虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统及方法与流程

本发明涉及一种虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统及方法。

背景技术：

通行逻辑是轨道交通领域地铁闸机控制的核心。其技术难点在于在保证行人安全的情况下，如何准确地控制行人及行李的正常通行，并判断是否多人通过闸机等非法通行，降低逃票率，提高工作效率。一般是利用大量实验人员或行人通过闸机，记录行人通行的正常、异常情况，从而验证通行逻辑的正确性。这种方法资金以及人力资源消耗很大，闸机通行的各种实验条件受限，还会出现参加测试行人被夹伤等安全问题，

上述问题是在闸机通行逻辑的验证过程中应当予以考虑并解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统及方法，虚拟环境下模拟行人通行、闸机实物系统实现通行控制，虚实相结合的闸机通行逻辑自动、高效验证，能够更加快捷安全的验证闸机的通行逻辑，降低闸机通行逻辑的误判率。

本发明的技术解决方案是：

一种虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统，包括模型建立模块、自动模拟实现模块、射线碰撞实现模块、虚实通讯模块、通讯逻辑验证模块、通行规则修改模块和真实闸机系统，

模型建立模块，使用Maya实现通行验证模型的建模包括闸机建模、行人模拟建模，分别得到闸机模型和人物模型，使用Unity3D模拟行人通过闸机的过程；

自动模拟实现模块，在Unity3D中，用户根据需求控制人物模型的通行要素，包括行走速度、身高体重、行走过程中的动作，并对通行要素进行排列组合，自动模拟各种行人通行过程；

射线碰撞实现模块，采用Unity3D的射线模拟传感器光束，直观展示传感器碰撞信号，获取射线每次被碰撞的持续时间，在射线碰撞时通过虚实通讯模块发送信号给给真实闸机系统中的逻辑控制板；

虚实通讯模块，采用串口或并口通信，实现各种通行要素下通行验证模型与真实闸机系统进行通信；

通讯逻辑验证模块，实现对真实闸机系统通行的模拟控制和逻辑验证，当闸机逻辑控制板发送开门或关门信号时，判断模拟场景中人物模型是否合法通行，如果合法通行且闸机门正常关闭，则闸机通行逻辑通过此次验证；否则，闸机通行逻辑不完善，将此次的通行验证模型状态以及射线碰撞情况保存，由通行规则修改模块对通行规则进行修改后，再次验证；

通行规则修改模块，在真实闸机系统的通行逻辑不完善时，对通行规则进行修改；

真实闸机系统，包括闸机和闸机逻辑控制板，闸机逻辑控制板接收虚实通讯模块的信号并发送控制信号给闸机来控制闸机的开门与关门；闸机逻辑控制板将逻辑判断后的开门或关门信号通过虚实通讯模块发送给通讯逻辑验证模块。

进一步地，模型建立模块中，闸机模型包括左右闸机、闸机门、闸机刷卡装置、指示灯以及左右闸机构成的行人通道，中心点设置在整个闸机模型的中心；

人物模型包括材质、骨骼绑定、骨骼命名、蒙皮以及动画制作，使用正运动学以及逆运动学为人体配置骨骼，根据行人在闸机通行中出现的运动制作关键帧，包括静止、走路、跑步、弯腰，分别制作男人物模型和女人物模型，并添加衣服模型。

进一步地，模型建立模块中，还制作行李箱模型以及携带物品模型，中心点设置在行李箱箱体的底部，携带物品模型包括伞、小推车、轮椅模型。

进一步地，自动模拟实现模块中，对通行要素进行排列组合，自动模拟各种人物模型通行过程，具体为：

在脚本中控制人物模型的行走范围，当超过范围时，人物模型回到出发点；根据脚本文件，模拟不同身高体重的人物模型，当身高体重达到最大值之后，使人物模型身高体重回到初始值；再模拟人物模型携带不同大小的行李，每循环一次设置行李箱变大，直到最大值；接着人物模型身高体重增加，循环直至人物模型身高体重以及行李达到最大值之后结束。

进一步地，在模拟场景中增加行李箱从人物模型前面移动到后面的情形，在脚本中使用排列组合变换携带的物品，实现自动模拟各种人物模型、各种行李通过闸机的情形。

进一步地，虚实通讯模块中，采用串口通讯具体为，采用Unity3D的射线模拟传感器光束，将若干条射线根据真实闸机的传感器布局设置好起点、方向和距离，并依次添加到List集合中；设置层，使射线只与影响传感器遮挡信号的模型碰撞，当行人与List集合中的射线碰撞时，将若干条射线的碰撞信息从低位到高位依次添加到字符串中输出，使用定时器获取射线每次被碰撞的持续时间。

进一步地，虚实通讯模块中，采用并口通讯具体为，将若干条射线的碰撞情况输出给真实闸机系统中的逻辑控制板的I/O口，并将通行逻辑判断后的开门或关门信号由逻辑控制板发送到虚拟仿真计算机，进而控制闸机模型的闸机门的打开和关闭，还原真实行人通过闸机的场景。

一种使用上述虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统的验证方法，使用Maya实现行人模拟建模，同时使用Unity3D模拟行人通过闸机的过程；在Unity3D中，用户根据需求随意控制行人的通行要素，并对通行要素进行排列组合，自动模拟各种行人通行过程；采用Unity3D的射线模拟传感器光束，直观展示传感器碰撞信号，获取射线每次被碰撞的持续时间；采用串口或并口通信，实现各种通行要素下通行验证模型与真实闸机系统的通信，实现对真实闸机系统通行的模拟控制和逻辑验证，当闸机逻辑控制板发送开门或关门信号时，判断模拟场景中人物模型是否合法通行，如果合法通行且闸机门正常关闭，则闸机通行逻辑通过此次验证；否则，闸机通行逻辑不完善，将此次的通行验证模型状态以及射线碰撞情况保存，由通行规则修改模块对通行规则进行修改后，再次验证。

进一步地，具体包括以下步骤，

S1、将Unity3D场景中若干条射线的遮挡情况发送到闸机逻辑控制板中，闸机逻辑控制板向Unity3D发送开门或关门信号，

S2、Unity3D的闸机门是否开门，如开门，进行步骤S3，如未开门，进行步骤S4；

S3、Unity3D中的行人是否合法通行，如是合法通行，则闸机通行逻辑通过此处验证，结束验证过程；如不是合法通行，则闸机通行逻辑不完善，将行人状态及射线遮挡情况输出，需改进算法，并返回至步骤S1；

S4、Unity3D中的闸机是否夹人，如夹人，则闸机通行逻辑不完善，将行人状态及射线遮挡情况输出，需改进算法，并返回至步骤S1；如未夹人，则闸机通行逻辑通过此处验证，结束验证过程。

本发明的有益效果是：该种虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统及方法，采用三维软件模拟行人通过闸机的情形，并与真实闸机的逻辑控制板进行通信，实现虚实相结合的闸机通行逻辑自动、高效验证。本发明能够更加快捷安全的验证闸机的通行逻辑，降低闸机通行逻辑的误判率。本发明采用虚实结合的方法替代各类闸机系统通行逻辑的人工验证，大大提高验证效率，并降低成本。同时，本发明可与具有串行通信功能的闸机进行通信，也可输出并行碰撞信号给闸机，适用于不同的闸机系统，具有较好的适用性。

附图说明

图1是本发明实施例虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统的说明框图。

图2是本发明实施例虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证方法的流程示意图。

图3是实施例中通行逻辑模型中单个人物模型通过闸机模型的情形的示意图。

图4是实施例中人物模型携带行李模型的示意图。

图5是实施例中人物模型穿裙子模型的示意图。

图6是实施例中人物模型在闸机模型的通道中蹲下的动画示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

Autodesk Maya：提供三维设计的应用软件，可以实现建模、动画等。通过Maya可制作出特别逼真的人物模型以及人物动作。

Unity3D：一种专业的游戏引擎，广泛应用于游戏的开发，可以做场景漫游以及实时动画等，并可以实现与外部实际闸机系统的通信。

一种虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统，如图1，包括模型建立模块、自动模拟实现模块、射线碰撞实现模块、虚实通讯模块、通讯逻辑验证模块、通行规则修改模块和真实闸机系统。

模型建立模块，在PC机使用Maya实现通行验证模型的建模包括闸机建模、行人模拟建模，分别得到闸机模型和人物模型，使用Unity3D模拟行人通过闸机的过程。

模型建立模块中，闸机模型包括左右闸机、闸机门、闸机刷卡装置、指示灯以及左右闸机构成的行人通道，中心点设置在整个闸机模型的中心。人物模型包括材质、骨骼绑定、骨骼命名、蒙皮以及动画制作，使用正运动学以及逆运动学为人体配置骨骼，根据行人在闸机通行中出现的运动制作关键帧，包括静止、走路、跑步、弯腰，分别制作男人物模型和女人物模型，并添加衣服模型。为制作好的模型添加衣服，为了使模型共用同一套骨骼，对同一个模型制作多种衣服，如：长裙、短裙、短裤、长裤、衬衫、风衣、羽绒服等，并将每套衣服分层保存。

模型建立模块中，还制作行李箱模型以及携带物品模型，中心点设置在行李箱箱体的底部，携带物品模型包括伞、小推车、轮椅模型。

如图3所示，模拟单人通过闸机之后，添加IK控制，控制各个关节的运动，这样身体各部位会随着目标物体的运动而运动，依次添加行人拿手提包，推箱子、拿伞，抱小孩等场景。如图4为行人携带行李的场景，需在在脚本中设置权重。在女模型身上增加球体，可模拟孕妇通过闸机。将两个模型同时放到场景中，模拟大人带小孩通过闸机的情形。

将Maya中制作好的模型及动画生成FBX格式导入到Unity3D中，将闸机模型的位置初始化。导入人物模型之后，设置人物模型的出发点，采用人形动画系统，利用脚本控制人物模型的运动以及各种动作的切换。在Unity3D中人物模型按照成年人人体尺寸，通过改变骨骼的尺寸，模拟模型的身高和体重。利用换装原理，模拟不同行人通过闸机时所穿的衣服，包括长裙，短裙，裤子，风衣等衣服模型的排列组合，如图5所示，为人物模型穿上裙子。通过脚本，为人物模型以及行李箱等模型添加合适的碰撞器，为所有会影响传感器信号的模型设置同一层。

自动模拟实现模块，在Unity3D中，用户根据需求控制人物模型的通行要素，包括行走速度、身高体重、行走过程中的动作，并对通行要素进行排列组合，自动模拟各种行人通行过程。

自动模拟实现模块中，对通行要素进行排列组合，自动模拟各种人物模型通行过程，具体为：在脚本中控制人物模型的行走范围，当超过范围时，人物模型回到出发点；根据脚本文件，模拟不同身高体重的人物模型，当身高体重达到最大值之后，使人物模型身高体重回到初始值；再模拟人物模型携带不同大小的行李，每循环一次设置行李箱变大，直到最大值；接着人物模型身高体重增加，循环直至人物模型身高体重以及行李达到最大值之后结束。

在模拟场景中增加行李箱从人物模型前面移动到后面的情形，在脚本中使用排列组合变换携带的物品，实现自动模拟各种人物模型、各种行李通过闸机的情形。

射线碰撞实现模块，采用Unity3D的射线模拟传感器光束，直观展示传感器碰撞信号，获取射线每次被碰撞的持续时间，在射线碰撞时通过虚实通讯模块发送信号给给真实闸机系统中的逻辑控制板。

虚实通讯模块，采用串口或并口通信，实现各种通行要素下通行验证模型与真实闸机系统进行通信。

虚实通讯模块中，采用串口通讯具体为，采用Unity3D的射线模拟传感器光束，将16条射线根据真实闸机的传感器布局设置好起点、方向和距离，并依次添加到List集合中；设置层，使射线只与影响传感器遮挡信号的模型碰撞，当行人与List集合中的射线碰撞时，将16条射线的碰撞信息从低位到高位依次添加到字符串中输出，使用定时器获取射线每次被碰撞的持续时间。

采用串口通信，半双工模式。根据PC机与单片机端的属性，配置串口参数包括串口号、波特率、数据位、奇偶校验位以及停止位。开启两个线程，一个用来接收从闸机单片机中发送的数据帧，一个用来处理数据帧。使用FixedUpdate固定更新，用于定时更新模型的位置和对串口通信的线程监测。将16条射线的遮挡情况输出给真实闸机系统中的闸门逻辑控制板，并将通行逻辑判断后的开门或关门信号由闸门逻辑控制板发送到虚拟仿真计算机。

虚实通讯模块中，采用并口通讯具体为，将16条射线的碰撞情况输出给真实闸机系统中的逻辑控制板的I/O口，并将通行逻辑判断后的开门或关门信号由逻辑控制板发送到虚拟仿真计算机，进而控制闸机模型的闸机门的打开和关闭，还原真实行人通过闸机的场景。

虚实通讯模块中，可采用串行或并行信息交换方式。采用并口通信的好处在于不需要知道闸机逻辑控制板的程序以及通信协议，可在闸机逻辑控制板上进行I/O扩展。

通讯逻辑验证模块，实现对真实闸机系统通行的模拟控制和逻辑验证，当闸机逻辑控制板发送开门或关门信号时，判断模拟场景中人物模型是否合法通行，如果合法通行且闸机门正常关闭，则闸机通行逻辑通过此次验证；否则，闸机通行逻辑不完善，将此次的通行验证模型状态以及射线碰撞情况保存，由通行规则修改模块对通行规则进行修改后，再次验证。

通行规则修改模块，在真实闸机系统的通行逻辑不完善时，对通行规则进行修改。

真实闸机系统，包括闸机和闸机逻辑控制板，闸机逻辑控制板接收虚实通讯模块的信号并发送控制信号给闸机来控制闸机的开门与关门；闸机逻辑控制板将逻辑判断后的开门或关门信号通过虚实通讯模块发送给通讯逻辑验证模块。

一种使用上述虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统的验证方法，使用Maya实现行人模拟建模，同时使用Unity3D模拟行人通过闸机的过程；在Unity3D中，用户根据需求随意控制行人的通行要素，并对通行要素进行排列组合，自动模拟各种行人通行过程；采用Unity3D的射线模拟传感器光束，直观展示传感器碰撞信号，获取射线每次被碰撞的持续时间；采用串口或并口通信，实现各种通行要素下通行验证模型与真实闸机系统的通信，实现对真实闸机系统通行的模拟控制和逻辑验证，当闸机逻辑控制板发送开门或关门信号时，判断模拟场景中人物模型是否合法通行，如果合法通行且闸机门正常关闭，则闸机通行逻辑通过此次验证；否则，闸机通行逻辑不完善，将此次的通行验证模型状态以及射线碰撞情况保存，由通行规则修改模块对通行规则进行修改后，再次验证。

如图2，该方法具体包括以下步骤，

S1、将Unity3D场景中16条射线的遮挡情况发送到闸机逻辑控制板中，闸机逻辑控制板向Unity3D发送开门或关门信号，

S2、Unity3D的闸机门是否开门，如开门，进行步骤S3，如未开门，进行步骤S4；

S3、Unity3D中的行人是否合法通行，如是合法通行，则闸机通行逻辑通过此处验证，结束验证过程；如不是合法通行，则闸机通行逻辑不完善，将行人状态及射线遮挡情况输出，需改进算法，并返回至步骤S1；

S4、Unity3D中的闸机是否夹人，如夹人，则闸机通行逻辑不完善，将行人状态及射线遮挡情况输出，需改进算法，并返回至步骤S1；如未夹人，则闸机通行逻辑通过此处验证，结束验证过程。

如图6所示，行人合法进入闸机通道之后，在行人捡拾东西蹲下时，闸机门意外关闭，出现闸机误判断的情形，需改进算法，并将此次的模型状态以及射线碰撞情况保存。

该种虚实结合的地铁闸机系统通行逻辑的验证系统及方法，采用三维软件模拟行人通过闸机的情形，并与真实闸机的逻辑控制板进行通信，实现虚实相结合的闸机通行逻辑自动、高效验证。实施例能够更加快捷安全的验证闸机的通行逻辑，降低闸机通行逻辑的误判率。实施例采用虚实结合的方法替代各类闸机系统通行逻辑的人工验证，大大提高验证效率，并降低成本。同时，实施例可与具有串行通信功能的闸机进行通信，也可输出并行碰撞信号给闸机，适用于不同的闸机系统，具有较好的适用性。