地铁车厢拥挤度提前预报装置及其预报方法与流程

本发明涉及预报装置及其预报方法，特别是地铁车厢拥挤度提前预报装置及其预报方法。

背景技术：

随着国民经济的迅速发展，中国城市化进程进一步加快，城市人口快速增长，交通供需矛盾日益突出，大型城市交通拥堵越来越严重。城市轨道交通具有运能效率高、能耗低、污染小、快速、准时及安全等明显优点，是解决城市交通问题的主要手段。国内现在具有类似地铁拥挤度提前预报功能专利比较少，有些是采用热传感仪来统计人数，但热传感仪价格过于昂贵，不适合广泛用于地铁。因此，研发一款可以有效地检测各车厢和各站台乘客数量信息，再将该信息提前预报，引导乘客走向人数较少的站台，成为了业界亟待解决的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种地铁车厢拥挤度提前预报装置及其预报方法。本发明可以有效地检测到车厢地面和站台地面的乘客数量，再将该信息传输至地铁通道内的指示屏，能提前预报各站台以及车厢的拥挤程度，引导乘客前往人数少的站台；此外，本发明还具有结构简单，维修方便，价格便宜的优点。

本发明的技术方案：地铁车厢拥挤度提前预报装置，包括设置在车厢地面和站台地面底部的多个监测机构，所述的监测机构包括底座，底座上设有四对支撑台，四对支撑台上分别固定有一个待测梁，四个待测梁各连接有一个压阻式压力传感器，所述的压阻式压力传感器包括设置在待测梁上的应力片，压阻式压力传感器连接有信号处理器，信号处理器连接有无线信号发射器；四个待测梁上设有支撑面，支撑面下部设有四个支点，四个支点分别设在四个待测梁的中部位置上；无线信号发射器连接有控制主机，控制主机与通道内的指示屏相连；所述的底座上还设有启闭机构。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置中，所述的支撑面为透明材质，支撑面包括第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板上设有第一凹槽，第二支撑板上设有与第一支撑板相对称的第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽组成一个“工”型槽，“工”型槽上活连接有“工”型固定板，“工”型固定板上表面与支撑面的上表面平齐，支撑面的上面板与地面平齐。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置中，所述的第一支撑板上设有第三凹槽，第三凹槽内铰接有把手，第二支撑板上设有第四凹槽，第四凹槽内也设铰接有把手。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置中，所述的启闭机构包括设置在底座上的四个步进电机，所述步进电机的电机轴连接有丝杠，丝杠连接有内旋轴，内旋轴的底部设有与丝杠相配合的螺旋槽，螺旋槽的一端设有环形限位凸起；所述内旋轴的外侧设有固定套，固定套的侧面设有支脚，支脚固定在底座上；所述内旋轴的顶端设有齿轮；所述的第一支撑板的底部和第二支撑板的底部均设有第五凹槽，所述第五凹槽的一侧设有与齿轮相配合的齿条；所述第五凹槽的两端还设有起点限位开关和终点限位开关，起点限位开关、终点限位开关和步进电机均与控制主机相连。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置中，所述的底座上设有定位滑轨，支撑面上设有与定位滑轨相配合的凸起。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置中，所述的四对支撑台上各相对设置有第一固定槽和第二固定槽，待测梁的一端与第一固定槽相契合，待测梁的另一端与第二固定槽相契合。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置中，所述的站台地面上设置有过载指示灯，过载指示灯连接控制主机。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置的预报方法，通过车厢地面和站台地面底部的多个监测机构监测车厢地面和对应站台地面上的质量，并将车厢地面和对应站台地面上的质量总和在指示屏上显示出来。

前述的地铁车厢拥挤度提前预报装置的预报方法，将到站实际拥挤度和预测拥挤度相加得到拥挤度指数，将每节车厢的拥挤度指数在通道内的指示屏进行显示，以引导乘客走向人数较少的车厢，实现地铁车厢拥挤度提前预报；

即s指数＝s实际+s预测，其中，s指数为拥挤度指数，s实际为实际拥挤度，s预测为预测拥挤度；

s实际＝(n站台质量+n车厢质量)/v车厢体积

其中n站台质量为特定站台地面的质量，n车厢质量为特定站台对应的车厢地面的质量，v车厢体积为特定车厢的体积，特定站台地面的质量n站台质量和特定站台对应的车厢地面的质量n车厢质量分别通过车厢地面和站台地面底部的监测机构测得。

s预测＝k1*s1+k2*s2+k3*s3…

式中：

s预测--预测拥挤度，千克/立方米；

s1--一个成年人的拥挤度，千克/立方米；

s2--两个小孩的拥挤度，千克/立方米；

s3--一个行李箱的拥挤度，千克/立方米；

k1--一个成年人的几率；

k2--两个小孩的几率；

k3--一个行李箱的几率；

其中，s1为成年人的平均质量除以平均占用空间；

s2为两个小孩的平均质量除以平均占用空间；

s3为一个行李箱的平均质量除以平均占用空间；

k1、k2和k3为特定时段以及特定站点采集统计得到；

s指数＝s实际+s预测＝(n站台质量+n车厢质量)/v车厢体积+k1*s1+k2*s2+k3*s3…与现有技术相比，本发明包括设置在车厢地面和站台地面底部的多个监测机构，监测机构内部设有压阻式压力传感器，压阻式压力传感器能监测到站台和对应车厢内的人数，将数据通过无线信号发射器发射到控制主机，控制主机再将地铁各车厢拥挤度显示在指示屏上。其中用到的压阻式压力传感器价格便宜，实用性强，适合用于地铁，并且监测机构能提前预报各站台以及车厢的拥挤程度，指导人群走向人数少的站台，避免了某些站台过于拥堵使一些人上不了车厢的问题。此外，本发明的监测机构内部设有四个待测梁，支撑面下部的四个支点分别设置在四个待测梁的中部，这种设计能将大区域的力最大限度转换成小区域的力甚至是一个点上的力，并施加在待测梁上，使得待测梁上的应力片测量到的数据更加精确，并且能适应表面受力不均匀的情况。本发明的底座上还设有启闭机构，方便在系统出问题时打开支撑面进行维修。

本发明的支撑面为透明材质，有利于观察监测机构的运行情况，能及时观察到监测机构出问题的部分。所述的支撑面包括第一支撑板和第二支撑板，使得在车厢内部的拆装更加方便，防止了因支撑面过大而卡在车门里面的情形。而“工”型固定板能将第一支撑板和第二支撑板固定，使支撑面更加稳固。由于“工”型固定板上表面与支撑面的上表面平齐，支撑面的上面板与地面平齐，不会造成地面高凸不平绊倒行走的人。第一支撑板上的第三凹槽内铰接有把手，第二支撑板上的第四凹槽内也设铰接有把手，能方便维修人员抬起支撑面。

此外，本发明的底座上设有定位滑轨，支撑面上设有与定位滑轨相配合的凸起，能防止地铁加速时支撑面发生位移导致测量结果不准确。四对支撑台上各相对设置有第一固定槽和第二固定槽，待测梁的一端与第一固定槽相契合，待测梁的另一端与第二固定槽相契合，能防止待测梁发生偏移导致测量结果不准确。站台地面上还设置有过载指示灯，过载指示灯连接控制主机，过载指示灯能在站台和对应车厢人数过多时亮灯警示人们此处站台人数过多，避免有人没看见指示屏最终上不了地铁。

附图说明

图1是本发明在站台上的结构剖视图；

图2是本发明在车厢上的结构剖视图；

图3是监测机构的底座部分结构示意图；

图4是监测机构的支撑面部分结构示意图；

图5是第一支撑板的底面结构示意图；

图6是启闭机构的局部剖视结构示意图；

图7是本发明电元件的连接示意图。

附图标记：1-站台地面，2-车厢地面，3-监测机构，4-底座，5-支撑台，6-待测梁，7-应力片，8-定位滑轨，9-信号处理器，10-无线信号发射器，11-把手，12-支撑面，13-第一支撑板，14-第二支撑板，15-控制主机，16-指示屏，17-凸起，18-第三凹槽，19-第一凹槽，20-第二凹槽，21-“工”型槽，22-“工”型固定板，23-第四凹槽，24-第一固定槽，25-第二固定槽，26-压阻式压力传感器,27-过载指示灯，28-支点，29-启闭机构，30-第五凹槽，31-齿条，32-终点限位开关，33-起点限位开关，34-步进电机，35-丝杠，36-内旋轴，37-螺旋槽，38-环形限位凸起，39-支脚，40-固定套，41-齿轮。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：地铁车厢拥挤度提前预报装置，构成如图1-4所示，包括设置在车厢地面2和站台地面1底部的多个监测机构3，所述的监测机构3包括底座4，底座4为不锈钢材质，底座4隔绝地下的泥土，能防止地下湿气太重影响应力片7测量精度。底座4上设有四对支撑台5，四对支撑台5上分别固定有一个待测梁6，四个待测梁6各连接有一个压阻式压力传感器26，其中用到的压阻式压力传感器26价格便宜，实用性强，适合用于地铁，所述的压阻式压力传感器26包括设置在待测梁6上的应力片7，压阻式压力传感器26连接有信号处理器9，，信号处理器9的作用是减小电信号失真，信号处理器9为常规件，在市场上很容易买到，此处信号处理器9的型号可以选用bcpa1100，这种信号处理器的价格较低，且性能满足要求。信号处理器9连接有无线信号发射器10；四个待测梁6上设有支撑面12，支撑面12为透明材质，有利于观察监测机构3的运行情况，能及时观察到监测机构3出问题的部分，支撑面12包括第一支撑板13和第二支撑板14，第一支撑板13上设有第一凹槽19，第二支撑板14上设有与第一支撑板13相对称的第二凹槽20，第一凹槽19与第二凹槽20组成一个“工”型槽21，“工”型槽21上活连接有“工”型固定板22，能固定第一支撑板13和第二支撑板14，使得支撑面12更加稳固。“工”型固定板22上表面与支撑面12的上表面平齐，支撑面12的上面板与地面平齐，不会造成地面高凸不平绊倒行走的人。支撑面12下部设有四个支点28，四个支点28分别设在四个待测梁6的中部位置上，这种设计能将大区域的力最大限度转换成小区域的力甚至是一个点上的力，并施加在待测梁6中部，使得待测梁6上的应力片7测量到的数据更加精确，并且能适应表面受力不均匀的情况。无线信号发射器10连接有控制主机15，控制主机15为常规的pc，其具体结构不再作具体的陈述，控制主机15与通道内的指示屏16相连，控制主机15将车厢地面2上的人数及站台地面1上的人数传输到指示屏16上并显示出来，以此实现提前预报各站台以及车厢的拥挤程度，指导人群走向人数少的站台，避免了某些站台过于拥堵使一些人上不了车厢的问题。底座4上还设有启闭机构29，方便在系统出问题时打开支撑面12进行维修。所述的启闭机构29包括设置在底座4上的四个步进电机34，所述步进电机34的电机轴连接有丝杠35，丝杠35连接有内旋轴36，内旋轴36的底部设有与丝杠35相配合的螺旋槽37，螺旋槽37的一端设有环形限位凸起38；所述内旋轴36的外侧设有固定套40，固定套40内侧最好设置摩擦性强的材料，可黏贴薄硅胶套，固定套40的侧面设有支脚39，支脚39经螺栓固定在底座4上；所述内旋轴36的顶端设有齿轮41；所述的第一支撑板13的底部和第二支撑板14的底部均设有第五凹槽30，所述第五凹槽30的一侧设有与齿轮41相配合的齿条31，在初始位置时，齿轮41与第五凹槽30是分开的；所述第五凹槽30的两端还设有起点限位开关33和终点限位开关32，起点限位开关33、终点限位开关32和步进电机34均与控制主机15相连。

作为优选，本发明的第一支撑板13上设有第三凹槽18，第三凹槽18内铰接有把手11，第二支撑板14上设有第四凹槽23，第四凹槽23内也设铰接有把手11，能方便维修人员抬起支撑面12。底座4上设有定位滑轨8，支撑面12上设有与定位滑轨8相配合的凸起17，能防止地铁加速时支撑面12发生位移导致测量结果不准确。四对支撑台5上各相对设置有第一固定槽24和第二固定槽25，待测梁6的一端与第一固定槽24相契合，待测梁6的另一端与第二固定槽25相契合，能防止待测梁6发生偏移导致测量结果不准确。此外，站台地面1上还设置有过载指示灯27，过载指示灯27连接控制主机15，过载指示灯27能在站台和对应车厢人数过多时亮灯警示人们此处站台人数过多，避免有人没看见指示屏16最终上不了地铁。

上述的地铁车厢拥挤度提前预报装置的预报方法：

通过车厢地面和站台地面底部的多个监测机构监测车厢地面和对应站台地面上的质量，并将车厢地面和对应站台地面上的质量总和在指示屏上显示出来。

(ⅰ)、利用监测机构可以得出地面上总人数的重量。对于每一普通成年人份的重量(55kg)，有k1的几率是一个占拥挤度s1的成年人，有k2的几率是两个共占拥挤度s2的小孩，有k3的几率是一个占拥挤度s3的行李箱……将到站实际拥挤度和预测拥挤度相加得到拥挤度指数，将每节车厢的拥挤度指数在通道内的指示屏进行显示，以引导乘客走向人数较少的车厢，实现地铁车厢拥挤度提前预报；

即s指数＝s实际+s预测，其中，s指数为拥挤度指数，s实际为实际拥挤度，s预测为预测拥挤度；

s实际＝(n站台质量+n车厢质量)/v车厢体积

其中n站台质量为特定站台地面的质量，n车厢质量为特定站台对应的车厢地面的质量，v车厢体积为特定车厢的体积，特定站台地面的质量n站台质量和特定站台对应的车厢地面的质量n车厢质量分别通过车厢地面和站台地面底部的监测机构测得。

s预测＝k1*s1+k2*s2+k3*s3…

式中：

s预测--预测拥挤度，千克/立方米；

s1--一个成年人的拥挤度，千克/立方米；

s2--两个小孩的拥挤度，千克/立方米；

s3--一个行李箱的拥挤度，千克/立方米；

k1--一个成年人的几率；

k2--两个小孩的几率；

k3--一个行李箱的几率；

其中，s1为成年人的平均质量除以平均占用空间；

s2为两个小孩的平均质量除以平均占用空间；

s3为一个行李箱的平均质量除以平均占用空间；

k1、k2和k3可在某个特定时段以及特定站点通过大数据计算获得，以此来得到某个拥挤度是一个成年人的几率、是两个小孩的几率以及是一个行李箱的几率；

s指数＝s实际+s预测＝(n站台质量+n车厢质量)/v车厢体积+k1*s1+k2*s2+k3*s3…(ⅱ)、利用人工智能算法可预测下车率。通过特定的压阻式压力传感器测出相应车厢地面上的人数以及相应站台地面上的人数，通过以下公式计算各个站车厢对应的下车率：

式中：

p--下车率；

n1--排队人数，人次；

n2--到站前车厢上的人数，人次；

n4--到站后车厢上的人数，人次；

n5--到站后车厢下车人数，人次。

利用下车率可以对地铁到站后各车厢拥挤度的显示进行临时调整，实现实时的修正，就近引导站台乘客走向拥挤度较小的车厢。

工作原理：车厢地面和站台地面底部都设有监测机构，监测机构包括设置在底座上的待测梁，待测梁上贴有应力片，应力片连接方式为惠更斯电桥，待测梁中部设有支撑面的四个支点，支撑面上的力都传送到这四个支点上，四个支点又将力施加在待测梁中部，此时待测梁发生形变，应力片将形变量转换成电信号，通过信号处理器调制信号，再通过无线信号发射器发送信息给控制主机。控制主机根据车厢地面和站台地面的检测机构反馈回来的信息，经过程序处理后发送电信号给站台的指示板，指示板上显示乘客可以去的几个车门。

需要维修时只需要通过控制主机开启步进电机，步进电机带动丝杠转动，丝杠带动内旋轴转动，内旋轴上升，直至上升到上极限位置，齿轮进入第五凹槽与齿条啮合，内旋轴不在上升，丝杠与内旋轴卡死，进而带动齿轮旋转，齿轮带动齿轮齿条位移，直至齿轮触碰到终点限位开关，终点限位开关发送信号给控制主机，控制主机使步进电机停止工作，此时维修人员可以进行维修工作。