一种站台门避障检测系统及其避障检测方法和应用与流程

1.本发明涉及站台门障碍物检测装置技术领域，尤其是一种站台门避障检测系统及其避障检测方法和应用。


背景技术：

2.近年来，随着我国地铁持续迅猛的发展，线网日益复杂。为了保障乘客乘车安全，防止大量拥挤客流情况下发生乘车事故，目前的地铁站台与列车之间大都设置一个站台屏蔽门。但随着客流量的日益增长，列车与屏蔽门间隙夹人的现象时有发生。
3.虽然，在现有的建设及运营中已经采取了很多预防手段，如安装防夹挡板、红外光栅探测等物理和技术的手段，但由于这些手段的不完善性，在实际的地铁运营过程中，还是依靠列车司机通过人眼直接观察屏蔽门与列车门之间的缝隙的方式来判断是否存在滞留的物体。随着城市人口的快速增加，特别是北上广深等一线城市，早晚高峰期间地铁面临巨大的乘客压力，地铁公司不断努力去缩短运行间隔以增大运量，提高乘客出行效率。然而，在很多重要环节由于人的参与，降低了进一步压缩时间的可能性，例如在目前的间隙探测方案中，人工判断是很重要的一部分。但是，人工判断一方面增加了风险，另一方面也增加了判断的时间。
4.针对轨道交通的特定场景，现有技术中，采取以下两种方案来检测站台门轨道侧是否有滞留物体，以提升站台门系统的安全等级：方案一、使用普通摄像机获取图片，先获取的图片保存下来作为参考图像源，之后新获取的图片再与参考图像源进行对比判断，发现障碍物则报警；但是该方案具有以下缺点：（1）、较暗环境对普通摄像机不利，普通摄像机成像不可靠，误差大就导致误报多；（2）、较亮环境对普通摄像机不利，普通摄像机成像有闪点，变成盲区导致漏报多；（3）、前后两张图片对比判断耗时长，最长多达20秒才识别确认完，实时性差；（4）、普通摄像机识别出的障碍物没有大小尺寸，无法为车站人员提供体积参考；（5）、普通摄像机识别出的障碍物因没有立体数据，靠近摄像头很近的小物体会遮挡掉大片摄像区域，造成有盲区产生漏报；方案二、使用红外检测方式，通过分析站台首尾两端的红外线光栅是否被隔断，来判断当前对否有夹人；但是该方案具有以下缺点：（1）、受光线等环境因素影响，红外检测方式容易导致误报；（2）、红外检测方式无报警图像，结果不可视；（3）、红外检测方式调试复杂。
5.综上所述，随着我国全自动无人驾驶线路的推广和普及，急需在没有驾驶员干预的情况下提升站台门系统的安全等级。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种站台门避障检测系统及其避障检测方法和应用。本发明适用于轨道交通，3d结构光深度摄像使用940nm波段，不惧黑暗环境或轨道车辆的车灯闪照，同时具有class i级人眼友好功能，始终保证摄像区域内的立体全覆盖，在检测的同时防止探测器误报，多设备间不会存在干扰，调试简单，从而保证乘客安全和正常的运营效率。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种站台门避障检测系统，用于检测上行区站台门轨道侧或下行区站台门轨道侧的滞留物体，包括显示器、服务器和psc柜，显示器和服务器之间通过信号连接，服务器和psc柜之间通过信号连接；还包括上行区摄像头组和第一千兆交换机，第一千兆交换机通过有线或无线与服务器连接，上行区摄像头组具有多个3d结构光深度摄像头，上行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头分别与第一千兆交换机信号连接；还包括下行区摄像头组和第二千兆交换机，第二千兆交换机通过有线或无线与服务器连接，下行区摄像头组具有多个3d结构光深度摄像头，下行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头分别与第二千兆交换机信号连接；所述上行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头通过支架居中安装在上行区站台门轨道侧的上方；下行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头通过支架居中安装在下行区站台门轨道侧的上方；3d结构光深度摄像头的监测范围是站台门的左右两翼、以及站台门至轨道间的立体扇形区域。
8.进一步地，所述3d结构光深度摄像头具有摄像头壳体，摄像头壳体上安装有红外接收模组、彩色模组、第一激光发射器和第二激光发射器，摄像头壳体侧面设有摄像头接口；所述3d结构光深度摄像头还包括摄像头控制组件，红外接收模组、彩色模组、第一激光发射器、第二激光发射器和摄像头接口分别与摄像头控制组件连接。
9.进一步地，所述摄像头接口为以太网接口，用于供电和网络连接互联。
10.进一步地，所述第一激光发射器采用面光源，第二激光发射器采用点光源。
11.进一步地，所述3d结构光深度摄像头使用940nm工作波段。
12.进一步地，所述显示器、服务器、第一千兆交换机和第二千兆交换机均安装在端门轨道侧。
13.一种上述的站台门避障检测系统的避障检测方法，具体包括如下步骤：步骤s1、站台门避障检测系统上电运行，完成初始化；步骤s2、服务器收到站台门关闭且锁紧的信号；步骤s3、3d结构光深度摄像头开始拍照和录制视频，深度均值算法启动；步骤s4、探测计时器开始计时，若未到定时时间，则进入步骤s5；若定时时间结束，则进入步骤s10；步骤s5、深度均值算法判断是否有异常，若是，说明检测上行区站台门轨道侧或下行区站台门轨道侧存在障碍物，则进入步骤s6；若否，则进入步骤s4；步骤s6、探测计时器结束计时前，若延时寄存器d计时已满（排除干扰性的假异常）则启动报警，服务器的主机通过显示器和驱动声光报警器予以报警，同时关联安全回路；
步骤s7、3d结构光深度摄像头拍摄的异常图片和异常视频上传至服务器；步骤s8、服务器把存储的异常图片和异常视频通过显示器进行显示，报警器报警提示工作人员查看显示器；然后工作人员进一步在上行区站台门轨道侧或下行区站台门轨道侧排查障碍物并清除障碍物；步骤s9、工作人员在清掉报警源后，点击复位，具体为深度均值算法中的延时寄存器d、预警标志位f和报警标志寄存器w都清零复位；同时安全回路导通；步骤s10、本周期监测结束，等待下个周期，重新进入步骤s2。
14.进一步地，所述s3中深度均值算法具体包括如下步骤：步骤s31、深度均值算法内设置有：阀值寄存器a和阀值寄存器b，该a和b由工程师用实验值输入调整；步骤s32、上行区摄像头组和下行区摄像头组分别对上行区站台门轨道侧和下行区站台门轨道侧进行单帧摄像，每帧摄像采集到的图片除了普通的彩色照片外，还包含了每一像素点的三维坐标值(xyz)；步骤s33、服务器在收到新帧采集到的照片时，提取出所有像素点的深度(z)坐标值，滤掉平面的二维(x和y)坐标值；步骤s34、计算模块（可以来自于服务器或者3d结构光深度摄像头附加芯片）对深度坐标值再进行标定换算，换算出深度待比较值，该值立即被存入待比较寄存器h；步骤s35、h与a/b进行比较，若a《h《b则视为正常，预警标志位f=0，延时寄存器d停止计时并清零，跳至步骤s32；反之h超出该a～b区间则置位预警标志位f，即f=1，并且延时寄存器d开始/继续计时，继续步骤s36；步骤s36、仅f为1时则启动图片存储功能和录像记录功能，并且继续步骤s37；f为0则丢弃已存图片和已录视频；步骤s37、若延时寄存器d的预置时间已满，则触发报警，报警标志寄存器w=1，并被发送给服务器的主机，服务器的主机通过显示器和驱动声光报警器予以报警，继续步骤s7；反之若延时寄存器d的预置时间未满则返回至步骤s32。
15.一种上述的站台门避障检测系统在站台门的应用。
16.本发明的有益效果是：本发明设计合理，操作简便，具有以下优点：（1）、本发明中站台门避障检测系统可精准监测出障碍物的真实尺寸大小，真实识别出非安全性的障碍物环境，避免虚报；也可精准呈现出障碍物的真实立体位置，为工作人员是否人工解除警报提供真实的依据；（2）、本发明中站台门避障检测系统可为目标保护区域检测出最小直径25mm的物体及其绝对位置，为站台门和车门的安全开启/关闭提供较高的安全保障；（3）、本发明中站台门避障检测系统兼容现有的地铁站台门控制系统，可在现有地铁线路上以不影响原有系统运行的方式进行增设；也兼容有人驾驶地铁车辆和无人驾驶地铁车辆两种模式；（4）、本发明中站台门避障检测系统依靠深度均值算法可实时计算出是否有障碍物，避免了现有技术中的多张高清图片对比带来的秒级延时，实时的监测结果消除了延时判断带来的事中危害；（5）、本发明中站台门避障检测系统依靠深度均值算法实时判断出障碍物；无障碍
物时不上传图片和视频，保护了乘客的隐私；如有障碍物时则提取相关点图片和视频，使用千兆以太网传输，为站务人员排查障碍提供了高清快捷的视觉手段；（6）、本发明中站台门避障检测系统发现障碍物所提取的相关点图片为高清格式，用于障碍物及其大小尺寸和精确位置的呈现；发现障碍物所提取的视频为障碍物所在位置及其周边环境的前后时间段内的动态情况，为站务人员评估障碍情况提供真实依据；（7）、本发明中3d结构光深度摄像头使用940nm波段，可完全适应地铁轨道侧平时的暗黑环境和驶入的车灯照耀环境，可全年365天
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24小时无差别地工作，不存在时域和周围环境引起的工作差别；（8）、本发明中3d结构光深度摄像头安装于站台门内侧上方，兼容以太网poe供电技术，便于现场快速布线施工与调试；3d结构光深度摄像头功耗小于5w，功耗低发热小稳定性高；同时，3d结构光深度摄像头体积小巧，占用门脊梁的安装空间小。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
18.图1是本发明中站台门避障检测系统的结构示意图；图2是本发明中站台门避障检测系统的使用状态图；图3是本发明中3d结构光深度摄像头监测目标区域的示意图；图4是本发明中3d结构光深度摄像头的结构示意图；图5是图4的左视图；图6是本发明中避障方法的流程图。
19.图中：1.显示器，2.服务器，3.psc柜，4.第一千兆交换机，5.第二千兆交换机，6.3d结构光深度摄像头，61.摄像头壳体，62.红外接收模组，63.彩色模组，64.第一激光发射器，65.第二激光发射器，66.摄像头接口。
具体实施方式
20.现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
21.如图1～5所示的一种站台门避障检测系统，用于检测上行区站台门轨道侧或下行区站台门轨道侧的滞留物体，包括显示器1、服务器2和psc柜3，显示器1和服务器2之间通过hdmi端口或vga端口连接，服务器2和psc柜3之间通过以太网连接；显示器1用于障碍物图像和障碍物视频的显示；还包括上行区摄像头组和第一千兆交换机4，第一千兆交换机4通过以太网与服务器2连接，上行区摄像头组具有多个3d结构光深度摄像头6，上行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头6分别与第一千兆交换机4信号连接；还包括下行区摄像头组和第二千兆交换机5，第二千兆交换机5通过以太网与服务器2连接，下行区摄像头组具有多个3d结构光深度摄像头6，下行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头6分别与第二千兆交换机5信号连接；上行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头6通过支架居中安装在上行区站台门轨道侧的顶封板上；下行区摄像头组中每个3d结构光深度摄像头6通过支架居中安装在下
行区站台门轨道侧的顶封板上；3d结构光深度摄像头6的监测范围是站台门的左右两翼、以及站台门至轨道间的立体扇形区域。
22.现有技术中，无论是普通摄像机获取图片，还是红外检测，监测目标保护区域均为平面。而本发明的监测目标保护区域为立体扇形区域，更为真实地识别目标保护区域的环境。
23.车辆的轨道两侧区域，其中一侧区域为上行区，另一侧区域为下行区。
24.显示器1、服务器2、第一千兆交换机4和第二千兆交换机5均安装在端门轨道侧，由站务人员通过钥匙进入该区域。
25.服务器2通过hdmi或vga端口连接显示器,用于障碍物图像和视频的显示。
26.服务器2带有至少三个独立的以太网端口，如图1所示的p1，p2，p3。
27.服务器2通过p1以太网端口连接到站台门的psc柜3（图1中pa为以太网端口）。服务器2与psc柜3使用工业以太网进行交互通讯，两者之间形成一对一的网络连接，确保了网络的安全性和排他性。psc柜3把“站台门关闭且锁紧”信号传递给服务器2；服务器2则立即启动3d结构光深度摄像头6进行实时监测，并且把实时障碍监测结果传递给psc柜3（psc柜3在收到障碍反馈后可联动安全回路）。
28.服务器2通过p2以太网端口连接到第一千兆交换机4，第一千兆交换机4则通过工业以太网连接上行区所有的3d结构光深度摄像头6。服务器2在实时获取到psc柜3发出的“站台门关闭且锁紧”信号后立即启动该上行区内所有的3d结构光深度摄像头6进行上行区站台门轨道侧的实时监测。服务器2通过网络通讯实时刷新所有摄像头的深度均值，一旦某摄像头的深度均值出现异常，服务器2则立即报警，同时服务器2通过psc柜3联动站台门系统的安全回路，第一时间向站台和车辆提供障碍物警告。有多只3d结构光深度摄像头的深度均值出现异常，服务器2均可响应并在显示器1上一一示警。服务器2在收到“站台门关闭且锁紧”信号的一个定时时间段内没有发现任何深度均值异常，判断该被保护区域内为无障碍物的安全状态，不再进行任何的联动操作。
29.服务器2通过p3以太网端口连接到第二千兆交换机5，第二千兆交换机5则通过工业以太网连接下行区所有的3d结构光深度摄像头6。下行区工作原理同上行区。
30.3d结构光深度摄像头6具有摄像头壳体61，摄像头壳体61上安装有红外接收模组62、彩色模组63、第一激光发射器64和第二激光发射器65，摄像头壳体61侧面设有摄像头接口66； 3d结构光深度摄像头6还包括摄像头控制组件，红外接收模组62、彩色模组63、第一激光发射器64、第二激光发射器65和摄像头接口66分别与摄像头控制组件连接。3d结构光深度摄像头6体积小巧，长宽高分别不超过60
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20
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20(mm)。
31.3d结构光是根据投射光线扫描采集物体信息，通过“点”对“面”的特殊算法构成三维图像进行对比与识别。用3d结构光模块投射特定的光信息到物体表面后及背景后，由摄像头采集。根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。3d结构光技术通过主动发射点阵光来实现三维扫描，投射在被测物体上的光线畸变程度取决于物体表面的深度，所以在拍摄图像中可以得到一张拥有深度的光线图像。
32.彩色模组63用于高清图片和视频的真实还原；第一激光发射器64采用面光源，用于黑暗环境的补光成像；第二激光发射器65采用点光源，点光源为结构光，用于3d立体测
距；摄像头接口66为以太网接口，用于供电和网络连接互联。
33.3d结构光深度摄像头6通过class i认证，不伤害人眼；且使用940nm波段可完全适应地铁轨道侧平时的暗黑环境和驶入的车灯照耀环境，均能无差别地运行工作；3d结构光深度摄像头6分别通过第一千兆交换机4和第二千兆交换机5把深度均值、图片、视频被动上传至服务器2。服务器2使用软件算法择机获取各3d结构光深度摄像头6的深度均值，某摄像头深度均值异常的则会被服务器2要求上传其图片和视频。
34.第一千兆交换机4、第二千兆交换机5和摄像头接口66均具有以太网poe供电技术，便于现场快速布线施工与调试。
35.如图6所示的一种上述的站台门避障检测系统的避障检测方法，具体包括如下步骤：步骤s1、站台门避障检测系统上电运行，完成初始化；步骤s2、服务器2收到站台门关闭且锁紧的信号；步骤s3、3d结构光深度摄像头6开始拍照和录制视频，深度均值算法启动；步骤s4、探测计时器开始计时，若未到定时时间，则进入步骤s5；若定时时间结束，则进入步骤s10；步骤s5、深度均值算法判断是否有异常，若是，说明检测上行区站台门轨道侧或下行区站台门轨道侧存在障碍物，则进入步骤s6；若否，则进入步骤s4；步骤s6、探测计时器结束计时前，若延时寄存器d计时已满（排除干扰性的假异常）则启动报警，服务器2的主机通过显示器1和驱动声光报警器予以报警，同时关联安全回路；步骤s7、3d结构光深度摄像头6拍摄的异常图片和异常视频上传至服务器2；步骤s8、服务器2把存储的异常图片和异常视频通过显示器1进行显示，报警器报警提示工作人员查看显示器1；然后工作人员进一步在上行区站台门轨道侧或下行区站台门轨道侧排查障碍物并清除障碍物；步骤s9、工作人员在清掉报警源后，点击复位，具体为深度均值算法中的延时寄存器d、预警标志位f和报警标志寄存器w都清零复位；同时安全回路导通；步骤s10、本周期监测结束，等待下个周期，重新进入步骤s2。
36.其中，上述s3中深度均值算法具体包括如下步骤：步骤s31、深度均值算法内设置有：阀值寄存器a和阀值寄存器b，该a和b由工程师用实验值输入调整；步骤s32、上行区摄像头组和下行区摄像头组分别对上行区站台门轨道侧和下行区站台门轨道侧进行单帧摄像，每帧摄像采集到的图片除了普通的彩色照片外，还包含了每一像素点的三维坐标值(xyz)；步骤s33、服务器（2）在收到新帧采集到的照片时，提取出所有像素点的深度(z)坐标值，滤掉平面的二维(x和y)坐标值；步骤s34、计算模块（可以来自于服务器或者3d结构光深度摄像头附加芯片）对深度坐标值再进行标定换算，换算出深度待比较值，该值立即被存入待比较寄存器h；步骤s35、h与a/b进行比较，若a《h《b则视为正常，预警标志位f=0，延时寄存器d停止计时并清零，跳至步骤s32；反之h超出该a～b区间则置位预警标志位f，即f=1，并且延时寄存器d开始/继续计时，继续步骤s36；
步骤s36、仅f为1时则启动图片存储功能和录像记录功能，并且继续步骤s37；f为0则丢弃已存图片和已录视频；步骤s37、若延时寄存器d的预置时间已满，则触发报警，报警标志寄存器w=1，并被发送给服务器2的主机，服务器2的主机通过显示器1和驱动声光报警器予以报警，继续步骤s7；反之若延时寄存器d的预置时间未满则返回至步骤s32。
37.本发明中深度均值算法，首次运行时服务器2通过工业以太网向3d结构光深度摄像头6传输边界坐标值，勾画出客户所需的指定目标保护区域。之后3d结构光深度摄像头6便实时刷新该指定区域内的深度均值，一旦异常则依靠本发明工作原理产生报警。
38.本发明的站台门避障检测系统在监测到障碍物后，显示器1上可看到障碍物所在位置的图片和视频；图片可在显示器1上读出其尺寸大小及其3d精确位置；视频可在显示器1上播放它的既往产生状态及周围环境，便于工作人员排查和清理障碍物。
39.一种上述站台门避障检测系统在站台门的应用。
40.本发明的有益效果具体如下：（1）、本发明智能避障检测系统使用940nm波段可完全适应地铁轨道侧平时的暗黑环境和驶入的车灯照耀环境，可全年365天
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24小时无差别地工作；（2）、本发明智能避障检测系统可对站台门至轨道间区域立体成像；（3）、本发明智能避障检测系统可对站台门至轨道间区域立体测距；（4）、本发明智能避障检测系统可为保护区域检测出最小直径25mm的物体及其绝对位置；（5）、本发明智能避障检测系统内置深度均值算法，通过判断深度均值是否异常可实时识别出有无障碍物；避免大量图片获取的耗时和图片对比的耗时；（6）、本发明智能避障检测系统在无障碍物时不上传图片和视频，保护了乘客的隐私；（7）、本发明智能避障检测系统使用千兆交换机传输网络数据，服务器2具有各自独立端口，保证了有障碍物报警时图片和视频的高速度高质量上传；（8）、人员可通过显示器1向3d结构光深度摄像头6勾画出期望的指定保护区域；（9）、显示器1上可读出障碍物所在的精确立体位置及其本身尺寸大小；（10）、显示器1上可播放障碍物所在的环境视频和其产生的历史视频；便于站务人员查找原因、总结经验，避免后续的再次发生。
41.以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。