SRO與SRl關于中心對稱布置。可移動范圍也與相應傳感器對稱。
本發明的上述說明并非是特例，而是舉例說明本發明所用的技術方案。本發明的邏輯控制簡圖如圖15所示。其中核心模塊為特征提取、與通行法則兩個部分，該邏輯可以運行7個模式，分別為暫停服務模式、進站模式、出站模式、雙向模式、維護模式、緊急模式、故障模式。通過上述的說明能使相關領域技術人員理解本技術方案。且本發明的樣機的客戶使用效果，已經在上海地鐵得到相關認可。
權利要求
1.一種智能門式自動檢票機，包括一個ARM系列主控板LPC2214 (1_1)、18對光電傳感器(1-2)，其特征在于所述18對光電傳感器(1-2)連接ARM系列主控板LPC2214(1-1)， 且18對光電傳感器檢測安置在門式檢票機的行走通道中，按照乘客通行方向將行走通道分為五個區域Zonel進入區、Zone2檢測區、Zone3安全區、Zone4監測區、Zone5出行區， Zonel進入區和Zone5出行區各安置2對傳感器(1-2)，Zone2檢測區和Zone4監測區各安置5對傳感器(1-2)，Zone3安全區安置4對傳感器(1_2)；所述ARM主控板LPC2214 (1_1)對18對光電傳感器(1_2)的數據獲取與信息的采集， 并且根據ARM主控板的邏輯算法對所采集的數據與信息進行分析，從而對通道進行邏輯控制，使乘客順利通過檢票機。
2.根據權利要求I所述的智能門式自動檢票機，其特征在于所述Zonel進入區與 Zone5出行區的高度為H1，并且Zonel進入區與Zone5出行區關于中心對稱布置；所述 Zone2 檢測區域 Zone4 監測區中的傳感器 SR2、SR3、SR4、SR5、SR8 和 SL2、SL3、SL4、SL5、SL8 分別置于高度HI、H2、H3、H4、H5 ;所述Zone3安全區傳感器SR6、SL6、SR7、SL7分別置于高度H3和H5 ;所述傳感器位置的高度關系為H1>H2>H3>H4>H5。
3.根據權利要求I所述的自動檢票機，其特征在于所有光電傳感器(1-2)所采集的乘客信號分別傳遞給ARM主控板LPC2214 (1_1 )，通過結合Zonel進入區、Zone2檢測區、 Zone4監測區的數據信息判斷乘客是否完成通行。
4.根據權利要求I所示的智能門式自動檢票機，其特征在于所述Zonel進入區的傳感器位置高度Hl為890_±50mm，SRO與SRl之間的距離為SI，SI范圍為150mnT220mm。
5.根據權利要求I所示的智能門式自動檢票機，其特征在于所述Zone2檢測區的傳感器 SR2、SR3、SR4、SR5、SR8 的水平高度分別為 H1、H2、H3、H4、H5，Hl 高度為 890_±50_， H2高度為790_±30mm，H3高度范圍640mnT730mm，且SL4、SL6與SR4、SR6的高度可在范圍內選擇不同高度，H4的高度為400mm±20mm, H5的高度為200mm±20mm ；SR2與SR4之間的水平距離為S3，S3為135mm±20mm，SR2與SR3之間的水平距離為 S4，S4范圍為150mnT220mm，其中SR5的水平位置離中心S7，S7為240_±30mm，SR8的水平位置離中心S6, S6為490_±30_。
6.根據權利要求I所示的智能門式自動檢票機，其特征在于所述Zone3安全區的傳感器包括SR6、SR7、SL6、SL7，其中SR6與SL6的高度為640mnT730mm，SR7與SL7的高度位置為 H5，H5 為 200mm±20mm，SL6、SL7 的水平距離 S9, S9 為 160mm±20mm，其中 SR6 與 SL6 的水平距離與SR7與SL7的水平位置對齊，可移動范圍偏差為±20mm。
7.根據權利要求I所示的智能門式自動檢票機，其特征在于所述Zone4監測區的傳感器包括SL2、SL3、SL4、SL5、SL8，其中SL2、SL3、SL4、SL5、SL8的傳感器安裝位置與SR2、 SR3、SR4、SR5、SR8相對中心對稱布置。
8.根據權利要求書I所示的智能門式自動檢票機，其特征在于所述Zone5出行區的傳感器包括SL0與SL1，其中SLO與SLl傳感器的安裝位置與Zonel進入區的傳感器SRO 與SRl相對中心對稱布置。
全文摘要
本發明涉及一種智能門式檢票機。包括1個ARM主控板LPC2214(1-1)、18對光電傳感器(1-2)。所述光電傳感器檢測安置在門式檢票機行走通道中，按照乘客通行方向將行走通道分五個區域進入區、檢測區、安全區、監測區、出行區。本發明利用光電傳感器來捕捉人在通道內部的位置和狀態，并利用系統邏輯算法對乘客通行行為進行識別，使乘客能正常通過檢票機。本設計目標是提高軌道交通中的運輸效率，改善三桿式檢票機裝置空間狹小而存在著高峰時期通過率低、無法攜帶大型行李通行及緊急情況時不利于乘客疏散的問題。
文檔編號G07B11/00GK102945573SQ20121037886
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者趙翠蓮, 黃松恩, 柴益龍, 陳曉星 申請人:上海大學