基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，其特征在于所述系統包括超聲波傳感器模塊、數據處理模塊和GPS定位模塊，所述超聲波傳感器模塊，用于探測公交車進門和出門處物體的數據信號，并將采集到的數據信號傳輸給數據處理模塊；所述GPS定位模塊用于實時獲取公交車的位置信息，并將公交車的位置信息發送給數據處理模塊；所述數據處理模塊根據超聲波傳感器模塊提供的數據信號進行處理分析，獲取公交車在指定時間、指定位置進出公交車的上下車人數。該系統采用超聲波傳感器的原理來實現客流數據的采集，提高客流數據統計的精確性和魯棒性，為公交車的運營分析理念、客流規劃、調度、管理技術提供切實可行的解決方案。
【專利說明】基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于車輛管理【技術領域】，具體涉及一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統。
【背景技術】
[0002]作為公共交通工具的所有者和管理者需要實時、清楚、準確的旅客交通統計數據作為規劃、車輛調度、運營管理的依據，因此必須要有相應的客流統計與運營分析系統的軟硬件設備提供支持。公交車客流量統計系統是用在公共交通工具中自動、智能準確地采集上車下車客流量、每個站點客流量信息進行時段統計管理及車輛運營分析的信息檢測、管理系統。
[0003]現有技術中，專利申請號為200420113463.0的中國專利申請提供了一種人流量監測裝置；專利申請號為01137313.X的中國專利申請提供了一種用電磁探測器記錄公交車人流量的裝置；專利申請號為200710041616.3的中國專利申請提供了一種基于計算機視覺的客流量檢測方法及系統；專利申請號為200810037799.6的中國專利申請提供了一種基于智能視頻識別技術的人流量統計方法與系統；專利申請號為200910153676.3中的中國專利申請提供了一種公交車人流量計數裝置；專利申請號為200910106055.X的中國專利申請提供了一種游客流量數據的統計處理方法、系統及服務器；專利申請號為200920209555.1的中國專利申請提供了一種在商場或超市利用RFID技術統計顧客流量的裝置；專利申請號為201010122682.5的中國專利申請提供了一種實時公交車客流量統計方法。上述這些技術方案中客流量統計系統所使用的客流統計方法可以分為基于攝像頭的視頻檢測方法和基于光電傳感器的檢測方法。
[0004]目前，客流量統計的技術方法存在以下幾個難點:高密度客流的精確計數、客流方向判定以及光照、環境等因素的影響。基于計算機視覺的客流量統計系統適用于客流量密度較低的情況，同時也能識別客流方向，但當客流密度高時檢測精度較低，而且軟件算法實現復雜，成本較高；基于光電傳感器的客流統計系統不易受環境因素的影響，但高密度客流和客流方向仍是技術難題。本發明因此而來。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，該系統解決了現有技術中公交車客流統計系統中采用的軟件算法實現復雜，成本較高或者易受環境影響或者不能進行大流量的統計等問題。
[0006]為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是:
[0007]一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，其特征在于所述系統包括超聲波傳感器模塊、數據處理模塊和GPS定位模塊，所述超聲波傳感器模塊，用于探測公交車進門和出門處物體的數據信號，并將采集到的數據信號傳輸給數據處理模塊；所述GPS定位模塊用于實時獲取公交車的位置信息，并將公交車的位置信息發送給數據處理模塊；所述數據處理模塊根據超聲波傳感器模塊提供的數據信號進行處理分析，獲取公交車在指定時間、指定位置進出公交車的上下車人數。
[0008]優選的技術方案是:所述系統還包括數據存儲模塊，所述數據存儲模塊與數據處理模塊連接，用于存儲公交車輛客流數據信息、公交車位置信息和超聲波傳感器模塊采集到的數據信息。
[0009]優選的技術方案是:所述系統還包括客流管理平臺、數據傳輸模塊，所述客流管理平臺通過數據傳輸模塊與數據處理模塊連接，用于負責接收公交車輛發送的客流量數據信息并進行分析，按不同需求生成統計信息和報表，并提供可選的打印功能，為公交車系統的規劃、車輛調度和運營管理提供依據。
[0010]優選的技術方案是:所述數據傳輸模塊為GPRS模塊，所述GPRS模塊利用GPRS網
絡將獲得的客流量數據傳送至客流管理平臺。
[0011]優選的技術方案是:所述超聲波傳感器模塊包括若干組安裝在公交車上下門附近的超聲波傳感器，所述超聲波傳感器包括超聲波發射器與超聲波發射器配合的超聲波接收器，超聲波發射器發射出的超聲波碰到物體形成反射回波為超聲波接收器接收。
[0012]本發明的另一目的在于提供一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:
[0013](I)通過超聲波傳感器探測公交車進門和出門處物體的數據信號；
[0014](2)實時獲取公交車的位置信息；
[0015](3)根據超聲波傳感器探測的數據信號和公交車的位置信息，獲取公交車在指定時間、指定位置進出公交車的上下車人數。
[0016]優選的技術方案是:所述方法步驟(3)中根據超聲波傳感器探測的數據信號計算公交車的上下車人數是按照以下步驟實現的:
[0017]I)構建坐標系，假設與地面平行且上車門指向車頭位置且與車身平行的方向為χ軸正方向，垂直地面方向向上為y軸正方向；上車門指向車內且垂直于χ軸的方向為z軸正方向，則χ軸上每點代表超聲波傳感器的標號值，z軸數據代表不同的時刻，y軸數據為每個傳感器測到的距離值，假設獲得的超聲波形中的波峰處代表乘客位置，定義y軸正方向向下；x_y數據為同一時刻不同傳感器采集到的距離值，z-y數據為同一個傳感器在不同時刻采集到的距離值，x-z-y數據為某時間段內每個超聲波傳感器采集到的距離數據；
[0018]2)對該時間段內采集到的x-z-y數據進行濾波和插值處理，繪制三維圖形，根據三維圖形的波峰處統計出經過的乘客人數，根據z-y數據曲線的變化判斷乘客的行進方向。
[0019]優選的技術方案是:所述方法步驟2)按照以下步驟進行:
[0020](I)首先對該時間段內采集到的x-t-y數據進行濾波和插值處理；
[0021](2)然后對(X，t, y)數據進行三維圖形繪制；
[0022](3)根據三維圖形的形狀，三維數據的波谷處就代表乘客的頭部位置，波谷個數就代表此時間段內經過的乘客人數；
[0023](4)根據t_y數據曲線的變化判斷乘客的行進方向:當數據變化沿t軸正方向變化時，說明乘客從上車門上車；當數據變化沿t軸負方向變化時，說明乘客從上車門下車。
[0024]本發明提供一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，旨在解決公交車客流數據統計的精確度受室外環境、高密度客流、圖像質量等因素影響的問題，提高系統的精確性、魯棒性和可靠性，并增加數據無線傳送、車輛實時定位、數據分析及后臺管理等功能。客流量統計系統是客流量統計、評估的有效方法，用來檢測公交線路各個站點上下客人數，分析特定時段的車廂內乘客及上下車人數，得出客流方向、數量規律，提高公共交通的運營管理的效率。
[0025]本發明技術方案中超聲波傳感器包含超聲波發射器、超聲波接收器及控制電路，發射器發射出的超聲波碰到物體會產生顯著反射形成反射回波，接收器接收這種反射回波，然后利用超聲波回波測距原理，運用精確的時差測量技術，檢測傳感器與目標物之間的距離。
[0026]超聲波測距原理是通過超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播時碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為V，根據計時器記錄的測出發射和接收回波的時間差Λ t，就可以計算出發射點距障礙物的距離S，這就是所謂的時間差測距法，距離s的計算公式為:
[0027]s=v.At/2。
[0028]由于超聲波本質上是一種聲波，而聲速與溫度T有關,在使用時,如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。常溫下超聲波的傳播速度是334米/秒，但其傳播速度V易受空氣中溫度、濕度、壓強等因素的影響，其中受溫度的影響較大，如溫度每升高1°C，聲速增加約0.6米/秒。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正，本發明采用了溫度補償的方法。已知現場環境溫度為T時，超聲波傳播速度V的計算公式為:v=331.45+0.607*T，聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。
[0029]具體的，本發明基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統包括超聲波傳感器模塊、數據處理模塊、GPS模塊、GPRS模塊、數據存儲模塊、客流管理平臺，其中:
[0030]超聲波傳感器模塊，每輛公交車前門和后門處各安裝一套超聲波接發射裝置，每套超聲波接發射裝置有若干個超聲波傳感器，每個車門處安裝的超聲波傳感器個數視車門的寬度而定；
[0031]數據處理模塊，對超聲波傳感器模塊采集到的數據信號進行處理分析，得到每輛公交車在某時間段、某站點的前后門上下車人數，與對應的車輛位置、停站時間等信息一起存至數據存儲模塊；
[0032]GPS模塊，用于獲得每輛公交車的實時動態位置信息，不僅可以結合根據車輛車門打開和關閉時間來統計車輛在某個時間、某個站點的停留時間，更方便于突發事件時公交車輛的調度、管理；
[0033]GPRS模塊，利用GPRS網絡將獲得的客流量數據傳送至客流管理平臺，并提供定期傳送客流統計數據和實時傳送客流統計數據兩種方式，為確保GPRS信號穩定，可以將GPRS天線安裝在公交車車頂位置；
[0034]數據存儲模塊，包括兩部分數據信息，其中一部分為存儲的公交車輛客流數據信息，包括公交車線路、車牌號碼、車輛運營時間、運營過程中車門打開和關閉時間及對應時間段內的車輛實時位置信息、前門上下車人數、后門上下車人數等數據；另一部分為超聲波傳感器模塊在某時間段內采集到的數據信息；[0035]客流管理平臺，負責接收公交車輛發送的客流量數據信息并進行分析，按不同需求生成統計信息和報表，并提供可選的打印功能，為公交車系統的規劃、車輛調度和運營管理提供依據。
[0036]相對于現有技術中的方案，本發明的優點是:
[0037]1.本發明中基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統采用超聲波傳感器的原理來實現客流數據的采集，提高客流數據統計的精確性和魯棒性，為公交車的運營分析理念、客流規劃、調度、管理技術提供切實可行的解決方案。
[0038]2.本發明中的客流量統計系統不僅可以應用在公共交通方面，還可以應用在大型商場、超市、旅游景點等活動場所，為經營者的管理和決策提供重要參考數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
[0040]圖1為本發明中基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0041]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發明而不限于限制本發明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
[0042]實施例
[0043]如圖1所示，如圖1所示，本發明
[0044]基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統包括超聲波傳感器模塊、數據處理模塊、GPS模塊、GPRS模塊、數據存儲模塊、客流管理平臺，其中:
[0045]超聲波傳感器模塊，每輛公交車前門和后門處各安裝一套超聲波接發射裝置，每套超聲波接發射裝置有若干個超聲波傳感器，每個車門處安裝的超聲波傳感器個數視車門的寬度而定；
[0046]數據處理模塊，對超聲波傳感器模塊采集到的數據信號進行處理分析，得到每輛公交車在某時間段、某站點的前后門上下車人數，與對應的車輛位置、停站時間等信息一起存至數據存儲模塊；
[0047]GPS模塊，用于獲得每輛公交車的實時動態位置信息，不僅可以結合根據車輛車門打開和關閉時間來統計車輛在某個時間、某個站點的停留時間，更方便于突發事件時公交車輛的調度、管理；
[0048]GPRS模塊，利用GPRS網絡將獲得的客流量數據傳送至客流管理平臺，并提供定期傳送客流統計數據和實時傳送客流統計數據兩種方式，為確保GPRS信號穩定，可以將GPRS天線安裝在公交車車頂位置；
[0049]數據存儲模塊，包括兩部分數據信息，其中一部分為存儲的公交車輛客流數據信息，包括公交車線路、車牌號碼、車輛運營時間、運營過程中車門打開和關閉時間及對應時間段內的車輛實時位置信息、前門上下車人數、后門上下車人數等數據；另一部分為超聲波傳感器模塊在某時間段內采集到的數據信息；
[0050]客流管理平臺，負責接收公交車輛發送的客流量數據信息并進行分析，按不同需求生成統計信息和報表，并提供可選的打印功能，為公交車系統的規劃、車輛調度和運營管理提供依據。
[0051]首先對本實施例中所選取的超聲波傳感器進行說明，超聲波傳感器的基本工作原理為采用IO 口 TRIG觸發測距，給最少IOus的高電平信號，模塊自動發送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回，若有信號返回，通過IO 口輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離的計算公式為:
[0052]s=(t*v)/2 ；
[0053]其中，s為測試距離，t為高電平時間，V為聲速，且v=31.45+0.607*T，T為公交車內環^!.溫度。
[0054]本實施例中所選超聲波傳感器的寬度為45mm、高度為15mm,可提供0.02m_4m的非接觸式距離感測功能，采集精度可達到3_。
[0055]在給出本發明中基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統的工作流程之前，首先解決超聲波傳感器的安裝問題，因為每個超聲波傳感器間的間距及個數問題會直接影響客流統計系統的精確性。
[0056]當兩個超聲波傳感器間距太小時，采集到的數據會相互重疊，當兩個超聲波傳感器間距太大時，又會造成數據的漏采集，為平衡這兩個問題，結合乘客平均身高1.70m，經過多次安裝以及對試驗結果的驗證，本實施例所選傳感器發射超聲波的角度小于15度，且將兩個傳感器間的距離定為155mm。以本實施例中所用試驗車的上車門的寬度0.8m為例，需安裝4個超聲波傳感器。由于超聲波傳感器成本很低，與能提高客流統計系統的精確度相t匕，這樣并不存在會增加系統裝置的成本的問題。
[0057]為在工作流程中描述方便，做以下說明:
[0058]1.以上車門處的超聲波接發射裝置為例，首先定義下列敘述中用到的坐標軸方向:上車門指向車頭位置且與車身平行的方向為χ軸正方向、垂直水平線向下的方向為y軸正方向、上車門指向司機座椅且垂直于χ軸的方向為z軸(為表述其物理意義，以下記為t軸)正方向。X軸上每點代表超聲波傳感器的標號值，t軸數據代表不同的時刻，y軸數據為每個傳感器測到的距離值。實際上，x-y數據為同一時刻不同傳感器采集到的距離值，t-y數據為同一個傳感器在不同時刻采集到的距離值，x-t-y數據為某時間段內每個超聲波傳感器采集到的距離數據。
[0059]2.在采集的大量上下車視頻中，當人數較少、上下車順暢時，每位乘客上下車時間分別為3s-4s，考慮到擁擠情況，本實施例中的數據處理取5s為一個時間段。
[0060]下面給出本發明中基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統的工作流程:
[0061]1.為滿足不同車型的安裝需要，安裝客流統計系統裝置時，將超聲波傳感器與安裝支架間的角度設計為可旋轉0-90度，可吊裝于車頂，也可側裝于車門門框處。
[0062]2.當公交車輛從每天第一次啟動開始，客流量統計系統開始工作，超聲波傳感器也開始采集數據，同時，GPS模塊一直處于工作狀態，實時獲得車輛的動態位置信息并傳送至客流管理平臺進行存儲和顯示。
[0063]3.超聲波傳感器采集到數據以后，以5s為一個時間段，按照以下步驟對數據進行處理和分析:
[0064](I)首先對該時間段內采集到的x-t-y數據進行濾波和插值處理；[0065](2)然后對(x，t, y)數據進行三維圖形繪制；
[0066](3)根據三維圖形的形狀，三維數據的波谷處就代表乘客的頭部位置，波谷個數就代表此時間段內經過的乘客人數；
[0067](4)根據t-y數據曲線的變化判斷乘客的行進方向:當數據變化沿t軸正方向變化時，說明乘客從上車門上車；當數據變化沿t軸負方向變化時，說明乘客從上車門下車。這樣就可以分辨上門處下車及下門處上車的情況，使客流統計數據更為精確。
[0068]4.通過上述方法，可以得出任意時間段內車輛的上車門處上下車人數及下車門處上下車人數，結合車輛實時位置信息，就得到了客流統計數據，將這些數據存至數據存儲模塊，本實施例選取定期傳送數據的方式，在每輛公交車每天停止運營前將客流數據通過GPRS無線傳送至后臺的客流管理平臺。
[0069]5.在客流管理平臺中，可以實時查看某條公交線路的某輛公交車在任意時刻的位置、人數統計信息等數據信息，還可以根據需求對客流數據進行分析，生成可打印的統計信息和報表，為車輛調度和管理提供依據。
[0070]上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，其特征在于所述系統包括超聲波傳感器模塊、數據處理模塊和GPS定位模塊，所述超聲波傳感器模塊，用于探測公交車進門和出門處物體的數據信號，并將采集到的數據信號傳輸給數據處理模塊；所述GPS定位模塊用于實時獲取公交車的位置信息，并將公交車的位置信息發送給數據處理模塊；所述數據處理模塊根據超聲波傳感器模塊提供的數據信號進行處理分析，獲取公交車在指定時間、指定位置進出公交車的上下車人數。
2.根據權利要求1所述的基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，其特征在于所述系統還包括數據存儲模塊，所述數據存儲模塊與數據處理模塊連接，用于存儲公交車輛客流數據信息、公交車位置信息和超聲波傳感器模塊采集到的數據信息。
3.根據權利要求1所述的基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，其特征在于所述系統還包括客流管理平臺、數據傳輸模塊，所述客流管理平臺通過數據傳輸模塊與數據處理模塊連接，用于負責接收公交車輛發送的客流量數據信息并進行分析，按不同需求生成統計信息和報表，并提供可選的打印功能，為公交車系統的規劃、車輛調度和運營管理提供依據。
4.根據權利要求3所述的基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，其特征在于所述數據傳輸模塊為GPRS模塊，所述GPRS模塊利用GPRS網絡將獲得的客流量數據傳送至客流管理平臺。
5.根據權利要求3所述的基于超聲波傳感器的公交車客流統計系統，其特征在于所述超聲波傳感器模塊包括若干組安裝在公交車上下門附近的超聲波傳感器，所述超聲波傳感器包括超聲波發射器與超聲波發射器配合的超聲波接收器，超聲波發射器發射出的超聲波碰到物體形成反射回波為超聲波接收器接收。
6.一種基于超聲波傳感器的公交車客流統計方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)通過超聲波傳感器探測公交車進門和出門處物體的數據信號； (2)實時獲取公交車的位置信息； (3)根據超聲波傳感器探測的數據信號和公交車的位置信息，獲取公交車在指定時間、指定位置進出公交車的上下車人數。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中根據超聲波傳感器探測的數據信號計算公交車的上下車人數是按照以下步驟實現的: 1)構建坐標系，假設與地面平行且上車門指向車頭位置且與車身平行的方向為χ軸正方向，垂直地面方向向上為y軸正方向；上車門指向車內且垂直于χ軸的方向為z軸正方向，則χ軸上每點代表超聲波傳感器的標號值，z軸數據代表不同的時刻，y軸數據為每個傳感器測到的距離值，假設獲得的超聲波形中的波峰處代表乘客位置，定義y軸正方向向下；x-y數據為同一時刻不同傳感器采集到的距離值，z-y數據為同一個傳感器在不同時刻采集到的距離值，χ-ζ-y數據為某時間段內每個超聲波傳感器采集到的距離數據； 2)對該時間段內采集到的x-z-y數據進行濾波和插值處理，繪制三維圖形，根據三維圖形的波峰處統計出經過的乘客人數，根據z-y數據曲線的變化判斷乘客的行進方向。
【文檔編號】G07C9/00GK103714604SQ201310731619
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】張偉, 成波 申請人:蘇州清研微視電子科技有限公司, 清華大學蘇州汽車研究院（吳江）