一种基于红外检测关键点的闸机通行识别方法与流程

本发明属于通道闸机系统技术领域，特别是一种基于红外检测关键点的闸机通行识别方法。

背景技术：

随着我国经济的发展,城市人口密度的不断增加，急需一种自动售检票系统来缓解人流压力，闸机便是轨道交通自动售票检票系统中的最为关键设备之一。但目前我国的自动检票技术还不够成熟，国内的高铁、地铁检票系统多采用国外的设备或者部件，如德国的玛格丽特，瑞典固力保，日本的ace等。近些年来，我国市场对闸机设备的需求越来越大，国内许多企业和研究机构对闸机技术己经进行了大量研究工作，技术水平也在不断提高，但是关键部件和核心技术仍存在较大的差距，整体的闸机技术水平仍有待提高。

现有的闸机通行系统无法选择特定的红外光幕板数，可选的通行方案也较为单一，难以满足我国市场对闸机设备的需求。同时，现有方案中，只采用区域识别这一种方法，识别效果差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种红外检测光幕串接方便、系统工作稳定、配置原理实用的基于红外检测关键点的闸机通行识别方法；同时，在关键区域内的点位处采用状态追踪法，从而有效识别行人的尾随逃票行为。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于红外检测关键点的闸机通行识别方法，包括以下步骤：

步骤1、对闸机红外传感器进行布置，安装相应的红外检测光幕板；

步骤2、将闸机通道从入口方向依次划分为入口区、通行区、安全区、出口区四个区域；

步骤3、对闸机的工作模式进行配置，包括常开、常闭、紧急、维护、敞开五种工作模式；

步骤4，选用5个关键点进行状态检测，采用状态追踪法完成闸机通行识别。

进一步地，步骤1所述对闸机红外传感器进行布置，安装相应的红外检测光幕板，具体如下：

所述闸机采用28对红外对射式传感器，分别安装于通道两侧的闸机箱体上，上部安装12对传感器，下部安装8对，闸机左右两边分别安装4对并成纵向排列；传感器的布局和位置都在闸机通道的分区内，传感器的数目和布置根据实际情况确定。

进一步地，步骤2所述将闸机通道从入口方向依次划分为入口区、通行区、安全区、出口区四个区域，具体如下：

在通行方向确定的情况下，将闸机通道从入口方向依次划分为入口区、通行区、安全区、出口区四个区域；在设置界面中，这四个区域包含的检测点根据闸机门的实际位置配置；

入口区：安全区以前的区域被配置为入口区，与通行区的区别为：在行人没有被授权的情况下，若站在通道的入口处，触发入口区检测点，此时能够等待行人刷卡，等待时长能够配置；若超过设置时间还没有刷卡，则判断为非法通行；若没有设置入口区，则立即判断为非法通行；

通行区：安全区以前的区域被配置为通行区；

安全区：闸机门开关过程中能触及的区域；安全区中有行人时，闸机门不会继续动作；

出口区：安全区以后的区域均为出口区。

进一步地，步骤3所述对闸机的工作模式进行配置，包括常开、常闭、紧急、维护、敞开五种工作模式，具体如下：

(1)常开模式：只需要打开扇门和设置指示灯；

(2)常闭模式：进入通行模式子流程；

(3)紧急模式：先打开扇门，然后设置指示灯；

(4)维护模式：设置扇门为自由态并且设置指示灯；

(5)敞开模式：进入双向受控模式子流程。

进一步地，步骤4所述选用5个关键点进行状态检测，采用状态追踪法完成闸机通行识别，具体为：

(1)选用5个关键点进行状态检测，具体如下：

这5个点在上排12个检测点中选取，通过界面设置所选关键点，并依次用s1-s5表示；

将传感器被遮挡的状态记为1，未遮挡状态为0，则s1-s5检测点的状态组合一共有32种情况，用二进制表示也即00000到11111；根据行人通行时的特征，将这32个5位二进制数分组，表示闸机通道中的状态，分别为状态0至状态4，跟随态1，跟随态2和干扰态；其中状态0为：00000、10000、11000、11100、11110、11111；状态1为：01000、01100、01110、01111；状态2为：00100、00110、00111；状态3为：00010、00011；状态4为：00001；跟随状态1为；10001、10010、10011、10111、10110、10100；跟随状态2为：11001、11010、11011；其他都为干扰状态；

(2)采用状态追踪法完成闸机通行识别，具体如下：

①若能遮挡上排传感器的人正常通过闸机通道，则通行区上排传感器的状态变化应该为：状态0→状态1→状态2→状态3→状态4→状态0；

②若有人跟随，则状态变化为：状态0→状态1→状态2→跟随态1→跟随态2，或者是：状态0→状态1→状态2→跟随态1→状态0；

③若多人通行，状态变化与行人之间的距离有关系，当距离大于设定值时，状态的变化为：状态0→状态1→状态2→状态3→状态4→状态0→状态1…；当距离小于设定值时，状态的变化为：状态0→状态1→状态2→状态3→状态4→跟随态1→跟随态2→状态0→状态1…；

通行过程中的非正常情况：

①行人跟随，则会进入跟随态1，若跟随者继续向前走，则会进入跟随态2或者状态0；

②行人跟随，一开始贴紧进入，进入通道后再拉大距离，此时状态法并不能判断为尾随，加入上排12个检测点的同步判断，如果在通行过程中，有两段连续三点及以上，则判断通道内有两个人，即有人尾随；

③若行人已经通过状态检测区，又向后甩手，触碰到检测区，则会经历一次状态4→状态0的变化，此时需要判别上上一次的状态，以区别正常通行，正常通行为状态3→状态4→状态0，而甩手触发状态变化为状态0→状态4→状态0。

进一步地，当工作模式设置为常闭模式时，闸机为正常工作状态，设置双向受控、进向受控出向锁定、进向受控出向自由、进向锁定出向自由、双向锁定、进向锁定出向自由、进向自由出向受控、进向自由出向锁定、双向自由9种通行模式，具体如下：

①双向受控：进向和出向需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式1；

②进向受控出向锁定：进向需要通过有效授权后方可通行，出向则禁止行人通行，进入通行模式2；

③进向受控出向自由：进向需要通过有效授权后方可通行，出向则不需要授权，行人可以直接通过，进入通行模式3；

④进向锁定出向受控：进向禁止行人通行，出向则需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式4；

⑤双向锁定：进向和出向禁止行人通行，进入通行模式5；

⑥进向锁定出向自由：进向禁止行人通行，出向则不需要授权，可以直接通过，进入通行模式6；

⑦进向自由出向受控：进向不需要授权，行人可以直接通过，出向则需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式7；

⑧进向自由出向锁定：进向不需要授权，行人可以直接通过，出向则禁止行人通行，进入通行模式8；

⑨双向自由：进向和出向不需要有效授权，行人可以直接通过，进入通行模式9。

进一步地，所述双向受控模式子流程具体为：根据具体的工作模式方向，闸机设备会处于进向或出向开门的状态，检测到已授权人员时则正常通行，如果检测到未授权人员则门关闭并且伴有指示灯状态改变以及声音报警的提示。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)可以根据要求选择特定的红外光幕板数，并确定安装方法；(2)在关键区域内的点位处采用状态追踪法，可以有效识别行人的尾随逃票行为。

附图说明

图1是本发明基于红外检测关键点的闸机通行识别方法中闸机红外传感器布置图。

图2是本发明中区域划分与检测点选择图。

图3是本发明中闸机工作模式配置图。

图4是本发明中闸机通行模式配置图。

图5是本发明中正向关键点状态转换图。

具体实施方式

本发明是一种基于红外检测关键点的闸机通行识别方法。首先对闸机红外传感器进行合理布置，然后将闸机通道依次划分为4个区域，接着对闸机的通行模式进行配置，具体包括常开、常闭、紧急、维护、敞开五种工作模式。当工作模式设置为常闭模式时，闸机为正常工作状态，可设置：双向受控、进向受控出向锁定、进向受控出向自由、进向锁定出向自由、双向锁定、进向锁定出向自由、进向自由出向受控、进向自由出向锁定、双向自由9种通行模式。该通行识别方法技术在关键区域内的点位处采用状态追踪法，选用5个关键点用作状态检测，以识别行人的尾随逃票等行为。

一种基于红外检测关键点的闸机通行识别方法，包括以下步骤：

步骤1、对闸机红外传感器进行布置，安装相应的红外检测光幕板；

步骤2、将闸机通道从入口方向依次划分为入口区、通行区、安全区、出口区四个区域；

步骤3、对闸机的工作模式进行配置，包括常开、常闭、紧急、维护、敞开五种工作模式；

步骤4，选用5个关键点进行状态检测，采用状态追踪法完成闸机通行识别。

进一步地，步骤1所述对闸机红外传感器进行布置，安装相应的红外检测光幕板，具体如下：

所述闸机采用28对红外对射式传感器，分别安装于通道两侧的闸机箱体上，上部安装12对传感器，下部安装8对，闸机左右两边分别安装4对并成纵向排列；传感器的布局和位置都在闸机通道的分区内，传感器的数目和布置根据实际情况确定。

进一步地，步骤2所述将闸机通道从入口方向依次划分为入口区、通行区、安全区、出口区四个区域，具体如下：

在通行方向确定的情况下，将闸机通道从入口方向依次划分为入口区、通行区、安全区、出口区四个区域；在设置界面中，这四个区域包含的检测点根据闸机门的实际位置配置；

入口区：安全区以前的区域被配置为入口区，与通行区的区别为：在行人没有被授权的情况下，若站在通道的入口处，触发入口区检测点，此时能够等待行人刷卡，等待时长能够配置；若超过设置时间还没有刷卡，则判断为非法通行；若没有设置入口区，则立即判断为非法通行；

通行区：安全区以前的区域被配置为通行区；

安全区：闸机门开关过程中能触及的区域；安全区中有行人时，闸机门不会继续动作；

出口区：安全区以后的区域均为出口区。

进一步地，步骤3所述对闸机的工作模式进行配置，包括常开、常闭、紧急、维护、敞开五种工作模式，具体如下：

(1)常开模式：只需要打开扇门和设置指示灯；

(2)常闭模式：进入通行模式子流程；

(3)紧急模式：先打开扇门，然后设置指示灯；

(4)维护模式：设置扇门为自由态并且设置指示灯；

(5)敞开模式：进入双向受控模式子流程。

进一步地，步骤4所述选用5个关键点进行状态检测，采用状态追踪法完成闸机通行识别，具体为：

(1)选用5个关键点进行状态检测，具体如下：

这5个点在上排12个检测点中选取，通过界面设置所选关键点，并依次用s1-s5表示；

将传感器被遮挡的状态记为1，未遮挡状态为0，则s1-s5检测点的状态组合一共有32种情况，用二进制表示也即00000到11111；根据行人通行时的特征，将这32个5位二进制数分组，表示闸机通道中的状态，分别为状态0至状态4，跟随态1，跟随态2和干扰态；其中状态0为：00000、10000、11000、11100、11110、11111；状态1为：01000、01100、01110、01111；状态2为：00100、00110、00111；状态3为：00010、00011；状态4为：00001；跟随状态1为；10001、10010、10011、10111、10110、10100；跟随状态2为：11001、11010、11011；其他都为干扰状态；

(2)采用状态追踪法完成闸机通行识别，具体如下：

①若能遮挡上排传感器的人正常通过闸机通道，则通行区上排传感器的状态变化应该为：状态0→状态1→状态2→状态3→状态4→状态0；

②若有人跟随，则状态变化为：状态0→状态1→状态2→跟随态1→跟随态2，或者是：状态0→状态1→状态2→跟随态1→状态0；

③若多人通行，状态变化与行人之间的距离有关系，当距离大于设定值时，状态的变化为：状态0→状态1→状态2→状态3→状态4→状态0→状态1…；当距离小于设定值时，状态的变化为：状态0→状态1→状态2→状态3→状态4→跟随态1→跟随态2→状态0→状态1…；

通行过程中的非正常情况：

①行人跟随，则会进入跟随态1，若跟随者继续向前走，则会进入跟随态2或者状态0；

②行人跟随，一开始贴紧进入，进入通道后再拉大距离，此时状态法并不能判断为尾随，加入上排12个检测点的同步判断，如果在通行过程中，有两段连续三点及以上，则判断通道内有两个人，即有人尾随；

③若行人已经通过状态检测区，又向后甩手，触碰到检测区，则会经历一次状态4→状态0的变化，此时需要判别上上一次的状态，以区别正常通行，正常通行为状态3→状态4→状态0，而甩手触发状态变化为状态0→状态4→状态0。

进一步地，当工作模式设置为常闭模式时，闸机为正常工作状态，设置双向受控、进向受控出向锁定、进向受控出向自由、进向锁定出向自由、双向锁定、进向锁定出向自由、进向自由出向受控、进向自由出向锁定、双向自由9种通行模式，具体如下：

①双向受控：进向和出向需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式1；

②进向受控出向锁定：进向需要通过有效授权后方可通行，出向则禁止行人通行，进入通行模式2；

③进向受控出向自由：进向需要通过有效授权后方可通行，出向则不需要授权，行人可以直接通过，进入通行模式3；

④进向锁定出向受控：进向禁止行人通行，出向则需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式4；

⑤双向锁定：进向和出向禁止行人通行，进入通行模式5；

⑥进向锁定出向自由：进向禁止行人通行，出向则不需要授权，可以直接通过，进入通行模式6；

⑦进向自由出向受控：进向不需要授权，行人可以直接通过，出向则需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式7；

⑧进向自由出向锁定：进向不需要授权，行人可以直接通过，出向则禁止行人通行，进入通行模式8；

⑨双向自由：进向和出向不需要有效授权，行人可以直接通过，进入通行模式9。

进一步地，所述双向受控模式子流程具体为：根据具体的工作模式方向，闸机设备会处于进向或出向开门的状态，检测到已授权人员时则正常通行，如果检测到未授权人员则门关闭并且伴有指示灯状态改变以及声音报警的提示。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明一种基于红外检测关键点的闸机通行识别方法，具体包括以下步骤：

步骤1，结合图1，上部排布12个传感器，是通行检测算法主要依靠的部分；下部排布8个传感器，起辅助通行的作用；此外，两旁也排布八个传感器，可以加强对反向进入和未授权闯入通道的检测。传感器的布局和位置都在闸机通道的分区内，传感器的数目和布置可根据实际情况适当改变。

步骤2，结合图2，在通行方向确定的情况下，闸机通道可以被依次划分为4个区域，从入口方向依次划分为入口区，通行区，安全区，出口区。在设置界面中，这四个区域包含的检测点可以根据闸机门的实际位置灵活配置。

安全区：闸机门开关过程中能触及的区域。安全区的作用是为了防止拍打门夹人的情况发生，不论是何种通行方式，如果行人处于安全区就不可以关门，并且在关门的过程中，也要时刻检测安全区状态，如果有行人进入，则应该立刻停止拍打门关闭或重新打开

出口区：安全区后为出口区，其在区域事件识别中起判别正向行人是否完全离开通道的作用。

通行区：安全区以前的区域可以被配置为通行区。通行区用于解决当行人没有刷卡但已经进入入口区并且继续前行准备逃票的情况，此时如果通行区检测到行人则会自动报警；

入口区：安全区以前的区域可以被配置为入口区，与通行区的区别为：在行人没有被授权的情况下，若站在通道的入口处，触发入口区检测点，此时可以等待行人刷卡，等待时长可配置，若超过设置时间还没有刷卡，则判断为非法通行并报警。若没有设置入口区，则会立即判断为非法通行，此外，入口区在区域事件识别中也起检测人员尾随的作用；

步骤3，结合图3，对系统进行工作模式配置，具体包括常开、常闭、紧急、维护、敞开五种工作模式：

1)常开模式：只需要打开扇门和设置指示灯。需要根据具体的模式方向，设定拍打门处于进向或出向开门的状态。“常开模式”主要用于人员无授权的连续通行。

2)常闭模式：进入通行模式子流程，下面会具体分析，同时需要需要配合通行模式使用。

3)紧急模式：先打开扇门，然后设置指示灯。闸机设备会处于出向开门的状态。“紧急模式”主要用于对发生突发事件时的处理或与消防系统联动。

4)维护模式：设置扇门为自由态并且设置指示灯。闸机设备的拍打门会呈自由状态，同时指示灯的状态会改变。“维护模式”主要是当需要对设备进行清洁、保养或检修时使用。

5)敞开模式：进入模式子流程。根据具体的工作模式方向，闸机设备会处于进向或出向开门的状态，检测到已授权人员时则正常通行，如果检测到未授权人员则门关闭并且伴有指示灯状态改变以及声音报警的提示。此模式是为了减少门的动作，延长电机的使用寿命，同时也有利于提高单位时间的通行量，减少上下班拥堵的情况发生。

结合图4，当工作模式设置为常闭模式时，闸机为正常工作状态，可设置9种通行模式：双向受控、进向受控出向锁定、进向受控出向自由、进向锁定出向自由、双向锁定、进向锁定出向自由、进向自由出向受控、进向自由出向锁定、双向自由：

(3.1)双向受控：进向和出向需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式1。

(3.2)进向受控出向锁定：进向需要通过有效授权后方可通行，出向则禁止行人通行，进入通行模式2。

(3.3)进向受控出向自由：进向需要通过有效授权后方可通行，出向则不需要授权，行人可以直接通过，进入通行模式3。

(3.4)进向锁定出向受控：进向禁止行人通行，出向则需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式4。

(3.5)双向锁定：进向和出向禁止行人通行，进入通行模式5。

(3.6)进向锁定出向自由：进向禁止行人通行，出向则不需要授权，可以直接通过，进入通行模式6。

(3.7)进向自由出向受控：进向不需要授权，行人可以直接通过，出向则需要通过有效授权后方可通行，进入通行模式7。

(3.8)进向自由出向锁定：进向不需要授权，行人可以直接通过，出向则禁止行人通行，进入通行模式8。

(3.9)双向自由：进向和出向不需要有效授权，行人可以直接通过，进入通行模式9。

步骤4，再结合图2，选用5个关键点用作状态检测，这5个点在上排12个检测点中选取，通过界面可以设置所选关键点，并依次用s1-s5表示。

将传感器被遮挡的状态记为1，未遮挡状态为0，则s1-s5检测点的状态组合一共有32种情况，用二进制表示也即00000到11111。

结合图5，为了提高对跟随识别的准确率，定义了两个跟随状态。此外，这些正向关键点状态之间的转换。根据行人通行时的特征，将这32个5位二进制数分组，表示闸机通道中的状态，分别为状态0至状态4，跟随态1，跟随态2和干扰态。其中状态0为：00000、10000、11000、11100、11110、11111；状态1为：01000、01100、01110、01111；状态2为：00100、00110、00111；状态3为：00010、00011；状态4为：00001；跟随状态1为；10001、10010、10011、10111、10110、10100；跟随状态2为：11001、11010、11011；其他都为干扰状态。

分析行人的通行行为与状态变化之间的关系：

(4.1)若成年人即能遮挡上排传感器的人正常通过闸机通道，则通行区上排传感器的状态变化应该为：状态0→状态1→状态2→状态3→状态4→状态0；

(4.2)若有人跟随，则状态变化为：状态0→状态1→状态2→跟随态1→跟随态2，或者是：状态0→状态1→状态2→跟随态1→状态0；

通行过程中可能会出现的非正常情况，以下分析各种情况：

(4.3)行人跟随，则会进入跟随态1，若跟随者继续向前走，则会进入跟随态2或者状态0；

(4.4)行人跟随，一开始贴紧进入，进入通道后再拉大距离，此时状态法并不能判断为尾随，加入上排12个检测点的同步判断，如果在通行过程中，有两段连续三点及以上，则判断通道内有两个人，即有人尾随；

(4.5)若行人已经通过状态检测区，又向后甩手，触碰到检测区，则会经历一次状态4→状态0的变化，此时需要判别上上一次的状态，以区别正常通行，正常通行为状态3→状态4→状态0，而甩手触发状态变化为状态0→状态4→状态0。