专利名称：智能门式自动检票机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用传感器技术的检票机，特别是一种智能门式自动检票机。
背景技术：
目前，随着中国社会和经济的快速发展，中国城市化发展速度越来越快。同时城市的人口不断的增加，对城市交通的高效性和安全性提出了更高的要求。
自动检票机作为AFC (Automatic Fare Collection System)系统主要设备之一已经被广泛应用在轨道交通的各个车站内。在现有的AG (Automatic Gate)自动检票机按照阻挡机构的不同，可以分为三杆式、拍打门式、剪刀门式三种，而目前的主流设备仍然是三杆式检票机。由于三杆式不方便乘客携带大型行李通行、且通行速度低等要素制约，不如门式检票机在通行中更加便捷和人性化。
在现有的门式自动检票机中，普遍采用的是通过光电传感器对人体的行走状态特征进行识别。由于乘客在通道内行走会导致传感器被遮挡产生一系列的信号，所以可以通过传感器进行识别，其中通行对象包括携带或不携带手提箱、拉杆箱、背包等的儿童及成 人乘客。
本发明所提供的一种门式检票机的传感器布局与通行算法系统，可以解决在大客流通行下的多种尾随状况与非法通行不能很好的识别的情况，提高门式检票机识别准确率以及识别效率。发明内容
本发明的目的是提供一种智能门式自动检票机，针对在现有的检票机中存在的识别大客流通行对象上存在的识别准确率低、识别尾随与非法通行的不足，提高运输效率，改善检票机高峰通过率，便于大型行李通行和紧急乘客疏散。
为达到上述目的，本发明构思如下如附图I所示，本发明采用输入设备为18对光电传感器，核心控制模块为ARM主控板 LPC2214。本发明的传感器布局米用为18对光电传感器作为核心输入,其电路原理图如图 3所示，工作原理是通过以下步骤实现步骤一 ARM主控板对18对传感器的数据进行采集，并且记录在主控板ARM内存中。
步骤二 ARM对已经采集到内存中的18对传感器数据，作为输入源输入特征识别算法与通行法则两个模块中，并且在两个模块共同运算下，识别并记录目前检票机通道内的状况，同时形成一套指导外设控制的参数。
步骤三将第二步骤中的指导外设控制的参数，按照不同的模块进行控制，指导不同乘客通行状态的正常通行。
步骤四将步骤二所识别的通道内的状态，通过底层的控制系统进行识别，并记录乘客在通行中所发生的事件。
本发明提供了一种门式自动检票机，包括检票机的传感器布局分为5个区域，分3别为Zonel (进入区)、Zone2 (检测区)、Zone3 (安全区)、Zone4 (监测区)、Zone5 (出行区)。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案一种智能门式自动检票机，包括一个ARM系列主控板LPC2214U8对光电传感器，其特征在于所述18对光电传感器连接ARM系列主控板LPC2214，且18对光电传感器检测安置在门式检票机的行走通道中，按照乘客通行方向将行走通道分为五个区域Zonel进入区、Zone2检测区、Zone3安全区、Zone4监测区、Zone5出行区，Zonel进入区和Zone5出行区各安置2对传感器，Zone2检测区和Zone4监测区各安置5对传感器，Zone3安全区安置 4对传感器；所述ARM主控板LPC2214对18对光电传感器的数据获取与信息的采集，并且根据ARM 主控板的逻辑算法对所采集的数据与信息进行分析，从而对通道进行逻辑控制，使乘客顺利通过检票机。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和现出技术进步本发明分别将上述5个区域的传感器数据传输给ARM主控板LPC2214 (1_1)，通过核心模块的运算分析出每个区域的特征，对外设做出相应的控制。本发明通过五个区域的联合判定能准确的捕捉乘客在通道中的位置与姿态，正确的控制乘客在通道内的正常通行，同时能有效防止乘客尾随非法通行以及适应目前在国内大型城市中大客流通行的复杂性、高效性的要求。
图I是本发明的系统结构框架图。
图2是本发明的工作原理图。
图3是本发明的光电传感器电路原理图。
图4是本发明传感器布局图。
图5-6是本发明对乘客闯入的判断示意图。
图7-11为本案例的特征识别，对乘客与行李的识别，以及对儿童的识别情况。
图12为所示实例中的乘客安全保护的情况。
图13为所示实例中的乘客离开安全区的情况。
图14为所示实例中的乘客行走在出行区的情况。
图15是本发明的逻辑控制系统的流程图。
具体实施方式
本发明的优选施例结合附图详述如下实施例一参见图1，本智能门式自动检票机包括一个ARM系列主控板LPC2214 (1_1)、18对光电传感器(1-2)，其特征在于所述18对光电传感器(1-2)连接ARM系列主控板LPC2214 (1-1)，且18对光电传感器检测安置在门式检票机的行走通道中，按照乘客通行方向将行走通道分为五个区域Zonel进入区、Zone2检测区、Zone3安全区、Zone4监测区、Zone5 出行区，Zonel进入区和Zone5出行区各安置2对传感器(1-2)，Zone2检测区和Zone4监测区各安置5对传感器(1-2)，Zone3安全区安置4对传感器(1_2)；所述ARM主控板LPC2214 (1_1)对18对光电传感器(1_2)的数据获取与信息的采集， 并且根据ARM主控板的逻辑算法对所采集的数据与信息进行分析，从而对通道进行逻辑控制，使乘客顺利通过检票机。
实施例二 本施例与施例一基本相同,特别之处如下所述Zonel进入区与Zone5出行区的高度为Hl,并且Zonel进入区与Zone5出行区关于中心对称布置；所述Zone2检测区域Zone4监测区中的传感器SR2、SR3、SR4、SR5、SR8和 SL2、SL3、SL4、SL5、SL8 分别置于高度 Hl、H2、H3、H4、H5 ;所述 Zone3 安全区传感器 SR6、 SL6、SR7、SL7分别置于高度H3和H5 ;所述传感器位置的高度关系为H1>H2>H3>H4>H5。
所有光电传感器(1-2)所采集的乘客信号分别传递给ARM主控板LPC2214 (1-1), 通过结合Zonel进入区、Zone2检测区、Zone4监测区的数据信息判断乘客是否完成通行。
所述Zonel进入区的传感器位置高度Hl为890mm±50mm，SRO与SRl之间的距离为 SI，SI 范围为 150mnT220mm。
所述Zone2检测区的传感器SR2、SR3、SR4、SR5、SR8的水平高度分别为H1、H2、H3、 H4、H5，H1 高度为 890_±50mm，H2 高度为 790_±30mm，H3 高度范围 640mnT730mm，且 SL4、 SL6与SR4、SR6的高度可在范围内选择不同高度，H4的高度为400mm±20mm，H5的高度为 200mm±20mm ；SR2与SR4之间的水平距离为S3，S3为135mm±20mm，SR2与SR3之间的水平距离为 S4，S4范围为150mnT220mm，其中SR5的水平位置离中心S7，S7为240_±30mm，SR8的水平位置离中心S6, S6为490_±30_。
所述Zone3安全区的传感器包括SR6、SR7、SL6、SL7，其中SR6与SL6的高度为 640mnT730mm，SR7 与 SL7 的高度位置为 H5，H5 为 200mm±20mm，SL6、SL7 的水平距离 S9, S9 为160mm±20mm，其中SR6与SL6的水平距离与SR7与SL7的水平位置对齐，可移动范围偏差为±20mm。
所述Zone4 监测区的传感器包括SL2、SL3、SL4、SL5、SL8，其中 SL2、SL3、SL4、SL5、 SL8的传感器安装位置与SR2、SR3、SR4、SR5、SR8相对中心对称布置。
所述Zone5出行区的传感器包括SL0与SL1，其中SLO与SLl传感器的安装位置与Zonel进入区的传感器SRO与SRl相对中心对称布置。
实施例三实施例主控系统的结构框架如图I所示。其中的核心部件为ARM主控板LPC2214( 1-1)、 18对光电传感器(1-2)所组成。本发明的工作原理如图2所示，其中输入信号有5个区的 18对光电传感器数据、。其中的核心模块分为两个模块如图2所示的特征识别算法部分 (2-7)、通行法则(2-8)的逻辑控制部分。本发明中，第一组传感器Zonel区域的传感器放置在通道的入口处如图4所示，其中第一组传感器用于探测乘客有没有进入通道，同时通过矢量判断的方法。来检测是否为类似多体通行的方式，并对SRO与SRl的矢量通行进行计数。
具体应用实例中如乘客进入如图5-6所示，其中实心的点表示传感器被遮住，空心点表示传感器未被遮住，如图5-6所示，表示有乘客闯入。类似推导，实例中乘客继续往前通行会产生一组数据SRO与SRl为10、11、01的数据。如此表示为一个完整的类似乘客的形体进入检票机通道中。该矢量通行的数据为一个完整序列，数据更新的条件为下一组数据与上一组数据不同时进行，且同时连续三组同一空间、不同时间段的数据正好为上述10、11、01的数据才能形成一个矢量通行。通过对第一组传感器数据的判断是否为有乘客闯入、 是否有类似乘客人体进入检票机通道、是否为多体通行来有效联合Zone2区进行下一步判断，通过检测是否有闯入，提示乘客有人正在通行或者有人闯入通道。
本发明中，第二组传感器Zone2区为检测区，对通道内的情况进行判定，用于识别人体以及行李物品。第二组传感器的布局如图4所示。其中该区包含5个传感器，SR2、SR3、 SR4、SR5、SR8，放置在检票机的水平位置离中心位置的S5 S6、竖直位置离地面位置H5 H1 处如图4所示的范围中。由于第一组传感器数据能识别是否为类似多体通行，因此根据第一组传感器数据记录，在本环节中能准确识别出行李与乘客的区别、判断乘客离安全区的距离用于保护乘客携带大型行李通行功能。
具体实例如图7-11所,其中的实心点表不的为传感器被遮住,空心点表不的为传感器未被遮住。那么如图4所示，其中的Zone2区域包含了有5个传感器数据。由于人体的直立行走特征，会产生在空间上传感器的特殊序列。表现为在SR1、SR2、SR4、SR8的四个传感器中会产生直立行走的特征，具体的数据特征为人体在直立步态下，会同时遮住SRl与 SR8或者同时遮住SR2与SR8的传感器。且同时会在SRl与SR4或者SR4与SR2 传感器， 在如图4所示的由OUT端到IN端方向产生矢量通行。类似推导如实例特征图7-10所示， 单人通行中查看传感器SRI、SR2、SR4的特征序列。在不同时间断采集的数据如图7_10所示，SRl与SR4的传感器在图7中出现SRl被遮挡，SR4为未被遮挡状态。在下一个时间的数据如图8与9中出现的SRl被遮挡，同时SR4被遮挡。同理在下一个时间的数据如图10 出现的SRl未被遮住且SR4被遮住。因此产生在OUT至IN的反向上产生矢量通行。
另外，如图7-11所示，其中在图9中出现传感器如图4所示的，SRl与SR8传感器被同时遮住的数据为实心点。在图10中出现了传感器如图4所示的位置，SR2与SR8传感器被同时遮住的数据为实心点。通过上述实例的特征分析，其中产生SRl与SR4或者SR4 与SR2中的两传感器数据其中的一组传感器产生矢量通行以及SRl与SR8或者SR2与SR8 中的一组产生同时遮住的数据表征人体的步态直立行走特征。
另外如图11所示，其中传感器SR5与SR8放置在如图4所示的H5与H4的高度以及水平S7与S6的距离，同时作用能有效保护乘客的大型行李顺利通过检票机。如图11所示，传感器SR5与SR8中传感器被遮住,通过联合Zonel区与Zone2去的判断,从而保护乘客携带长拉杆箱等行李的正常通行。
本发明中，第三组传感器Zone3区域为安全区用于保护乘客的安全通行。该区域一共包含有4对传感器，分别SR6、SR7、SL6、SL7，如图4所示，放置在检票机通道中，近似中心位置。其中水平距离为S8，以及SR6与SL6之间的距离为S9、高度为H3与H5的位置。
具体实例如图12所示，其中传感器实心表示为遮住，空心表示为传感器未被遮住。其中SR6、SR7、SL6、SL7任何一个传感器被遮挡均表示有乘客在通道中通行。在本实例中，乘客通行中同时遮住SL6与SL7安全区的传感器则表示乘客在通道中，检票机禁止关门处理，保护乘客通行。在本安全区中可以类似推导任一 Zone3区域的传感器被遮挡均开启Zone3去的保护功能。
本发明中的Zone4区域为监测区，其传感器组为SL2、SL3、SL4、SL5、SL8，放置在与6传感器SR2、SR3、SR4、SR5、SR8关于中心对称的位置处。其中Zone4区域用于监测乘客在顺利通过安全区Zone3后，乘客所在的职位，以及乘客是否完成此次通行。联合Zone3区、 Zone2区、Zonel区域进行逻辑控制。
具体应用实例如图13所示,其中的实心点表示为传感器被遮住,空心点表示未被遮住。如图4所示，包含5个传感器组，通过该区域的传感器的遮住与未被遮住可以捕获乘客所在的位置。如图13所示，SL2、SL3、SL5同时被遮住,如此可以表征乘客已经通过检票机行走在监测区，离检票机的中心为S6的距离处。类似可以推到乘客在监测区的准确位置，联合Zone3区、Zone2区、Zonel区进行判断乘客是否在正常通行中，并记录通行中所发生的事件例如通行完成。
本发明中的Zone5区为出行区，其中的传感器放置在IN端的出口处，其中高度为 H1。其中Zone5区传感器用于探测乘客有没有完成通行，同时通过矢量判断的方法。通过 OUT端至IN端的矢量判定可以检测乘客是否离开通道，同时通过IN端至OUT端的矢量判定可以检测乘客是否有反向闯入通道内部，提示乘客有人闯入。
具体实例如图14所示，其中传感器包括SLO与SL1，其中的实心点表示为传感器被遮挡，空心表示为传感器未被遮挡。同理根据Zonel区类似的判定方式，通过对SRO与SRl 的数据，并联合Zone3区、Zone2区、Zonel区对乘客是否离开检票机通道做出判断。如图 14所示，SRO与SRl均被遮挡，表示乘客即将离开检票机的通道。
此外本发明上述传感器的位置关系以及相应的参数是通过分析与实验验证获得。 其中传感器的布局图如图4所示。
DZonel进入区的传感器位置高度为Hl高度Hl为890mm±50mm, SRO与SRl之间的距离为SI, SI为150mm 220mm。
2) Zone2 检测区的传感器包括SR2、SR3、SR4、SR5、SR8。其中 SR2、SR3、SR4、SR5、 SR8的水平高度分别为H1、H2、H3、H4、H5。Hl高度为890_±50mm，H2高度为790_±30_， H3 高度为 640mm 730mm, H4 的高度为 400mm±20mm, H5 的高度为 200mm±20mm ；SR2与SR4之间的水平距离为S3，S3为135mm±20mm。SR2与SR3之间的水平距离为 S4，S4为150mnT220mm，其中SR5的水平位置离中心S7，S7为240_±30mm，SR8的水平位置离中心 S6, S6 为 49Ctam±3Ctam。
3)Zone3安全区的传感器包括SR6、SR7、SL6、SL7。其中SR6与SL6的高度为 640mnT730mm，SR7与SL7的高度位置为H5，其中H5为200_±20mm，SL6、SL7的水平距离为S9，S9为160mm±20mm。其中SR6与SL6的水平距离与SR7与SL7的水平位置对齐，可移动范围偏差为±20mm。
4) Zone4 监测区的传感器包括SL2、SL3、SL4、SL5、SL8。其中 SL2、SL3、SL4、SL5、 SL8的传感器安装位置与SR2、SR3、SR4、SR5、SR8关于中心对称布置。可移动范围也与相应传感器对应。
5) Zone5出行区的传感器包括SL0与SLl，其中SLO与SLl传感器的安装位置与 Zonel区域的传感器SRO与SRl关于中心对称布置。可移动范围也与相应传感器对称。
本发明的上述说明并非是特例，而是举例说明本发明所用的技术方案。本发明的逻辑控制简图如图15所示。其中核心模块为特征提取、与通行法则两个部分，该逻辑可以运行7个模式，分别为暂停服务模式、进站模式、出站模式、双向模式、维护模式、紧急模式、故障模式。通过上述的说明能使相关领域技术人员理解本技术方案。且本发明的样机的客户使用效果，已经在上海地铁得到相关认可。
权利要求
1.一种智能门式自动检票机，包括一个ARM系列主控板LPC2214 (1_1)、18对光电传感器(1-2)，其特征在于所述18对光电传感器(1-2)连接ARM系列主控板LPC2214(1-1)， 且18对光电传感器检测安置在门式检票机的行走通道中，按照乘客通行方向将行走通道分为五个区域Zonel进入区、Zone2检测区、Zone3安全区、Zone4监测区、Zone5出行区， Zonel进入区和Zone5出行区各安置2对传感器(1-2)，Zone2检测区和Zone4监测区各安置5对传感器(1-2)，Zone3安全区安置4对传感器(1_2)；所述ARM主控板LPC2214 (1_1)对18对光电传感器(1_2)的数据获取与信息的采集， 并且根据ARM主控板的逻辑算法对所采集的数据与信息进行分析，从而对通道进行逻辑控制，使乘客顺利通过检票机。
2.根据权利要求I所述的智能门式自动检票机，其特征在于所述Zonel进入区与 Zone5出行区的高度为H1，并且Zonel进入区与Zone5出行区关于中心对称布置；所述 Zone2 检测区域 Zone4 监测区中的传感器 SR2、SR3、SR4、SR5、SR8 和 SL2、SL3、SL4、SL5、SL8 分别置于高度HI、H2、H3、H4、H5 ;所述Zone3安全区传感器SR6、SL6、SR7、SL7分别置于高度H3和H5 ;所述传感器位置的高度关系为H1>H2>H3>H4>H5。
3.根据权利要求I所述的自动检票机，其特征在于所有光电传感器(1-2)所采集的乘客信号分别传递给ARM主控板LPC2214 (1_1 )，通过结合Zonel进入区、Zone2检测区、 Zone4监测区的数据信息判断乘客是否完成通行。
4.根据权利要求I所示的智能门式自动检票机，其特征在于所述Zonel进入区的传感器位置高度Hl为890_±50mm，SRO与SRl之间的距离为SI，SI范围为150mnT220mm。
5.根据权利要求I所示的智能门式自动检票机，其特征在于所述Zone2检测区的传感器 SR2、SR3、SR4、SR5、SR8 的水平高度分别为 H1、H2、H3、H4、H5，Hl 高度为 890_±50_， H2高度为790_±30mm，H3高度范围640mnT730mm，且SL4、SL6与SR4、SR6的高度可在范围内选择不同高度，H4的高度为400mm±20mm, H5的高度为200mm±20mm ；SR2与SR4之间的水平距离为S3，S3为135mm±20mm，SR2与SR3之间的水平距离为 S4，S4范围为150mnT220mm，其中SR5的水平位置离中心S7，S7为240_±30mm，SR8的水平位置离中心S6, S6为490_±30_。
6.根据权利要求I所示的智能门式自动检票机，其特征在于所述Zone3安全区的传感器包括SR6、SR7、SL6、SL7，其中SR6与SL6的高度为640mnT730mm，SR7与SL7的高度位置为 H5，H5 为 200mm±20mm，SL6、SL7 的水平距离 S9, S9 为 160mm±20mm，其中 SR6 与 SL6 的水平距离与SR7与SL7的水平位置对齐，可移动范围偏差为±20mm。
7.根据权利要求I所示的智能门式自动检票机，其特征在于所述Zone4监测区的传感器包括SL2、SL3、SL4、SL5、SL8，其中SL2、SL3、SL4、SL5、SL8的传感器安装位置与SR2、 SR3、SR4、SR5、SR8相对中心对称布置。
8.根据权利要求书I所示的智能门式自动检票机，其特征在于所述Zone5出行区的传感器包括SL0与SL1，其中SLO与SLl传感器的安装位置与Zonel进入区的传感器SRO 与SRl相对中心对称布置。
全文摘要
本发明涉及一种智能门式检票机。包括1个ARM主控板LPC2214(1-1)、18对光电传感器(1-2)。所述光电传感器检测安置在门式检票机行走通道中，按照乘客通行方向将行走通道分五个区域进入区、检测区、安全区、监测区、出行区。本发明利用光电传感器来捕捉人在通道内部的位置和状态，并利用系统逻辑算法对乘客通行行为进行识别，使乘客能正常通过检票机。本设计目标是提高轨道交通中的运输效率，改善三杆式检票机装置空间狭小而存在着高峰时期通过率低、无法携带大型行李通行及紧急情况时不利于乘客疏散的问题。
文档编号G07B11/00GK102945573SQ20121037886
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者赵翠莲, 黄松恩, 柴益龙, 陈晓星 申请人:上海大学