專利名稱：站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種自動控制技術領域的系統(tǒng)，具體是一種站臺屏蔽門智能 控制系統(tǒng)。
背景技術：
隨著我國城市地鐵和輕軌交通的快速發(fā)展，為了改善乘車環(huán)境已經(jīng)有深圳、 上海等城市先后在現(xiàn)有的地鐵或輕軌站臺上加裝屏蔽門。勿容置疑，在地鐵或
輕軌站臺上加裝屏蔽門能夠達到對站臺環(huán)境控制系統(tǒng)的節(jié)能效果，為乘客提供 安全、舒適的乘/候車環(huán)境。但是，站臺屏蔽門直接面對乘客，是乘客上下車的 唯一通道，它的運行方式和可靠性直接關系到車站對乘客所提供的服務質量的 好壞，直接關系到乘客上下車的方便性和人身安全。同時，它的工作性能也將 直接影響到列車及其整個線路是否能夠正常準時運行。從當前上海、深圳等城 市己經(jīng)安裝站臺屏蔽門的地鐵和輕軌車站運行情況看，由于屏蔽門控制系統(tǒng)的 設計缺陷已有多起乘客被夾于列車車門與屏蔽門之間，以致乘客傷亡的事件發(fā) 生。
經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，《東方早報》2007年7月20日報道"上海 地鐵屏蔽門試裝探測儀防乘客被夾"中介紹為了避免乘客傷亡事故，上海地 鐵屏蔽門試裝探測儀，在安裝探測儀后，列車車門和站臺屏蔽門完全關閉后， 設置在兩側的紅外線光幕探測儀會自動發(fā)射出紅外線，形成一道光幕屏障，如 果兩扇門之間夾有異物阻斷光幕，探測儀就會在第一時間終止發(fā)車信號。按照 設計的工作原理，紅外線探測器并非24小時不停地發(fā)射光線，平時它處于休眠 狀態(tài)，在每次屏蔽門完成閉合準備發(fā)車前，其中的發(fā)射器會自動發(fā)射7束紅外 光進行2秒鐘掃描。這是一種探測列車車門和站臺屏蔽門之間是否"夾有異物 阻斷光幕"的傳感裝置，但是，由于該裝置由"設置在兩側"的一對紅外線發(fā) 射/接收裝置來"形成一道光幕屏障"，這就使得現(xiàn)場安裝較為復雜；另一方面，
采用紅外探測儀最大的不足之處在于無法識別和區(qū)分被夾異物的形態(tài)和種類。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提出一種站臺屏蔽門智能控制 系統(tǒng)，使其能夠實時發(fā)現(xiàn)列車車門和站臺屏蔽門之間是否存在異物，并做出智 能化的判斷和決策以保障列車的安全準時運行和乘客的舒適安全上下車。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括CMOS攝像頭(互補金屬 氧化物半導體攝像頭)、信號處理器、控制器、驅動器，CMOS攝像頭將采集到 的圖像輸出到信號處理器；信號處理器，對采集到的圖像信號進行A/D轉換、 增強處理和信息識別，并將識別結果轉換成控制指令輸出至控制器；控制器， 將控制指令和應急控制指令數(shù)字信號轉換為模擬控制信號，并將模擬控制信號 送至驅動器；驅動器，將模擬控制信號放大后驅動機械伺服機構，操縱屏蔽門 的開或關。
所述的CMOS攝像頭，安裝于每個屏蔽門上門框、朝向列車一側，調節(jié)俯視角 度以保證監(jiān)視區(qū)域處于攝像頭的視場范圍內。
所述信號處理器包括A/D轉換模塊、圖像增強模塊、圖像識別模塊和存儲 單元，所述A/D轉換模塊輸入端接收CMOS攝像頭采集的模擬圖像，將模擬圖像 信號轉換為數(shù)字圖像信號，并將數(shù)字圖像信號輸出到圖像增強模塊；所述圖像 增強模塊負責對數(shù)字圖像信號增強處理，并將增強了的數(shù)字圖像輸出到圖像識 別模塊；所述圖像識別模塊負責對數(shù)字圖像的特征信息進行提取，采集站臺軌 道上停放列車和不停放列車兩種狀況下圖像的特征信息作為基本模板，并存儲 到存儲單元中，同時根據(jù)現(xiàn)場圖像與模板圖像閾值灰度級及其相互間的誤差和
相關度判據(jù)與指標對被釆集現(xiàn)場圖像分別與存儲單元中的兩個基本模板進行比 對識別，最后將識別結果轉化為控制指令輸出至控制器；所述存儲單元用以存 放數(shù)字圖像及其特征信息，實現(xiàn)圖像識別模塊對存儲單元中數(shù)據(jù)的讀寫。
所述信號處理器，具有一個工業(yè)以太網(wǎng)接口，以便通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位 機服務器進行信息交互。
所述控制器有兩個輸入端口，第一輸入端口與信號處理器相連，負責接收 控制指令，第二輸入端口負責接收應急控制指令。
當出現(xiàn)檢修停運、消防、戰(zhàn)備及其它非正常營運期間的特殊情況時，控制 器不接收信號處理器輸出的控制指令而直接執(zhí)行應急控制指令，應急控制指令 直接操作屏蔽門的開或關動作；與此同時，CMOS攝像頭與信號處理器進入休眠 狀態(tài)直至控制器重新接收到撤銷應急控制指令后才停止休眠、恢復激活狀態(tài)。
所述應急控制指令，是指來自系統(tǒng)外的人工直接干預指令，由車站管理人 員通過人工直接干預指令生成器向控制器第二輸入端口輸入應急控制指令，控 制器將控制指令數(shù)字信號轉換為模擬控制信號，并將模擬控制信號送至驅動器。
所述人工直接干預指令生成器，是指在檢修停運、消防、戰(zhàn)備及其它非正 常營運狀態(tài)下產生有線開關控制指令或無線開關控制指令的裝置，控制器第二 輸入端口根據(jù)人工直接干預指令生成器開關指令輸出類型的通信協(xié)議配接相應 的有線或無線指令接收器。
本發(fā)明工作時，首先要對系統(tǒng)初始化，具體如下①由CM0S攝像頭采集站 臺軌道上停放列車和不停放列車兩種狀況下的圖像輸出至信號處理器；②信號 處理器通過其內部的A/D轉換模塊、圖像增強模塊和圖像識別模塊對上述兩種 狀況圖像進行模/數(shù)轉換、數(shù)字圖像增強處理和圖像特征信息提取，最終作為兩 個基本模板存放于信號處理器中的存儲單元內，第一基本模板為車站軌道上無 列車停放的數(shù)字圖像及其特征信息，第二基本模板為車站軌道上有列車停放的 數(shù)字圖像及其特征信息，特征信息包括物體邊緣線、圖像灰度直方圖和模板平
均灰度；③建立現(xiàn)場圖像與模板圖像閾值灰度級及其相互間的誤差和相關度指 標。
初始化完畢之后系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，信號處理器接收由CMOS攝像頭實時采 集的現(xiàn)場圖像，經(jīng)A/D轉換模塊轉換成數(shù)字圖像信號送至圖像增強模塊，經(jīng)圖 像增強模塊增強處理后的數(shù)字圖像信號輸至圖像識別模塊，圖像識別模塊通過 對圖像信息的提取，并根據(jù)現(xiàn)場圖像與模板圖像閾值灰度級及其相互間的誤差 和相關度判據(jù)與指標對被采集現(xiàn)場圖像分別與存儲單元中的兩個基本模板進行 比對識別，最后將識別結果轉化為控制指令輸出至控制器?？刂破鲗?shù)字控制 指令轉換為模擬控制指令輸出至驅動器，模擬控制指令經(jīng)驅動器放大后驅動屏 蔽門的開/關。
本發(fā)明依據(jù)系統(tǒng)初始化建立的兩個圖像基本模板和圖像識別相關度判據(jù)與 指標，通過CMOS攝像頭實時采集現(xiàn)場圖像并經(jīng)信號處理器信息處理與判斷識別， 對列車與屏蔽門之間的實際狀況做出判定，最終向控制器與驅動器發(fā)出控制指
令用以操縱站臺屏蔽門的開/關。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果(1)對屏蔽門與列車之間的 實際狀況做出準確判定；(2)可以準確識別列車的運行狀態(tài)，識別與判定的準 確率均達到了100%，因此，較之現(xiàn)有同類技術，本發(fā)明達到了較高的智能化水 平，而且系統(tǒng)結構簡單、運行可靠性高，保障了乘客上下車的舒適安全和列車 的安全準時運行。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖2為本發(fā)明信號處理器結構示意圖3為本發(fā)明中CMOS攝像頭實際安裝位置圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括CM0S攝像頭1、信號處理器2、控制器3、驅 動器5，所述CMOS攝像頭1將采集到的圖像輸出到信號處理器2;所述的信號 處理器2，對采集到的圖像信號進行A/D轉換、增強處理和信息識別，并將識別 結果轉換成控制指令輸出至控制器3;所述控制器3，將控制指令數(shù)字信號轉換 為模擬控制信號，并將模擬控制信號送至驅動器5;所述驅動器5，將模擬控制 信號放大后驅動機械伺服機構，操縱屏蔽門的開或關。
所述CM0S攝像頭1，安裝于屏蔽門上門框、朝向列車一側，調節(jié)俯視角度 以保證監(jiān)視區(qū)域處于攝像頭的視場范圍內。
所述的CMOS攝像頭1，其技術特征基本性能參數(shù)如下①鏡頭直徑為1/3 英寸；②感光器件為黑白CMOS;③510x492像素；④清晰度為380 TV線；⑤ 最低照度為2.0/紅；⑥光焦為2.9ww;⑦視場角為140。；⑧制式為PAL/NTSC可
選；⑨輸出電壓^-1.0r，特性阻抗75Q;⑩電源為200n^/12KDC。
如圖2所示，所述信號處理器2包括A/D轉換模塊8、圖像增強模塊9、圖 像識別模塊10和存儲單元11，信號處理器2的圖像輸入端口連至A/D轉換模塊 8的輸入通道，所述A/D轉換模塊8將接收到的模擬圖像信號轉換為數(shù)字圖像信 號，并將數(shù)字圖像信號輸出到圖像增強模塊9;所述圖像增強模塊9負責對數(shù)字 圖像信號增強處理，并將增強了的數(shù)字圖像輸出到圖像識別模塊10;所述圖像 識別模塊10負責對數(shù)字圖像的特征信息進行提取，采集站臺軌道上停放列車和 不停放列車兩種狀況下圖像及其特征信息作為基本模板，并存儲到存儲單元11 中，同時根據(jù)現(xiàn)場圖像與模板圖像閾值灰度級及其相互間的誤差和相關度判據(jù) 與指標對被采集現(xiàn)場圖像分別與存儲單元中的兩個基本模板進行比對識別，最 后將識別結果轉化為控制指令輸出至控制器3;所述存儲單元11用以存放的數(shù) 字圖像及其特征信息，實現(xiàn)圖像識別模塊10對存儲單元11中數(shù)據(jù)的讀寫。
所述信號處理器2，具有一個工業(yè)以太網(wǎng)接口以便通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機 服務器進行信息交互。
所述控制器3有兩個輸入端口，第一輸入端口 6與信號處理器相連，負責 接收控制指令，第二輸入端口7負責接收應急控制指令。
當出現(xiàn)檢修停運、消防、戰(zhàn)備及其它非正常營運期間的特殊情況時，控制 器3不接收信號處理器2輸出的控制指令而直接執(zhí)行應急控制指令，應急控制 指令直接操作屏蔽門的開或關動作；與此同時，CMOS攝像頭1與信號處理器2 進入休眠狀態(tài)直至控制器3重新接收到撤銷應急控制指令后才停止休眠、恢復 激活狀態(tài)。
所述應急控制指令，是指來自系統(tǒng)外的人工直接干預指令，由車站管理人 員通過人工直接干預指令生成器4向控制器3第二輸入端口 7輸入應急控制指 令，控制器將控制指令數(shù)字信號轉換為模擬控制信號，并將模擬控制信號送至 驅動器。
所述人工直接干預指令生成器4，是指在檢修停運、消防、戰(zhàn)備及其它非正 常營運狀態(tài)時產生有線開關控制指令或無線開關控制指令的裝置，控制器3第 二輸入端口 7根據(jù)人工直接干預指令生成器4開關指令輸出類型的通信協(xié)議配
接相應的有線或無線指令接收器。
本實施例的整個工作過程如下 (1)初始化系統(tǒng)，存儲兩個基本模板，建立相關度判據(jù)及其指標，具體步
① 由CMOS攝像頭1采集站臺軌道上停放列車和不停放列車兩種狀況下的圖 像輸出至信號處理器2;
② 信號處理器2通過其內部的A/D轉換模塊8、圖像增強模塊9和圖像識別 模塊10對上述兩種狀況圖像進行模/數(shù)轉換、數(shù)字圖像增強處理和圖像特征信 息提取，最終作為兩個基本模板存放于信號處理器2中的存儲單元11內，第一 基本模板為車站軌道上無列車停放的數(shù)字圖像及其特征信息，第二基本模板為
車站軌道上有列車停放的數(shù)字圖像及其特征信息；
③ 建立圖像閾值灰度級、誤差和相關度判據(jù)及其指標。 所述建立圖像閾值灰度級，是指對圖像圖像搜尋灰度曲線雙峰之間的谷點，
并將其確定為相應圖像的灰度級閾值，進而以該閾值作為圖像分割的依據(jù)，將
圖像的前景和背景區(qū)域分割開來。
所述現(xiàn)場圖像與模板相互間的誤差，確立〈2. 5%為允許誤差。 所述模板與現(xiàn)場圖像相關度判據(jù)從線性空間出發(fā)，根據(jù)歐氏空間的范數(shù)和
夾角概念得到第一基本模板矩陣Al和現(xiàn)場圖像矩陣B之間的相關度wil、第二
基本模板矩陣A2和現(xiàn)場圖像矩陣B的相關度W說的定義
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中，Al = 「al,v"| ， A2二「a2^"l ， b = 「^J ; M和iV分別表示矩陣 Al、 A2和b所代表每幀圖像的行數(shù)和列數(shù)；矩陣中的元素"1^、 a2^、 Z^分 別代表各自所對應像素點的灰度值，其腳標;c,少表示像素點所處的行列坐標
利用內積定義獲得實用判據(jù)公式
<formula>formula see original document page 10</formula>本實施例中相關度》95%為相關度指標。
(2) 信號處理器2實時接收由CMOS攝像頭1采集的圖像；
(3) 將由CMOS攝像頭1采集的圖像經(jīng)信號處理器2中的A/D轉換模塊8、 圖像增強模塊9和圖像識別模塊10連續(xù)進行模數(shù)轉換、圖像增強、特征提取和 識別計算后，根據(jù)現(xiàn)場圖像閾值灰度級及其與基本模板之間的誤差和相關度判 據(jù)和指標，對被采集現(xiàn)場圖像分別與存儲單元11的兩個基本模板進行比對識別， 最后做出對現(xiàn)場狀況的判定；
(4) 信號處理器2將判定結果轉換成控制指令輸出至控制器3;
(5) 控制器3將數(shù)字控制指令轉換為模擬控制量輸出至驅動器5;
(6) 驅動器5將模擬控制量放大后輸出，驅動機械伺服機構用于操縱屏蔽
門的開/關。
實施例具體結果如下
① 列車進站前，屏蔽門關閉著，系統(tǒng)準確識別在屏蔽門與軌道之間無異物， 因此通知后方列車可以進站；
② 列車進站停穩(wěn)后，先打開車門后開啟屏蔽門，完成乘客下/上車后，系統(tǒng) 準確識別在屏蔽門與列車之間無異物，因此先關屏蔽門后關車門，列車正常啟 動離站；
③ 列車進站前，屏蔽門關閉著，系統(tǒng)準確識別在屏蔽門與軌道之間有異物， 立即發(fā)送應急控制指令，人工排除異物，并同時通知后方列車暫不可以進站；
④ 列車進站停穩(wěn)后，先打開車門后開啟屏蔽門，時遇上班高峰、下/上擁堵， 當車門關閉后仍有人停留于屏蔽門與列車之間，系統(tǒng)準確識別現(xiàn)狀、禁止關閉
屏蔽門，并向列車駕駛室和車站監(jiān)控室發(fā)出禁止列車啟動離站信號，直至上述狀況排除，系統(tǒng)識別確認屏蔽門與列車之間無異物，才關閉屏蔽門、通知列車可以啟動離站。
提供反復試驗與檢測證實本實施例的識別和發(fā)送控制指令正確率達100% 。 本實施例的有益效果在于(1)對屏蔽門與列車之間的實際狀況進行識別 與判定時實現(xiàn)智能化；(2)還可以智能化識別列車的運行狀態(tài)，識別與判定的 準確率均達到了 100%，因此，較之現(xiàn)有同類技術，本實施例達到了較高的智能 化水平，而且系統(tǒng)結構簡單、運行可靠性高，保障了乘客上下車的舒適安全和 列車的安全準時運行。
權利要求
1、一種站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括CMOS攝像頭、信號處理器、控制器、驅動器，連接關系為CMOS攝像頭將采集到的圖像輸出到信號處理器；信號處理器，對采集到的圖像信號進行A/D轉換、增強處理和信息識別，并將識別結果轉換成控制指令輸出至控制器；控制器，將控制指令轉換為模擬控制信號，并將模擬控制信號送至驅動器；驅動器，將模擬控制信號放大后驅動機械伺服機構，操縱屏蔽門的開或關。
2、 根據(jù)權利要求l所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述信號處理器，包括A/D轉換模塊、圖像增強模塊、圖像識別模塊和存儲單元，信號處理器的圖像輸入端口連至A/D轉換模塊的輸入通道，A/D轉換模塊將接收到的模擬圖像信號轉換為數(shù)字圖像信號，并將數(shù)字圖像信號輸出到圖像增強模塊；圖像增強模塊負責對數(shù)字圖像信號增強處理，并將增強了的數(shù)字圖像輸出到圖像識別模塊；圖像識別模塊負責對數(shù)字圖像的特征信息進行提取，將站臺軌道 上停放列車和不停放列車兩種狀況下圖像及其特征信息作為兩個基本模板，并存儲到存儲單元中，同時根據(jù)現(xiàn)場圖像與模板圖像閾值灰度級及其相互間的誤 差和相關度判據(jù)與指標對被采集現(xiàn)場圖像分別與存儲單元中的兩個基本模板進 行比對識別，最后將識別結果轉化為控制指令輸出至控制器；存儲單元用以存 放數(shù)字圖像及其特征信息，實現(xiàn)圖像識別模塊對存儲單元中數(shù)據(jù)的讀寫。
3、 根據(jù)權利要求l所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述信號 處理器，具有一個工業(yè)以太網(wǎng)接口以便通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機服務器進行信 息交互。
4、 根據(jù)權利要求1所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述的CMOS 攝像頭，安裝于每個屏蔽門上門框、朝向列車一側，調節(jié)俯視角度以保證監(jiān)視 區(qū)域處于攝像頭的視場范圍內。
5、 根據(jù)權利要求1所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述控制 器有兩個輸入端口，第一輸入端口與信號處理器相連，負責接收控制指令，第 二輸入端口負責接收應急控制指令。
6、 根據(jù)權利要求l所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述兩個 基本模板，第一基本模板為車站軌道上無列車停放的數(shù)字圖像及其特征信息， 第二基本模板為車站軌道上有列車停放的數(shù)字圖像及其特征信息。
7、 根據(jù)權利要求1所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述的控 制器，當出現(xiàn)檢修停運、消防、戰(zhàn)備及其它非正常營運期間的特殊情況時，控 制器不接收信號處理器輸出的控制指令而直接執(zhí)行應急控制指令，應急控制指 令直接操作屏蔽門的開或關動作；與此同時，CMOS攝像頭與信號處理器進入休 眠狀態(tài)直至控制器重新接收到撤銷應急控制指令后才停止休眠、恢復激活狀態(tài)。
8、 根據(jù)權利要求1或5或7所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是， 所述的控制器，將控制指令數(shù)字信號轉換為模擬控制信號，并將模擬控制信號 送至驅動器，該應急控制指令指來自系統(tǒng)外的人工直接干預指令，由車站管理 人員通過人工直接干預指令生成器向控制器第二輸入端口輸入應急控制指令。
9、 根據(jù)權利要求8所述的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述人工 直接干預指令生成器，是指在檢修停運、消防、戰(zhàn)備及其它非正常營運狀態(tài)時 產生有線開關控制指令或無線開關控制指令的裝置，控制器第二輸入端口根據(jù) 人工直接干預指令生成器開關指令輸出類型的通信協(xié)議配接相應的有線或無線 指令接收器。
全文摘要
一種自動控制技術領域的站臺屏蔽門智能控制系統(tǒng)，包括CMOS攝像頭、信號處理器、控制器、驅動器，所述CMOS攝像頭將采集到的圖像輸出到信號處理器；所述的信號處理器，對采集到的圖像信號進行A/D轉換、增強處理和信息識別，并將識別結果轉換成控制指令輸出至控制器；所述控制器，將控制指令和應急控制指令數(shù)字信號轉換為模擬控制信號，并將模擬控制信號送至驅動器；所述驅動器，將模擬控制信號放大后驅動機械伺服機構，操縱屏蔽門的開或關。本發(fā)明系統(tǒng)簡單，運行可靠性高，保障了乘客的舒適安全和列車的安全準時運行。
文檔編號B61B1/00GK101105096SQ20071004517
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月23日 優(yōu)先權日2007年8月23日
發(fā)明者應俊豪, 張秀彬, 進 郭 申請人:上海交通大學