CN102859104A - 关闭和开启门的安全装置 - Google Patents

Abstract

本发明特别描述了一种使至少一个门（P）在门框（CAD）内自动关闭和开启的装置，门由控制器（CTRL）操控，控制器确保使门保持在开启状态的安全模式以及根据需要，当存在妨碍门完全关闭在门框内的障碍物时的重新开门模式，其特征在于：至少一个摄像机（CAM），其具有至少相交于门框平面的视线轴并提供被门框平面切割的一块体积的图像，至少一个图像分析单元（AN），其抽取一块体积中的障碍物的关注区域，运算器（CALC），其提取每个关注区域的至少一个几何特征，并将其归类到最接近特征已知的不同安全场景的至少一个类型中，并向控制器发出安全信号（SEC），安全信号启动安全模式并取决于对安全警报值的估算，安全警报值是由根据涉及至少一个应用于几何特征的尺度准则的权重的类型的公式计算的。

Description

关闭和开启门的安全装置

本发明主要涉及根据权利要求1前序部分的使至少一个门在门框内的自动关闭和开启的装置。

本发明的现有技术基于使至少一个门在门框内自动关闭和开启的装置，所述门由控制器操控，在开启状态下，控制器确保门保持开启的安全模式，且在需要时，当存在妨碍门完全关闭在其门框内的障碍物的情况下，保证门的重开模式。

具体举例而言，本发明以公交运输车辆的所谓屏蔽门，如设置在地铁列车内的门为例，当乘客经由门进出时，如果所述装置不具备可靠的安全模式，则可能存在确实的危险。当然，本发明不仅局限于该例子，而可以是任意类型的自动门及其自动开启和关闭装置，例如建筑中的自动门及其关闭和开启装置。

当乘客活动不便（例如坐在轮椅上）或成人推童车经由自动门进入列车时，在列车通知开动时门突然关闭，如果通过时间不足，则乘客会遭受门边缘的挤压，如果还带有童车以及任何障碍或物体，则可能在某些情况下显得极为危险。如果当乘客手持的物体位于车辆外部而乘客位于内部，或者与此相反物体位于内部而乘客还在车辆外部而且两者还相互关联时门被关闭，则可能会发生另一种危险。例如这样的情况，由人手持牵狗带或行李皮带时。

因此在第一种情况下，本发明提出在识别到活动不便的乘客或推车时，通过保持开启状态来阻止门关闭。在第二种情况下（穿过门框的牵狗绳、行李带），本发明提出，在公交运输的情况下显然已阻止车辆开动后，重新开门。

目前，门的关闭安全性由感应边缘保证，当门关闭时，感应边缘用于测量障碍物上的压力阈值，因此警告有障碍物阻碍完全关闭。该感应边缘具有两个主要的缺陷，必须使其受压才能使门重新打开（在把轮椅或童车推进门的时候将造成极大的妨碍），以及其敏感性经常不足以检测到例如进入关闭门的背包带（背包在外部，乘客在内部，或反之亦然）。这种类型的情况在列车启动时显得很危险。在配备司机的地铁上，由司机负责用视觉（视频）设备监视不存在所述情况，以及在门关闭后没有任何东西被隔在门外。因而在此，依然不能排除人为失误。最后，特别是在所谓自动公交运输工具，例如无人驾驶的自动地铁情况下，自动地确保门的管理，因而仅有感应边缘保证门关闭的安全性。按照这种情况，在感应边缘进行检测之后，门重新打开或仅仅在短暂的瞬间消除机械作用力。存在基于红外线光束的其它装置，例如用来管理电梯门，然而其未被用在地铁上，因为在客流量大时不能够关闭车辆门。

本发明的目的因此在于令使得至少一个门在门框内的自动关闭和开启的装置管理的安全水平最大化，例如公交运输车辆的一个或多个屏蔽门，特别是当车辆是无人控制甚至无人驾驶的车辆时。

为此，通过权利要求1提出一种装置，并通过权利要求9提出所述装置在公交运输领域内的有利的使用方法。

一组从属权利要求还给出了本发明的优点。

根据使至少一个门在门框内自动关闭和开启的装置，所述门由控制器控制以确保使门保持开启状态的安全模式，以及根据需要，当存在妨碍门完全关闭在门框内的障碍物时的重新开门模式，本发明设置的控制器包括：

-至少一个摄像机，其具有至少相交于门框平面的视线轴并提供被门框平面切割的一块体积的图像。

-至少一个图像分析单元，其抽取所述一块体积中的障碍物的关注区域，

-运算器，其提取每个关注区域的至少一个几何特征，并将其归类到最接近特征已知的不同安全场景的至少一个类型中，并向所述控制器发出安全信号，所述安全信号启动安全模式并取决于对安全警报值的估算，所述安全警报值是由根据涉及至少一个应用于所述几何特征的尺度准则的权重的类型的公式计算的。

有利地，关注区域可以是例如呈圆形、正方形、矩形、条形的几何形状。优选地，可以非常简单地并且根据十分不同的几何形状来选择所述关注区域，从而通过确保几何识别的高安全水平来简化并加速任何要避免的关闭。

为了使希望的安全水平最大化，考虑根据以下因素中的至少一个来定义尺度准则：

-特征的绝对尺寸值，

-特征之间的相对尺寸值，

-基于场景的特征的尺寸值之比。

可以在基于多个场景的学习阶段之后，甚至通过使用神经元网来选择和补充这样的因素。

装置设置成视线轴至少相对于门框平面倾斜，直到在门框平面内垂直或与门框平面略微错位。所述特性可以看做在上面提及的多种危险情况下为关注区域提供改善的安全视线。为了进一步提高安全水平，可以按照视线轴呈三角形地设置多个摄像机。这样使得能够确保被有危险的个体的遮盖区域也被考虑在内，或允许在人流大的时段更好地从中分辨有危险的个体。同样，在摄像机故障时，可通过冗余来确保安全保护。

同样，门框可包括与控制器连接的激光测距仪，作为把门保持在开启状态的第二安全模式以及在需要时重新开门的模式。同样还可能设置用于把门保持在开启状态以及在需要时的重新开门模式的附加部件，附加部件与所述控制器连接，例如为对障碍物具有（通常的或可变的）机械感应性的至少一个门边，或者横穿门框平面的至少一个发光条。

最后，按照本发明的装置可设置能提取关注区域动态特征的运算器，所述特征被归类到已知的场景类型中，并且通过基于所述动态特征的安全准则来补充计算安全警报值，理想地通过基于尺度准则建立的公式中的补充加权来计算安全警报值。因此，行动不便人员或背包带的特征运动也将用来改善对危险的检测，且因此确保达到更高的安全水平。

本发明还提出使用根据本发明的装置来理想地对带有自动关闭门的公交运输车辆，特别是无人驾驶的自动车辆，提供较高的安全可能性。而且，为了能够达到最大的安全水平，特别是在发出安全警报的情况下，摄像机的图像也可以被传输至车载或地面上的中央控制台。由此，操作者可以与根据本发明装置同步地时实观察装置发出的危险情况及其良好运转。

参考附图提出实施和应用示例，在附图中：

图1按照本发明的装置的主示意图，

图2在轮椅情况下的本发明原理，

图3在背带或牵狗带情况下的本发明原理。

图1示出在门框CAD中滑动且在其门框内配备有自动关闭和开启的装置的屏蔽门P，所述门由控制器CTRL操控，从而确保使门保持在开启状态的安全模式以及当存在阻碍门完全关闭在门框内的障碍物时根据需要重新开门的模式。

最终装置包括：

-至少一个摄像机CAM，其具有至少相交于门框平面CAD的视线轴AX并提供被门框平面切割的一块体积的图像。

-至少一个图像分析单元AN，其抽取所述一块体积中的障碍物的关注区域，

-运算器CALC，其提取每个关注区域的至少一个几何特征，并将其归类到最接近特征已知的不同安全场景的至少一个类型中，并向所述控制器发出安全信号，所述安全信号启动安全模式并取决于对安全警报值的估算，所述安全警报值是由根据涉及至少一个应用于所述几何特征的尺度准则的权重的所述类型的公式计算的。

在发出安全警报的情况下（=启动信号SEC），控制器阻止关门或重新开门，并且当然会向相关车辆发送停止信号STOP。

图2示出用于第一种情况的从门框顶部向底部获取的图像，其中行动不便人员（坐轮椅）进入屏蔽门P1、P2的门框，此时门在关闭模式下被启动。门框顶部的摄像机在稍前方且在关门时获取连续的图像，并通过常用的图像识别装置在该情况下提取两个主要的关注区域：人员头部1及其轮椅的方形2（特征为两个方形棱的两轮边缘）。运算器CALC因此提取圆1和方形2，并按照第一尺度准则“含有圆形的方形”，以例如50%的可能性，把结果归类在“轮椅”场景类型中。第二尺度准则因此也可以从几何特征1、2各自的尺寸（长度、宽度、面积）中提取，且在精确的情况下，允许将上述可能性提高例如20%。最后，第三尺度准则也可以从几何特征1、2的面积比中提取，例如“方除以圆”的面积比大于或等于3。因此，在分别适合这三个准则的加权下，可能总结出达到80%的可能性，也即超过为启动安全信号并阻止关门而预设的阈值时，如果发生这种情况，将重新打开门。

图3按照与图2相同的原理，示出用于第二种情况的从门框顶部向底部获取的图像，其中，乘客用牵狗带牵着狗且没有注意到狗未跟随他进入或离开车辆，此时，两屏蔽门将关闭，即正在关闭或几乎处于关闭位置。关注区域是乘客的头部3（或/和躯干/肩部）以及狗的躯干和头部5。因此检测到牵狗带/背带卡住的场景。尺度准则由此被确定，并被应用在各关注区域3、5的特征尺寸上。如果可能，还可搜索例如牵狗带或背带的第三关注区域4，也可以加强另一尺度准则。可以计算几何特征3、4、5之间的面积比的补充准则。其它动态的尺度准则（狗或乘客的惊慌或害怕中的移动）可以在几何特征3、5（和4）的运动基础上被检测。最后，这些准则的加权公式因此可在必要时启动安全警报。

以下，本发明将对能在自动化公交运输车辆的情况下运行该装置的其它方面进行描述。

作为带感应边缘的安全系统的补充或完全替代，本发明提出借助由围绕门安装并可能以激光测距仪作为补充的多个摄像机，来识别危险场景。当危险场景出现于停靠在站台的车辆时，根据场景类型，门将保持打开（行动不便的人员情况）或重新打开来放开被卡住的物体（横穿门卡住的背带）。

一个摄像机或摄像机网因此围绕门的周围设置。摄像机位于车上并对门外部进行拍摄，或者位于站台上，特别是存在屏蔽门的情况下。场景深处的图像可被完全识别。建议对保留的场景实施自动化识别算法。摄像机网可有助于获得场景的立体影像，并通过按照关注区域估计被卡住物体的体积、类型来提高检测的可靠性。可建议增加激光测距仪来改善检测。并建议把来自摄像机的数据与来自测距仪的数据相结合从而提高检测质量。测距仪能够以相当高的精确度来估计物体的精确定位，且与摄像机的信息结合，体积将得到更精确的计算。当使用按照本发明的装置，而未使用门上的感应边缘时，在摄像机或激光测距仪边缘引入处理，从而达到至少已知的安全水平SIL3，也就是至少小于10-7每小时的故障可能性。这种处理能证实目前的检测系统总是有效，且其性能可得到保证。

特别地，围绕车门的摄像机或摄像机网对位于门垂直平面上并定位于通过门槛的场景进行分析。根据计划实现的关注区域的检测精确度来实现对摄像机配置的选择。特别地，在摄像机网的情况下，可以利用允许感知所识别的形状的体积并改善安全功能的安全水平的处理。这种处理可以搭载在一个或多个摄像机上或安装在专门的设备上。一个/多个摄像机的信息可以由激光测距仪接收的信息补充完整。实现数据的合并从而精确地确定物体的定位（相对于门平面的高度和位置）及其体积。可以根据待实现的功能实施三种不同的处理。

1°检测行动不便的人员或童车：

摄像机（和可能的激光器）对场景进行分析。不同类型的轮椅、童车的基准图像被存储并识别。可从俯视图上见到头部以及在一位置处显现自由体积的门框，或仅仅可见轮椅的体积（仅轮椅出现在门中的情况）。因此可确定检测尺度准则（一组相关的分析和计算）。根据这些数据，可以估算由轮椅占据的体积。通过与已知体积的关联以及对头部的辨别，可以认为检测到场景。该体积随后被相对于门的垂直平面定位。如果该体积与门平面的交叉非空，则可认为场景有效。为了改善检测并避免错误的检测，可实现物体高度的测量及其相对于所确定的门平面的定位。可以通过获知所使用的一个/多个摄像机（和可能的激光测距仪）的位置和光学特征，来实现测量。还可以考虑摄像机的位置和光学特征以识别物体相对于门平面的位置。当表明场景有效时，向管理一个或多个门的系统传输信号（=通过控制器），从而阻止门的关闭。当该类型的场景不再占据门槛时，装置消除传输的信号从而不再阻止关闭。

2°检测夹在门内的物体

背带较长的背包、拉杆、带扣衣服的皮带或任何人身上所系的可以夹在门内的物体，都可能在门关闭时位于车辆的外部（或相反，人员位于外部而物体位于内部），而门的系统不再重新打开。同样棘手的情况是狗位于车辆的外部或内部而牵狗带夹在门中。如果车辆将要开启，则这样的情况会很危险。当门关闭时，一个/多个摄像机对门外部的垂直平面进行分析。系统已知基准门平面。与根据本发明的装置相连的系统在门关闭时对该平面进行分析。通过图像处理识别物体。在摄像机（和激光测距仪）网的情况下，所述处理能对物体的形状、高度和体积进行估算。考虑确定物体尺寸大小、体积的模型。如果物体超出该模型，装置将按照根据上述特征确定的准则，通过向自动化系统或机务段操控系统发送禁止开动指令来禁止车辆开动。在禁止开动之后，自动操控相关门的开启指令从而放开别夹住的物体。

3°在夹住人员后的自动重新开启：

在感应边缘没有被安装在门上的情况下，一个或多个摄像机（以及激光测距仪）对门平面进行分析。通过被夹在例如两个滑动门扉之间的人员来识别夹住的情况。系统通过分析门边缘的运动检测到门的运动。此时，作为补充准则，门边缘不再移动且总不能对接时，实现对门缝隙的分析。考虑物体的高度、体积及其形状来作出使场景有效的决定。一旦场景有效，重新开门的安全指令被传输至门的控制器系统。或者使门立刻中止关闭作用力而且在经过一段可调节时限（例如5秒）之后重新实施作用力，或者使门完全重新打开。也可以实现为把所获取的图像发送给车辆控制中心，从而由管理员操作确认来准许门的关闭或开启。

实现处理安全化

当安全功能要求达到SIL3的安全水平（故障率小于10-7每小时），必须在摄像机的水平上增加功能以允许保证图像正来源于时实场景且摄像机总是有效。

可实现三种类型的处理:

至少使用两个摄像机。对来自摄像机的不同接收图像实现关联。通常，如果摄像机不再正确运转，或/和如果两个摄像机都指向同一场景，则这样能允许辨别是否存在视觉阻碍。为了提高功能的可用性，可以改进为由3个摄像机的构成的网，从而实现冗余且总是具有至少两有效的摄像机。

这种通过关联摄像机图像实现的第一类分析可以由采集链测试进行补充，其中通过在每个电子器件处注入以门为特征并遵从预定顺序的已知测试图像来实现采集链测试。处理单元处的较好的图像接收允许将采集链当作总是有效。

使图像采集与系统定时同步，因此信息传输的任何时间变化都将被检测。时间的掌握对于不在系统和被分析的场景之间产生有危害的时间延迟非常重要。连接至根据本发明的装置的自动门的系统的反应应当总符合公交运输系统的安全水平。在超出预设阈值的情况下，自动门系统将被看作失效。

Claims (10)

1.使至少一个门（P）在门框（CAD）内自动关闭和开启的装置，所述门由控制器（CTRL）操控，所述控制器确保使门保持开启状态的安全模式以及根据需要，当存在妨碍门完全关闭在门框内的障碍物时的重新开门模式，

其特征在于：

至少一个摄像机（CAM），其具有至少相交于门框平面的视线轴并提供被所述门框平面切割的一块体积的图像，

-至少一个图像分析单元（AN），其抽取所述一块体积中的障碍物的关注区域，

运算器（CALC），其提取每个关注区域的至少一个几何特征，并将其归类到最接近特征已知的不同安全场景的至少一个类型中，并向所述控制器发出安全信号（SEC），所述安全信号启动安全模式并取决于对安全警报值的估算，所述安全警报值是由根据涉及至少一个应用于几何特征的尺度准则的权重的所述类型的公式计算的。

2.按照权利要求1所述的装置，其中，所述关注区域的几何形状为例如圆形、正方形、矩形和条形。

3.按照权利要求1至2中任一项所述的装置，其中，所述尺度准则包括以下因素中的至少一个：

-特征的绝对尺寸值，

-特征之间的相对尺寸值，

-基于场景的特征的尺寸值之比。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述视线轴至少相对于所述门框平面倾斜，直到在所述门框平面内垂直或与所述门框平面略微错位。

5.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其中，按照所述视线轴呈三角形地设置多个摄像机。

6.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述门框包括与控制器连接的激光测距仪，作为把门保持在开启状态的第二安全模式以及根据需要重新开门的模式。

7.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其中，用于把门保持在开启状态以及在需要时的重新开门模式的附加部件与所述控制器连接，所述附加部件例如为对障碍物具有机械感应性的至少一个门边，或者横穿所述门框平面的至少一个发光条。

8.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述运算器提取所述关注区域的动态特征，所述动态特征被归类到已知的场景类型中，并且通过基于所述动态特征的安全准则来补充计算所述安全警报值，理想地通过基于所述尺度准则建立的公式中的补充加权来计算所述安全警报值。

9.按照上述权利要求中任一项所述的装置的用途，用于公交运输车辆的自动关闭门，尤其用于无人驾驶的自动车辆的自动关闭门。

10.按照权利要求9所述的用途，其中，所述摄像机的图像被传输至车载或地面上的中央控制台，尤其在发出安全警报的情况下，所述图像被传输至车载或地面上的中央控制台。

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