專利名稱:多傳感器入侵探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及使用兩個(gè)或多個(gè)探測器的入侵探測系統(tǒng),每個(gè)探測器用于不同波長范圍的電磁波譜。它使用來自不同探測器的信號(hào)進(jìn)行入侵特性分析,以將誤警報(bào)減至最少,特別是在保護(hù)交通繁忙區(qū)域方面。
背景技術(shù):
當(dāng)不恰當(dāng)?shù)木瘓?bào)是由諸如風(fēng)吹起的報(bào)紙或衣服或迷路的動(dòng)物(如狗、貓和鳥)之類的進(jìn)入指定禁區(qū)的無效目標(biāo)觸發(fā)的時(shí),用于提醒出現(xiàn)進(jìn)入該指定禁區(qū)中的人或危險(xiǎn)目標(biāo)入侵的常規(guī)入侵探測系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)被誤警報(bào)充斥。
在諸如火車站的鐵路軌道之類的禁區(qū)內(nèi)——在火車站,站臺(tái)有等車、上車以及下車的乘客導(dǎo)致的高的客流量,上述入侵系統(tǒng)對(duì)無效目標(biāo)的敏感性進(jìn)一步加重。上述不恰當(dāng)?shù)木瘓?bào)或誤警報(bào)的發(fā)生可能給鐵路服務(wù)造成不必要的干擾。另一方面,無論何時(shí)出現(xiàn)有效的人或危險(xiǎn)目標(biāo)入侵,入侵系統(tǒng)必須健壯而精確地觸發(fā)警報(bào)。
新式的列車系統(tǒng)通常自動(dòng)運(yùn)行,沒有駕駛員或站臺(tái)管理人員,并且盡管安全“黃線”沿站臺(tái)邊緣建立了約50cm的安全清空地帶,但乘客還是可能偶爾無意地越過該黃線以便更靠近站臺(tái)邊緣。這種情況在乘客看到正在靠近的列車時(shí)尤為常見,因而大大增加了跌下站臺(tái)的危險(xiǎn),在這樣的危急時(shí)刻入侵探測系統(tǒng)僅有幾秒鐘的時(shí)間來發(fā)出警告和制止正在靠近的列車從跌落的乘客身上碾過。
一個(gè)解決辦法是利用一堵帶有門的墻在物理上將站臺(tái)和鐵路軌道分開,該門只在列車安全??繒r(shí)才打開,而列車門與站臺(tái)門相對(duì)應(yīng)。該解決辦法要求安裝昂貴的設(shè)備,以便站臺(tái)門和列車門可被協(xié)調(diào)以協(xié)作運(yùn)行,并且該解決方法要求精確的???,以便使雙方門的位置在列車的整個(gè)長度上相對(duì)應(yīng),而其中車廂的個(gè)數(shù)和模型可能不同。然而這種物理方法不能警告軌道上有其他可能干擾列車、使列車出軌或損壞列車的目標(biāo)出現(xiàn)。
激光掃描器也已被用作入侵探測系統(tǒng)的探測器,如在美國專利No.4,949,074以及美國專利No.6,278,373所公開的入侵探測系統(tǒng)中。二維(2-D)激光掃描器也已被用來掃描和覆蓋沿著火車站站臺(tái)的軌道。然而,這樣的二維激光掃描器價(jià)格昂貴,并且為了覆蓋一般車站站臺(tái)的長度,要求在外面露天或無掩蔽的環(huán)境中安裝至少四個(gè)這樣的掃描器以覆蓋單個(gè)鐵路軌道。這種掃描器的激光傳感器安裝在室外時(shí)被暴露于惡劣天氣下,從而其有效性受影響,從而可能容易觸發(fā)誤警報(bào),并且大雨或強(qiáng)烈的日光會(huì)干擾探測器。
另一個(gè)方法是使用閉路電視(CCTV),即包括靜物照相機(jī)和攝像機(jī),作為監(jiān)測或圖像傳感器,如美國專利No.6,429,893和美國專利No.6,097,429所公開的,其在識(shí)別真正入侵時(shí)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理方面效果有限。這是因?yàn)檎障鄼C(jī)是可見光傳感器,對(duì)變化的天氣和光照條件高度敏感。
美國專利No.6,297,844中使用了立體攝影機(jī)。美國專利No.5,825,412中的攝像機(jī)探測系統(tǒng)計(jì)算入侵目標(biāo)的像素?cái)?shù)目,因此是對(duì)目標(biāo)的二維捕獲。于是,除了照相機(jī)對(duì)其敏感的、諸如由外部環(huán)境中的云斑引起的變化的天氣和波動(dòng)的光照之類的上述其他不準(zhǔn)確性以外,一張報(bào)紙可能被認(rèn)為是一個(gè)很大的目標(biāo)。
在本說明書中對(duì)文獻(xiàn)、設(shè)備、動(dòng)作或知識(shí)的所有討論被包括進(jìn)來以解釋本發(fā)明的背景。不應(yīng)該被視為承認(rèn),在這里任何上述內(nèi)容在該公開和權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)日或該優(yōu)先權(quán)日之前在新加坡或任何其他地方構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的一部分或相關(guān)領(lǐng)域中的公知常識(shí)。所有關(guān)于日期的陳述或關(guān)于這些文獻(xiàn)的內(nèi)容的描述基于申請(qǐng)人可獲得的信息,并不構(gòu)成對(duì)這些日期或這些文獻(xiàn)的內(nèi)容的正確性的任何承認(rèn)。
發(fā)明內(nèi)容
我們的發(fā)明致力于通過結(jié)合新的硬件配置以及新的數(shù)據(jù)處理邏輯克服上面討論過的問題。我們的第一個(gè)目標(biāo)是通過結(jié)合能夠探測處于兩個(gè)不同范圍的電磁波譜的傳感器來減少昂貴的感測硬件的個(gè)數(shù)。
我們的第二個(gè)目標(biāo)是通過對(duì)來自兩套傳感器的探測信號(hào)作整體處理來減少誤警報(bào)的發(fā)生。第三個(gè)目標(biāo)是采用兩套傳感器的結(jié)合來描出周界以及減少待針對(duì)入侵進(jìn)行掃描的實(shí)際區(qū)域。
第四個(gè)目標(biāo)是提供對(duì)入侵目標(biāo)的三維掃描,以便確定它的實(shí)際尺寸而不是二維圖像。第五個(gè)目標(biāo)是提供數(shù)據(jù)處理邏輯流程圖或算法,該數(shù)據(jù)處理邏輯流程圖或算法在允許生成入侵警報(bào)之前驗(yàn)證來自傳感器的兩個(gè)或多個(gè)入侵信號(hào)。第六個(gè)目標(biāo)是在一定的時(shí)間幀內(nèi)確定入侵目標(biāo)是瞬時(shí)的還是靜止在軌道上的,以便系統(tǒng)觸發(fā)警報(bào)。
為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),我們的入侵探測系統(tǒng)提供了基本的實(shí)施方案,該實(shí)施方案包括-第一電磁波譜范圍的至少第一探測器;-第二電磁波譜范圍的至少第二探測器;其中該第一和第二探測器被布置于不同位置,以接收來自所述指定區(qū)域的各自對(duì)應(yīng)的電磁波,以便-將所探測的、所述指定區(qū)域的正?;驔]有入侵的輪廓(profile)的電磁波指定為背景參考;以及-將所探測的、目標(biāo)作出的到所述指定區(qū)域中的入侵的電磁波和所述背景參考作比較,以確定是否存在變化,于其上探測預(yù)定變化,生成探測信號(hào);-信號(hào)處理裝置,該信號(hào)處理裝置被布置以接收來自所述探測器的探測信號(hào),其中該探測信號(hào)被作整體處理,使得只有在所述信號(hào)處理器驗(yàn)證來自第一和第二探測器的探測信號(hào)指示約在同一時(shí)間被接收且在所述指定區(qū)域內(nèi)的約同一位置的入侵探測時(shí),才生成入侵警報(bào)信號(hào)。
優(yōu)選地,該指定區(qū)域包括鐵路軌道和火車站的站臺(tái)邊緣。該第一和第二探測器可以包括光電點(diǎn)到點(diǎn)(point-to-point)、多級(jí)光束探測器(multi-level beam detector)中的任何一種或它們的任何組合,該光電點(diǎn)到點(diǎn)、多級(jí)光束探測器可以是微波、無線電波、紅外、激光以及可見光探測器。優(yōu)選地,第一探測器是二維激光掃描器,該二維激光掃描器投射出與指定區(qū)域的周界的至少一部分平行的虛墻并限定該指定區(qū)域的周界的至少一部分,使得越過該虛墻觸發(fā)探測信號(hào)。
第二探測器優(yōu)選地為照相機(jī),即靜物照相機(jī)和攝像機(jī),但最優(yōu)選地為一對(duì)立體攝影機(jī),該對(duì)立體攝影機(jī)被對(duì)準(zhǔn)(train),使其光軸平行于站臺(tái)邊緣,使得用該對(duì)立體攝影機(jī)可接收到的立體圖像顯示一合成圖像,該合成圖像被縱向地分成兩部分,即站臺(tái)部分和軌道部分,使得站臺(tái)邊緣在該合成圖像中表現(xiàn)為單根線。該立體攝影機(jī)對(duì)捕獲的立體合成圖像可和X和Y軸內(nèi)的像素陣列相關(guān),該X和Y軸對(duì)應(yīng)于一沿站臺(tái)邊緣延伸并橫越沿所述站臺(tái)的列車軌道的網(wǎng)格。
作為優(yōu)選實(shí)施方案,我們的入侵探測系統(tǒng)還可以包括位置傳感器,該位置傳感器用于探測正接近、停靠或離開站臺(tái)的列車在一位置的出現(xiàn),并相應(yīng)地生成待由所述信號(hào)處理裝置處理的信號(hào)。
在我們的發(fā)明的另一個(gè)方面,該信號(hào)處理裝置收集來自第一和第二探測器的背景參考數(shù)據(jù),并存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)供參考。該信號(hào)處理裝置接收來自第一和第二探測器的探測信號(hào),檢索所述背景參考數(shù)據(jù),將該探測信號(hào)和所述背景參考數(shù)據(jù)作比較,以獲取變化數(shù)據(jù),將所述變化數(shù)據(jù)和預(yù)定變化閾值作比較,并且當(dāng)探測所述變化數(shù)據(jù)超過所述預(yù)定變化閾值時(shí),觸發(fā)第一入侵警報(bào)。
優(yōu)選地,當(dāng)位置傳感器探測到列車沿站臺(tái)??繒r(shí),它將指示信號(hào)處理裝置忽略來自第一和第二探測器的探測信號(hào)。當(dāng)?shù)谝蝗肭志瘓?bào)被觸發(fā)時(shí),信號(hào)處理裝置可以優(yōu)選地啟動(dòng)該信號(hào)處理裝置中的例程,以利用第二探測器的三維幾何學(xué)功能分析入侵目標(biāo)的尺寸,將目標(biāo)體積和預(yù)定閾值體積作比較,和/或在觸發(fā)第二入侵警報(bào)之前,驗(yàn)證所述目標(biāo)是否已經(jīng)在至少2幀里被探測到。
我們的入侵探測系統(tǒng)可以被模塊式地配置,并且可以安裝多個(gè)模塊以覆蓋站臺(tái)或包括多個(gè)車廂的列車的長度,根據(jù)這一點(diǎn)這些模塊被集成,以起火車站的系統(tǒng)單元的作用。優(yōu)選地,來自探測器的信號(hào)被無線傳輸至該信號(hào)處理裝置。我們的入侵探測系統(tǒng)還可以被做成可啟用SCADA的(SCADA-enabled,可啟用管理控制和數(shù)據(jù)采集的),或可啟用因特網(wǎng)協(xié)議的(Internet Protocol-enabled),以對(duì)鐵路服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)火車站進(jìn)行集中監(jiān)控。
替代入侵探測系統(tǒng)可以通過利用我們的工作原理來配置,而我們的工作原理可簡化為一種用于探測入侵到指定區(qū)域中的目標(biāo)的方法,該方法包括以下步驟-運(yùn)行第一電磁波譜范圍的至少第一探測器;并且-運(yùn)行第二電磁波譜范圍的至少第二探測器;其中該第一和第二探測器被布置于不同位置,以接收來自所述指定區(qū)域的各自對(duì)應(yīng)的電磁波,以便-將所探測的、所述指定區(qū)域的正?;驔]有入侵的輪廓的電磁波指定為背景參考;以及-將所探測的、目標(biāo)作出的到所述指定區(qū)域中的入侵的電磁波和所述背景參考作比較,以確定是否存在變化,于其上探測預(yù)定變化,生成探測信號(hào);接收和處理來自所述探測器的探測信號(hào),其中對(duì)該探測信號(hào)作整體處理,使得只有在所述信號(hào)處理器驗(yàn)證來自第一和第二探測器的探測信號(hào)指示約在同一時(shí)間被接收且在所述指定區(qū)域內(nèi)的約同一位置的入侵探測時(shí),才生成入侵警報(bào)信號(hào)。
通過下文中給出的詳細(xì)描述,本發(fā)明的進(jìn)一步適用范圍將變得顯而易見。然而,應(yīng)該理解的是,盡管該詳細(xì)描述和具體實(shí)施例說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案,但該詳細(xì)描述和具體實(shí)施例僅是以例證的方式給出的,因?yàn)楦鶕?jù)該詳細(xì)描述,對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說,落在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)的多種變化和改型是顯而易見的。
通過參考附圖和接下來在下文中進(jìn)行的詳細(xì)描述,可以更好地理解本發(fā)明,其中具體實(shí)施方案被作為非限制性實(shí)施例或例證加以描述,其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于火車站站臺(tái)的入侵探測系統(tǒng)的示意配置平面圖;圖2A-2C示出了圖1入侵探測系統(tǒng)的示意配置的側(cè)視圖,其中圖2A示出了用于沒有列車??康恼九_(tái)的傳感器配置,圖2B示出了用于有單車廂列車??康恼九_(tái)的傳感器配置,圖2C示出了用于有兩車廂列車??康恼九_(tái)的傳感器配置;以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的入侵系統(tǒng)的邏輯流程圖或算法。
具體實(shí)施例方式
簡要地,根據(jù)我們的發(fā)明的用于指定區(qū)域的入侵探測系統(tǒng)基本上總體包括用于掃描第一電磁波譜范圍的第一類型探測器和用于掃描第二電磁波譜范圍的第二類型探測器。這兩種類型的探測器可被布置于不同位置,以接收來自所述指定區(qū)域的各自對(duì)應(yīng)的電磁波,以便首先收集背景信號(hào)作為參考,然后入侵信號(hào)被比較以探測它們之間的顯著變化,以生成探測信號(hào)。信號(hào)處理裝置對(duì)來自這兩種類型的探測器的信號(hào)作整體處理。只有當(dāng)信號(hào)處理器驗(yàn)證入侵被這兩種類型的探測器約在同一位置并約在同一時(shí)間探測到時(shí),才生成入侵警報(bào)信號(hào)。
通過參考作為優(yōu)選實(shí)施方案的圖1可以更好地理解本發(fā)明的入侵探測系統(tǒng),其中該系統(tǒng)被用于探測火車站內(nèi)的入侵,特別是沿站臺(tái)(10)和沿站臺(tái)(10)的鐵路軌道(20)的入侵。已知至軌道區(qū)域(20)內(nèi)的入侵最有可能只來自站臺(tái)(10)的事實(shí),我們認(rèn)為我們的探測周界應(yīng)該起始于沿著鐵路軌道(20)延伸的站臺(tái)邊緣(12)。
傳感器類型1激光掃描器如圖1所示,一對(duì)以合適間距隔開放置的激光掃描器(14,16),作為第一電磁波譜范圍的第一類型探測器,可以被安裝在站臺(tái)邊緣(12)的上方,以便激光掃描光束射向下面及旁邊。對(duì)于諸如新加坡大眾捷運(yùn)(MRT)系統(tǒng)之類的典型火車站,站臺(tái)跨度可能只有40米,單個(gè)這種激光掃描器足以覆蓋站臺(tái)(10)的整個(gè)長度。對(duì)于更大的車站,將需要一對(duì)這種昂貴的激光掃描器(14,16),如圖1所示。
激光掃描器(14,16)可以優(yōu)選地為二維掃描類型。這種激光掃描器的典型包括由SICK AG(瓦爾德基爾希(Waldkirch),德國)制造的LMS-291激光掃描器,該LMS-291激光掃描器可提供長的探測距離以及可靠的探測,即使在最為惡劣的環(huán)境條件下也如此。
預(yù)期的激光掃描器的另一個(gè)典型是由Siemens AG(慕尼黑,德國)制造的SIGUARD LS-4,SIGUARD LS-4是光學(xué)距離傳感器。該設(shè)備在190°的工作范圍內(nèi)周期性地發(fā)送光脈沖。如果脈沖碰到障礙物或人,激光掃描器將接收反射回來的光并對(duì)它進(jìn)行估算。掃描器根據(jù)光傳播時(shí)間計(jì)算被探測到的障礙物的確切坐標(biāo)。如果障礙物/人在程控(programmed)區(qū)域以內(nèi),掃描器將發(fā)出警報(bào)信號(hào)或啟動(dòng)安全停機(jī)。
顯然,可以使用其他提供約180°的掃描視場并且最小速率在25Hz的激光掃描器,而不限于LMS-291和SIGUARD LS-4。
優(yōu)選地,光束射向離站臺(tái)邊緣(12)約2厘米的地方,以便光束不探測出由不順從的乘客和那些被擁擠的人群擠進(jìn)黃線區(qū)域(18)的乘客作出的至黃線區(qū)域(18)內(nèi)的入侵,該入侵可能觸發(fā)誤警報(bào)。采用該配置,除非乘客非常危險(xiǎn)地接近站臺(tái)邊緣(12),不然入侵將不會(huì)被檢測到。離站臺(tái)邊緣(12)的這個(gè)2cm的間距也確保了激光傳感器(14,16)在列車進(jìn)入車站或離開車站時(shí),不探測出來自列車的假入侵信號(hào)。
該2-D激光掃描器從上至下地掃描站臺(tái)場景,給出約180°的掃描視場,其速率在25Hz到40Hz的范圍內(nèi)。圖2A-2C表示的側(cè)視圖最清楚地示出了有列車和沒有列車存在的掃描場。
根據(jù)激光掃描器的上述配置,明顯的是,我們的方法是使用激光掃描器(14,16)沿著站臺(tái)邊緣(12)建立虛墻(22),以限定待保護(hù)的軌道區(qū)域的周界,而不是對(duì)站臺(tái)的黃線區(qū)域(18)和沿站臺(tái)(10)的鐵路軌道(20)的整個(gè)長度進(jìn)行監(jiān)視;事實(shí)上至軌道區(qū)域(20)內(nèi)的入侵最有可能只來自站臺(tái)(10),而該入侵必須穿過虛墻(22),因此,通過利用這樣的事實(shí)減少了待針對(duì)入侵進(jìn)行監(jiān)視的區(qū)域。于是,我們只需通過首先探測任何對(duì)虛墻(22)的越過來探測至軌道區(qū)域(20)內(nèi)的入侵。該方法顯著地減少了待監(jiān)控的區(qū)域以及系統(tǒng)所需的傳感器數(shù)目。
傳感器類型II照相機(jī)至于第二類型傳感器,可以使用照相機(jī)。照相機(jī)可以是靜物照相機(jī)或攝像機(jī)。優(yōu)選地,一對(duì)立體攝影機(jī)(30a,30b)(包括閉路電視,CCTV)被安裝在站臺(tái)(10)每一端的上方,并被對(duì)準(zhǔn)到鐵路軌道(20)上,優(yōu)選地,位于車站頂棚(32)的覆蓋下,以便它們較少地受天氣的影響。該立體攝影機(jī)對(duì)中的兩個(gè)立體攝影機(jī)的光軸互相對(duì)準(zhǔn),以便站臺(tái)邊緣在所顯示的圖像中表現(xiàn)為一單根線條,同時(shí)在合成圖像中將圖像分成兩部分,即站臺(tái)部分和軌道部分。
采用這種激光掃描器和立體CCTV的配置,受保護(hù)的或指定區(qū)域?qū)⒈蝗肭痔綔y系統(tǒng)完全覆蓋。任何被如此探測到并在CCTV顯示器上表現(xiàn)為圖像的入侵將非常肯定地對(duì)應(yīng)于物理上位于鐵路軌道(20)上或上方的入侵目標(biāo)。
盡管上面示例性描述的兩種類型的探測器是激光掃描器和立體CCTV,即分別探測激光和可見光譜區(qū)的電磁波長,但它們可以由用于其他電磁波譜范圍的探測器替代,只要這些探測器是具有不同波譜范圍的探測器。具體而言,第一和第二探測器可以包括微波、無線電波、紅外、激光和可見光探測器中的任何一種或它們的任何組合。
除了具有180°掃描場的激光掃描器,虛墻(22)也可以通過光電點(diǎn)到點(diǎn)、多級(jí)光束探測器中的任何一種或由它們組合形成,所述光電點(diǎn)到點(diǎn)、多級(jí)光束探測器形成光束陣列,或采用被安排以形成虛墻或警戒網(wǎng)的直線掃描的形式。在這里術(shù)語“光電”設(shè)備旨在涵蓋任何由入射電磁輻射而不只是可見光譜區(qū)的電磁波譜引起的、在設(shè)備(如,傳感器)中產(chǎn)生的電流和電效應(yīng)。
在具體配置中,只有虛墻(22)被越過時(shí),CCTV立體攝影機(jī)(30a,30b)才被啟動(dòng)以針對(duì)入侵進(jìn)行掃描。在用附解的本實(shí)施例中,形成虛墻(22)的兩個(gè)激光掃描器(14,16)可和CCTV立體攝影機(jī)(30a,30b)并行運(yùn)行。由該立體攝影機(jī)對(duì)中的至少一個(gè)立體攝影機(jī)捕獲的立體合成圖像可和位于X和Y軸內(nèi)的像素陣列相關(guān),該X和Y軸與沿站臺(tái)邊緣(12)延伸并橫跨沿所述站臺(tái)(10)的鐵路軌道(20)的網(wǎng)格對(duì)應(yīng)。我們的系統(tǒng)的算法要求,為了使探測到的入侵是有效的,該入侵必須能夠被兩種類型的傳感器探測到,即至少被激光掃描器(14,16)中的一個(gè)和CCTV立體攝影機(jī)(30a,30b)中的至少一個(gè)探測到。實(shí)施該原理可以將誤警報(bào)率保持在很低的比率,即便在嚴(yán)酷的天氣條件下也如此。
可以通過使用電荷耦合器件(CCD)實(shí)現(xiàn)該原理,CCD是一種形式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,它生成表示模擬圖像輸入的數(shù)字信號(hào)輸出。CCD內(nèi)存儲(chǔ)電荷的遷移提供了運(yùn)行方法,使得每個(gè)像素可以被分配一個(gè)與覆蓋沿站臺(tái)邊緣的列車軌道的網(wǎng)格相應(yīng)的坐標(biāo)。在這種布置中,兩種類型的傳感器,特別是立體攝影機(jī),可以在每種類型的傳感器所對(duì)應(yīng)的像素位置上在同一時(shí)間探測到入侵。
可替換地,或者補(bǔ)充地,可以使用圖像-地面對(duì)準(zhǔn)的概念提供一種方案,使圖像上的像素位置(xi,yi)和地面上的實(shí)際空間坐標(biāo)(Xg,Yg)相關(guān)。這通過首先選擇圖像中被識(shí)別為軌道區(qū)域的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)。通過將圖像中的該軌道區(qū)域的角落(xi,yi)同它們距照相機(jī)的實(shí)際地面距離(Xg,Yg)相映射,軌道區(qū)域里的每個(gè)像素都被映射到實(shí)際空間中的二維坐標(biāo)。通過該映射,可以估計(jì)占據(jù)軌道區(qū)域中的位置(xi,yi)的目標(biāo)的實(shí)際位置(Xg,Yg)。
位置傳感器參考圖1,除了上述兩種類型的傳感器即激光掃描器(14,16)以及CCTV立體攝影機(jī)(30a,30b)之外,還可以將第三種類型的傳感器配置進(jìn)系統(tǒng)中,以此作為我們發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施方案。該第三種類型的傳感器是位置傳感器,其優(yōu)選為感應(yīng)設(shè)備,即在探測到含鐵或非含鐵金屬目標(biāo)時(shí)感應(yīng)生成電流作為信號(hào)的設(shè)備,該目標(biāo)在設(shè)備的感應(yīng)線圈周圍感應(yīng)出所述信號(hào)。一些這種傳感器包括由Omron ElectronicsLLC(Schaumburg,IL,美國)制造的TL-L系列長距離電感式接近傳感器,對(duì)于鐵(含鐵的)和鋁(非含鐵的)目標(biāo),該TL-L系列遠(yuǎn)程電感式接近傳感器均具有最高達(dá)100mm的長有效感測距離。另一種傳感器模型是由Schneider Electric Industries S.A.(Rueil-Malmaison,法國)制造的Osiprox電感式接近傳感器,該Osiprox電感式接近傳感器的有效感測距離最高達(dá)60mm。
如圖1所示,最優(yōu)選的實(shí)施方案包括三種類型的傳感器,即除了激光掃描器(14,16)以及CCTV立體攝影機(jī)(30a,30b)之外,還優(yōu)選地沿鐵路軌道間隔開地放置位置傳感器(40a,40b,40c,40d以及40e),用于探測列車的到達(dá)、離開和??课恢谩?br>
圖1示出了五個(gè)這種位置傳感器(40a,40b,40c,40d以及40e),它們沿鐵路軌道間隔開地放置,其中它們中的3個(gè)位置傳感器(40b,40c以及40d)被放置用來感測停靠在站臺(tái)上的列車的位置,而兩個(gè)位置傳感器(40a,40e)被放置在軌道的兩端,優(yōu)選地位于遠(yuǎn)離站臺(tái)每一端10m的地方,使得可在車站外感測到列車到達(dá)或離開車站。優(yōu)選地,位置傳感器被置于橫跨鐵路軌道(20)的上方(如,安裝在軌道頂棚上)。
位置傳感器的個(gè)數(shù)取決于車站的長度以及適當(dāng)?shù)馗采w列車的長度的需要,而列車的長度取決于車廂的個(gè)數(shù)。如圖2B和2C所示,一個(gè)位置傳感器(40)可以適當(dāng)?shù)靥綔y單車廂列車(50)的位置,兩個(gè)傳感器(40b,40c)可以適當(dāng)?shù)靥綔y兩車廂列車(52)的位置。由激光掃描器(14,16)建立的虛墻(22)可以被配置,以忽略沿虛墻(22)某些部分的越過,或在位置傳感器(40,40b,40c)探測到列車已經(jīng)沿站臺(tái)停靠時(shí),“打開”沿虛墻(22)的窗口區(qū)域。這種窗口開啟區(qū)域可和列車的門對(duì)應(yīng),以便從那兒上車或下車的乘客的移動(dòng)不被記錄為入侵或越過虛墻(22)。
三維掃描在我們的實(shí)現(xiàn)中,立體攝影機(jī)通過使用計(jì)算立體不一致地圖(stereo disparity map)的已確立方法來提供三維掃描。通過將通過兩個(gè)不同相機(jī)位置拍攝的同一場景的兩個(gè)圖像作比較,可以獲取這種不一致地圖。每個(gè)地圖由一值矩陣組成,由此每個(gè)值表示每個(gè)像素的位置不一致程度。每個(gè)單元(element)上的值通過如下方式計(jì)算首先將兩個(gè)照相機(jī)看到的同一點(diǎn)相關(guān)聯(lián),確定該同一點(diǎn)在兩個(gè)圖像中的每一個(gè)圖像上的相對(duì)位置,并通過使用基本幾何學(xué)獲取該點(diǎn)的深度信息。這種立體方法(stereo method)使得可以確定目標(biāo)距照相機(jī)的距離。因此,當(dāng)該信息與圖像所提供的二維空間信息相結(jié)合時(shí),該信息被擴(kuò)展到三維。
信號(hào)處理和邏輯除了前述傳感器配置之外,用于列車站臺(tái)和軌道的本入侵探測系統(tǒng)的一個(gè)基本部件是信號(hào)處理裝置,該信號(hào)處理裝置用于接收和處理來自前述各種類型的傳感器的信號(hào),以便背景參考數(shù)據(jù)可以被收集并被存儲(chǔ),以和在該系統(tǒng)的入侵探測運(yùn)行期間從所述傳感器接收的信號(hào)作比較。信號(hào)處理裝置可以優(yōu)選地體現(xiàn)圖3所表示的邏輯流程圖或算法。
在邏輯流程圖的步驟(1),激光掃描器和CCTV立體攝影機(jī)都通過允許傳感器在還不允許乘客到站臺(tái)上時(shí)接收來自待保護(hù)的指定區(qū)域的數(shù)據(jù),執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn),該待保護(hù)的指定區(qū)域即站臺(tái)邊緣和鐵路軌道。保存收集的數(shù)據(jù)并將其作為參考數(shù)據(jù)可檢索地存儲(chǔ)起來。對(duì)于激光掃描器,由掃描器探測的站臺(tái)邊緣的輪廓被收集并被保存在存儲(chǔ)器里。對(duì)于CCTV,沒有列車時(shí)的鐵路軌道的圖像也被捕獲和存儲(chǔ)。
在步驟(2),激光掃描器使用它的入侵探測例程掃描站臺(tái)邊緣。它以40Hz的頻率掃描場景,并且對(duì)于所捕獲的每一幀,都在步驟(3)中將其和作為參考的背景輪廓作比較。如果值沒有變化或者值的變化在預(yù)定閾值以內(nèi),例程將回到步驟(2)的開始處。如果參考數(shù)據(jù)和掃描數(shù)據(jù)之間有變化,或者幅度值(range value)的差別超過預(yù)定閾值,則探測信號(hào)被視為可能的或潛在的入侵。
在步驟(4)、(5)和(6),一旦激光掃描器探測到區(qū)域輪廓(rangeprofile)的變化,例程就對(duì)位置傳感器的狀態(tài)進(jìn)行檢查。如果位置傳感器記錄列車被???,那么可能的或潛在的入侵信號(hào)可能由乘客在上車或離開時(shí)越過激光掃描器的虛墻而觸發(fā)。于是檢查在虛墻處的越過坐標(biāo),以查看它們是否和列車的??课恢孟嚓P(guān)。如果它們確實(shí)相關(guān),例程將回到步驟(2)的開始處。
反之,例程將進(jìn)入下一步驟,即如果所探測到的越過落在位置傳感器確定的停靠的列車以外的區(qū)域,那么可能有入侵,即在列車前方或后方可能有人已經(jīng)跌入到軌道上。下一個(gè)邏輯步驟是計(jì)算入侵目標(biāo)的尺寸。
在步驟(7)和(8),將通過對(duì)正被探測的角片段(angular segment)的個(gè)數(shù)進(jìn)行分析,計(jì)算入侵目標(biāo)的估計(jì)尺寸。如果估計(jì)尺寸超過預(yù)定尺寸或閾值尺寸,該入侵被視為有效掃描器級(jí)別(scanner-level)入侵。該入侵的確切位置被記錄,供在步驟(9)中通過第二類型傳感器,即CCTV立體攝影機(jī),作進(jìn)一步分析。
在步驟(9)、(10)和(11),該例程藉助于使用CCTV立體攝影機(jī)來查看該入侵是否可在鐵路軌道區(qū)域上的同一位置被類似地探測到。如果報(bào)告有同一位置的入侵,那么在步驟(12)例程將著手確定目標(biāo)與激光掃描器所探測到的目標(biāo)是否是同一個(gè),并著手確定目標(biāo)尺寸。反之,探測事件將被視為起因于噪聲,例程將回到步驟(2)的開始處。
在步驟(11),如果CCTV沒有探測到任何目標(biāo),例程將利用激光掃描器上的計(jì)時(shí)器進(jìn)行檢查,以查看該探測是瞬時(shí)的還是超過了預(yù)定的時(shí)間幀(time-frame)。如果該探測超過了例如2秒的時(shí)間幀,那么入侵可能由干預(yù)(tampering)、干擾或站得離站臺(tái)邊緣太近的乘客引起,因此不斷觸發(fā)掃描器級(jí)別的入侵警報(bào)。
因此,該例程將觸發(fā)警報(bào)級(jí)別1,該警報(bào)級(jí)別1可以借助于諸如自動(dòng)語音廣播、閃光和報(bào)警器警告聲等的聲音和/或視覺手段生成公共警告,或者通知車站安全人員并通告鐵路網(wǎng)絡(luò)的中央指揮和控制。如果CCTV沒有探測到任何目標(biāo),或者如果探測的時(shí)間幀沒有被超過(如,入侵乘客已經(jīng)離開),例程假設(shè)激光掃描器作出的探測起因于瞬時(shí)噪聲。于是例程將回到步驟2的開始處,并選擇性地產(chǎn)生一個(gè)事件日志。
一旦CCTV確認(rèn)入侵目標(biāo)的存在,就執(zhí)行步驟(12)。目標(biāo)停留在軌道上以后,例程就使用CCTV所捕獲的圖像計(jì)算目標(biāo)的高度和寬度。這是基于這樣的假設(shè),即估計(jì)固定目標(biāo)的尺寸比估計(jì)仍然在飛行或降落的目標(biāo),如報(bào)紙,的尺寸更精確。目標(biāo)的尺寸利用所捕獲的目標(biāo)圖像的已記錄像素?cái)?shù)量(registered pixel count)來估計(jì)。
在步驟13,將根據(jù)CCTV圖像估計(jì)的目標(biāo)尺寸和預(yù)定閾值進(jìn)行比較,并同目標(biāo)保持被捕獲的時(shí)間幀的數(shù)值對(duì)照。如果目標(biāo)尺寸超過閾值尺寸并且不是瞬時(shí)的,那么觸發(fā)警報(bào)級(jí)別2。依賴于和該級(jí)別的警報(bào)相關(guān)的響應(yīng),可以由例程生成信號(hào),以阻礙列車正常程序繼續(xù)運(yùn)行,通知車站安全人員以及鐵路網(wǎng)絡(luò)的中央指揮和控制等,其中該級(jí)別2的警報(bào)被視為比級(jí)別1的警報(bào)更嚴(yán)重。
將會(huì)理解的是,可以使很多上述特征模塊化,或者針對(duì)其他形式的用途或配置相應(yīng)地對(duì)它們進(jìn)行修改或者調(diào)整。例如,可以使傳感器的配置模塊化,以便可以安裝和配置兩個(gè)或多個(gè)模塊,以作為一個(gè)系統(tǒng)整體地發(fā)揮作用,覆蓋大火車站或道路立體樞紐。來自傳感器的信號(hào)可以通過無線裝置傳輸至信號(hào)處理裝置。入侵探測系統(tǒng)還可以被做成具有管理控制和數(shù)據(jù)采集能力的,或者可啟用管理控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)的,或可啟用因特網(wǎng)協(xié)議的,以便可以對(duì)鐵路服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)火車站進(jìn)行集中監(jiān)控。
還將理解的是,上述入侵探測系統(tǒng)還可另外添加其他類型的傳感器,以進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)誤警報(bào)的防止能力,如添加用于確認(rèn)鐵路軌道上出現(xiàn)大的溫血體的紅外和感溫探測器。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說還顯而易見的是,根據(jù)本發(fā)明的相同的總構(gòu)思、特征以及工作原理,上述一些傳感器或掃描器配置以及邏輯過程可以被重新配置、修改或替代。
這些變體以及替代實(shí)施方案可作為替代配置或?qū)嵤┓桨?,用于替換上述的組成部分、部件、材料、步驟或過程,盡管在此沒有具體描述這些替代配置或?qū)嵤┓桨?,但這些替代配置或?qū)嵤┓桨高€是可用來有效地實(shí)踐本發(fā)明的構(gòu)思和工作原理。因此,它們不能被視為偏離本發(fā)明,而應(yīng)看作落入以下權(quán)利要求的表述和范圍之內(nèi)。
盡管結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了描述,但應(yīng)能理解的是,本發(fā)明可以有進(jìn)一步的修改。該申請(qǐng)旨在覆蓋本發(fā)明的任何下述變體、應(yīng)用或修改這樣的變體、應(yīng)用或修改在總體上遵循本發(fā)明的原理并且包括偏離本公開但在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橐阎驊T常做法且可應(yīng)用于在上文中陳述的基本特征的內(nèi)容。
由于本發(fā)明可以以多種形式體現(xiàn)而不脫離本發(fā)明基本特征的實(shí)質(zhì),因此應(yīng)該理解的是,除非另有規(guī)定,上述實(shí)施方案并不是來限制本發(fā)明的,而應(yīng)該在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)作寬泛的理解。旨在多種改型和等同方案被包含在本發(fā)明以及所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)。因此,具體實(shí)施方案應(yīng)被理解成是說明實(shí)踐本發(fā)明原理的很多方式的。在以下的權(quán)利要求中,旨在裝置加功能款項(xiàng)覆蓋執(zhí)行所限定的功能的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)等同物和等同結(jié)構(gòu)。例如,盡管釘子和螺絲釘可能不是結(jié)構(gòu)等同物,因?yàn)獒斪硬捎脠A柱表面將木質(zhì)部分固定在一起,而螺絲釘采用螺旋表面將木質(zhì)部分固定在一起,但在固定木質(zhì)部分的環(huán)境下,釘子和螺絲釘是等同結(jié)構(gòu)。
“包括(comprise/comprising)”在本說明書中被使用時(shí),用來規(guī)定所陳述的特征、完整物(integer)、步驟或部件的存在,但是不排除存在或者附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、完整物、步驟、部件或其組合。
權(quán)利要求
1.一種用于指定區(qū)域的入侵探測系統(tǒng),包括-第一電磁波譜范圍的至少第一探測器;-第二電磁波譜范圍的至少第二探測器;其中該第一和第二探測器被布置于不同位置,以接收來自所述指定區(qū)域的各自對(duì)應(yīng)的電磁波,以便-將所探測的、所述指定區(qū)域的正?;驔]有入侵的輪廓的電磁波指定為背景參考;以及-將所探測的、目標(biāo)作出的到所述指定區(qū)域中的入侵的電磁波和所述背景參考作比較,以確定是否存在變化,于其上探測預(yù)定變化,生成探測信號(hào);-信號(hào)處理裝置,該信號(hào)處理裝置被布置以接收來自所述探測器的探測信號(hào),其中對(duì)該探測信號(hào)作整體處理,使得只有在所述信號(hào)處理器驗(yàn)證來自第一和第二探測器的探測信號(hào)指示約在同一時(shí)間被接收且在所述指定區(qū)域內(nèi)的約同一位置的入侵探測時(shí),才生成入侵警報(bào)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),其中該指定區(qū)域包括鐵路軌道和火車站的站臺(tái)邊緣中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),其中該第一和第二探測器包括光電點(diǎn)到點(diǎn)、多級(jí)光束探測器中的任何一種或它們的任何組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),其中該第一和第二探測器包括微波、無線電波、紅外、激光和可見光探測器中的任何一個(gè)或它們的任何組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),其中該第一探測器是激光掃描器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的入侵探測系統(tǒng),其中該掃描器是直線掃描器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的入侵探測系統(tǒng),其中該激光掃描器是二維(2D)激光掃描器,該二維激光掃描器投射出與指定區(qū)域的周界的至少一部分平行的虛墻并限定該指定區(qū)域的周界的至少一部分,使得越過該虛墻觸發(fā)探測信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的入侵探測系統(tǒng),其中該激光掃描器安裝在站臺(tái)邊緣的上方,剛好大約在站臺(tái)邊緣內(nèi)側(cè)向下面和旁邊投射。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的入侵探測系統(tǒng),其中足夠數(shù)量的激光掃描器被設(shè)置以投射出虛墻,以跨越火車站站臺(tái)的上車區(qū)域的長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),其中該第二探測器是照相機(jī),包括靜物照相機(jī)和攝像機(jī)中的至少一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的入侵探測系統(tǒng),其中該照相機(jī)包括一對(duì)立體攝影機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的入侵探測系統(tǒng),其中該照相機(jī)安裝在站臺(tái)的至少一端的站臺(tái)邊緣上方約與頂棚同高的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的入侵探測系統(tǒng),其中該立體攝影機(jī)對(duì)被對(duì)準(zhǔn),使其光軸平行于站臺(tái)邊緣,使得用該立體攝影機(jī)對(duì)可接收到的立體圖像顯示為一合成圖像,該合成圖像被縱向地分成兩部分,即站臺(tái)部分和軌道部分,使得該站臺(tái)邊緣在該合成圖像中表現(xiàn)為一單根線。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的入侵探測系統(tǒng),其中該立體攝影機(jī)對(duì)被安裝在站臺(tái)兩端。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14中任何一項(xiàng)的入侵探測系統(tǒng),其中該立體攝影機(jī)對(duì)中的至少一個(gè)所捕獲的立體合成圖像和位于X和Y軸內(nèi)的像素陣列相關(guān),該X和Y軸對(duì)應(yīng)于沿站臺(tái)邊緣延伸并橫越沿所述站臺(tái)的列車軌道的網(wǎng)格。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),還包括至少一個(gè)位置傳感器,該位置傳感器用于探測正接近、??炕螂x開站臺(tái)的列車在一位置的出現(xiàn),并相應(yīng)地生成待由所述信號(hào)處理裝置處理的信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的入侵探測系統(tǒng),其中該位置傳感器監(jiān)測列車的??课恢?,以便來自該位置傳感器的停靠信號(hào)被發(fā)送至所述信號(hào)處理裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的入侵探測系統(tǒng),其中該位置傳感器是感應(yīng)設(shè)備。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的入侵探測系統(tǒng),其中多個(gè)位置傳感器被放置在跨越沿著站臺(tái)的列車軌道的上方,足以監(jiān)測由車廂組成的列車的長度,并且另外的位置傳感器被放置在站臺(tái)之后和站臺(tái)之前,以探測列車的到達(dá)和離開。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),其中該信號(hào)處理裝置收集來自該第一和第二探測器的背景參考數(shù)據(jù),并存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)供參考。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的入侵探測系統(tǒng),其中該信號(hào)處理裝置接收來自該第一和第二探測器的探測信號(hào),檢索所述背景參考數(shù)據(jù),將該探測信號(hào)和所述背景參考數(shù)據(jù)作比較,以獲取變化數(shù)據(jù),將所述變化數(shù)據(jù)和預(yù)定變化閾值作比較,當(dāng)探測所述變化數(shù)據(jù)超過所述預(yù)定變化閾值時(shí),觸發(fā)第一入侵警報(bào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的入侵探測系統(tǒng),其中該位置傳感器探測到列車沿站臺(tái)??浚甘驹撔盘?hào)處理裝置忽略來自該第一和第二探測器的探測信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的入侵探測系統(tǒng),其中該第一入侵警報(bào)被觸發(fā)時(shí),該信號(hào)處理裝置啟動(dòng)該信號(hào)處理裝置中的例程,以利用第二探測器的三維幾何學(xué)功能分析入侵目標(biāo)的尺寸;將目標(biāo)體積和預(yù)定閾值體積作比較;和/或在觸發(fā)第二入侵警報(bào)之前,驗(yàn)證是否已經(jīng)在至少2幀里探測到所述目標(biāo)。
24.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的入侵探測系統(tǒng),其中該入侵探測系統(tǒng)是模塊式的,并且多個(gè)模塊被安裝以覆蓋站臺(tái)或包括多個(gè)車廂的列車的長度,其中這些模塊被集成,以起火車站的系統(tǒng)單元的作用。
25.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的入侵探測系統(tǒng),其中信號(hào)被無線傳輸至該信號(hào)處理裝置。
26.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的入侵探測系統(tǒng),其中入侵探測系統(tǒng)是可遠(yuǎn)程啟用的(remotely-enabled)以對(duì)鐵路服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)火車站進(jìn)行集中監(jiān)控,包括可啟用SCADA或可啟用因特網(wǎng)協(xié)議中的任何一個(gè)或其組合。
27.一種用于探測目標(biāo)入侵到指定區(qū)域中的方法,包括以下步驟-運(yùn)行第一電磁波譜范圍的至少第一探測器;并且-運(yùn)行第二電磁波譜范圍的至少第二探測器;其中該第一和第二探測器被布置于不同位置,以接收來自所述指定區(qū)域的各自對(duì)應(yīng)的電磁波,以便-將所探測的、所述指定區(qū)域的正?;驔]有入侵的輪廓的電磁波指定為背景參考;以及-將所探測的、目標(biāo)作出的到所述指定區(qū)域中的入侵的電磁波和所述背景參考作比較,以確定是否存在變化,于其上探測預(yù)定變化,生成探測信號(hào);-接收和處理來自所述探測器的探測信號(hào),其中對(duì)該探測信號(hào)作整體處理,使得只有在所述信號(hào)處理器驗(yàn)證來自該第一和第二探測器的探測信號(hào)指示約在同一時(shí)間被接收且在所述指定區(qū)域內(nèi)的約同一位置的入侵探測時(shí),才生成入侵警報(bào)信號(hào)。
全文摘要
公開了適合用于鐵路站臺(tái)(10)的入侵探測系統(tǒng),該系統(tǒng)使用兩個(gè)或多個(gè)探測器(14,16),所述探測器優(yōu)選地為不同波長范圍的電磁波譜的探測器。該探測器可以是激光掃描器和CCTV立體攝影機(jī)。對(duì)來自兩個(gè)探測器的信號(hào)進(jìn)行處理,以通過要求兩個(gè)探測器都指示一個(gè)入侵來避免誤警報(bào)??纱鎯?chǔ)一個(gè)區(qū)域空時(shí)的背景輪廓,并結(jié)合所述探測器之一使用該背景輪廓,以確定例如人的存在。該處理可以進(jìn)一步要求兩個(gè)探測器在同一時(shí)間同一位置探測到某一存在。每個(gè)探測器可以包括用于刪除諸如光水平變化之類的環(huán)境條件變化的裝置。
文檔編號(hào)G08B13/18GK101048806SQ200580036678
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者陳鴻順, 沈飛, 王英杰, 郭裕明, T·H·鄭 申請(qǐng)人:新加坡科技勁力私人有限公司