CN104464055A - Psd线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统 - Google Patents

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张伟
成波
孙辉
李敏
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Abstract

本发明公开了一种 PSD 线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,包括超声波传感器模块、数据处理模块、 GPRS 模块、数据存储模块、 PSD 线阵模块和客流管理平台。该 PSD 线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统不易受环境因素的影响,不需视频识别和复杂的软件算法,不仅可进行高密度客流的精确计数,而且也能识别客流方向。本发明可提高系统的精确性、鲁棒性和可靠性,并增加数据无线传送、数据分析及后台管理等功能。

Description

PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统
技术领域
本发明涉及于客流量统计技术领域,具体涉及一种PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统。
背景技术
客流量统计系统是客流量统计、评估的有效方法,用来检测某场所的客流量,得出客流方向、数量规律,提高场所的运营管理的效率。
随着我国经济的发展,大型商场、购物中心、超市、旅游景点越来越多,对于这些活动场所来说,顾客流量统计对于卖场的经营分析起到至关重要的作用。目前,很多商场都开始利用客流量统计系统,为经营者的管理和决策提供重要参考数据。此外,作为公共交通工具的所有者和管理者需要实时、清楚、准确的旅客交通统计数据作为规划、车辆调度、运营管理的依据,因此必须要有相应的客流统计与运营分析系统的软硬件设备提供支持。
在已有的相关专利中,专利号为200420113463.0中的“人流量监测装置”、专利号为01137313.X的“用电磁探测器记录公交车人流量的装置”、申请号为200710041616.3的“基于计算机视觉的客流量检测方法及系统”、申请号为200810037799.6的“基于智能视频识别技术的人流量统计方法与系统”、申请号为200910153676.3中的“公交车人流量计数装置”、申请号为200910106055.X的“一种游客流量数据的统计处理方法、系统及服务器”、专利号为200920209555.1的“在商场或超市利用RFID技术统计顾客流量的装置”、申请号为201010122682.5的“一种实时公交车客流量统计方法”,申请号为201310731619.5的“基于超声波传感器的公交车客流统计系统”,上述这些专利中的客流量统计系统所使用的客流统计方法可以分为三种:基于摄像头的视频检测方法;基于光电传感器的检测方法;基于超声波传感器的监测方法。
目前,客流量统计的技术方法存在以下几个难点:高密度客流的精确计数、客流方向判定以及光照、环境等因素的影响。基于计算机视觉的客流量统计系统适用于客流量密度较低的情况,同时也能识别客流方向,但当客流密度高时检测精度较低,而且软件算法实现复杂,成本较高;基于光电传感器的客流统计系统不易受环境因素的影响,但高密度客流和客流方向仍是技术难题;基于超声波传感器的公交车客流统计系统不易受室外环境、高密度客流、图像质量等因素影响的问题,但客流方向仍是技术难题。
发明内容
本发明提出一种PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,该系统不易受环境因素的影响,不需视频识别和复杂的软件算法,不仅可进行高密度客流的精确计数,而且也能识别客流方向。本发明可提高系统的精确性、鲁棒性和可靠性,并增加数据无线传送、数据分析及后台管理等功能。
本发明的技术方案是:一种PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,包括超声波传感器模块、数据处理模块、GPRS模块、数据存储模块,还包括PSD线阵模块和客流管理平台;
PSD线阵模块,用于获取障碍物距离,并将数据发送给数据处理模块;
超声波传感器模块,用于将所测的障碍物距离发送给数据处理模块;
数据处理模块,对PSD线阵和超声波传感器模块采集到的数据进行处理分析,得到障碍物形状确定是否为人的头像,然后进行客流统计,并将得到的客流信息存储于数据存储模块;
GPRS模块,利用GPRS网络将获得的客流量数据传送至客流管理平台;
数据存储模块,用于存储客流数据信息和超声波传感器模块采集的数据信息;
客流管理平台,用于接收系统发送的客流量数据信息并进行分析,按不同需求生成统计信息和报表。
进一步的,所述PSD线阵模块和超声波传感器模块的个数与安装场所通道的宽度成正比。
进一步的,所述PSD线阵模块和超声波传感器模块间的距离为200mm,超声波传感器模块发射超声波的角度小于15°。
进一步的,所述PSD线阵模块和超声波传感器模块交叉排列放置。
进一步的,所述GPRS模块传送客流统计数据的传送模式包括定期传送和实时传送。
进一步的,所述客流数据信息至少包括运营时间、运营过程中客流人数。
进一步的,对采集的数据进行滤波和插值处理,然后绘制三维图形,根据三维图形的波峰确定人数,根据数据曲线的变化确定行进方向。
本发明的优点是:
1.本发明中PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统采用多传感器协同的客流量解决方案,PSD线阵和超声波线阵交叉式放置,不易受环境因素的影响,不需视频识别和复杂的软件算法,不仅可进行高密度客流的精确计数,而且也能识别客流方向,提高客流数据统计的精确性和鲁棒性,并增加数据无线传送、数据分析及后台管理等功能。为某些特定场所的运营分析理念、客流规划、调度、管理技术提供切实可行的解决方案。
本发明中的客流量统计系统不仅可以应用在公共交通方面,还可以应用在大型商场、超市、旅游景点等活动场所,为经营者的管理和决策提供重要参考数据。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统的原理框图;
图2为本发明PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统的原理示意图;
图3为PSD线阵模块的测距原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例:
下面结合附图,对本发明的较佳实施例作进一步说明。
位置敏感探测器(Position-Sensitive Detector,PSD)是一种基于横向光电效应探测光电中心位置坐标信息的半导体器件,具有分辨率高、响应速度快、信号处理简单等优点,特别适用于唯一、距离、角度以及可以间接转化为光电位置和位移的其他物理量的非接触高精度快速测量及准直测量。
线阵模块由PSD和IRED(红外发射二极管)以及信号处理电路三部分组成。由于采用了三角测量方法,被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离。通过测量电压值就可以得出所探测物体的距离,所以这款传感器可以用于距离测量、避障等场合。
线阵模块采用激光三角测量原理,其工作原理如图3所示,半导体激光器31发出的激光光束经反射镜32、辅助透镜33和发射光学系统34聚焦后,在被测工件35的表面(被测面)上形成一个尺寸足够小的光点,被测面上的漫反射光经过成像光学系统36后,在PSD的光敏面上形成一个相应的像点。当被测面发生位移变化时,PSD上的像点也随之变化,根据PSD的像点移动量建立与被测物长度变化之间的数学模型,即由PSD上的光点的位移可以准确地计算出物平面的位移H。位移的计算公式为:
 
式中:α为入射光与物平面夹角;θ为入射光与光轴夹角;S为物距;S′为像距。
超声波传感器包含超声波发射器、超声波接收器及控制电路,发射器发射出的超声波碰到物体会产生显著反射形成反射回波,接收器接收这种反射回波,然后利用超声波回波测距原理,运用精确的时差测量技术,检测传感器与目标物之间的距离。
超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v,根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t,就可以计算出发射点距障碍物的距离s,这就是所谓的时间差测距法,距离s的计算公式为:
s=v·△t/2
由于超声波本质上是一种声波,而声速与温度T有关,在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334米/秒,但其传播速度v易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大,如温度每升高1℃,声速增加约0.6米/秒。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正,本系统采用了温度补偿的方法。已知现场环境温度为T时,超声波传播速度v的计算公式为:v=331.45+0.607*T,声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。
如图1所示,本发明中的PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统包括PSD线阵模块、超声波传感器模块、数据处理模块、GPRS模块、数据存储模块以及客流管理平台。
线阵模块,获取障碍物距模块的距离,并将数据发送给数据处理模块;
超声波传感器模块,将所测的障碍物距离发送给数据处理模块。每套PSD线阵和超声波接发射装置有若干个PSD线阵模块和超声波传感器,安装场所的传感器个数视通道的宽度成正比,安装位置视通道的高度而定;
数据处理模块,对PSD线阵和超声波传感器模块采集到的数据信号进行处理分析,得到障碍物形状确定是否为人的头像,然后进行客流统计,并将得到的客流信息存储于数据存储模块;
GPRS模块,利用GPRS网络将获得的客流量数据传送至客流管理平台,并提供定期传送客流统计数据和实时传送客流统计数据两种方式;
数据存储模块,包括两部分数据信息,其中一部分为存储的客流数据信息,包括运营时间、运营过程中客流人数等数据;另一部分为超声波传感器模块在某时间段内采集到的数据信息;
客流管理平台,负责接收系统发送的客流量数据信息并进行分析,按不同需求生成统计信息和报表,并提供可选的打印功能,为卖场经营、车辆调度市场规划及运营管理提供依据。
首先对本实施例中所选取的PSD线阵模块进行说明:PSD测距模块选择最长测量距离为150cm即可。
其次对本实施例中所选取的超声波传感器进行说明:其基本工作原理为采用IO口TRIG触发测距,给最少10us的高电平信号,模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回,若有信号返回,通过IO口输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离的计算公式为:
s=(t*v)/2
其中,s为测试距离,t为高电平时间,v为声速,且v=31.45+0.607*T,T为公交车内环境温度。
本实施例中所选超声波传感器的宽度为45mm、高度为15mm,可提供0.02m-4m的非接触式距离感测功能,采集精度可达到3mm。
在给出本发明中PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统的工作流程之前,首先解决PSD线阵与超声波传感器的安装问题,因为传感器间的间距及个数问题会直接影响客流统计系统的精确性。
与超声波传感器之间相互独立,不会相互影响测试结果。但是,当两个同类传感器间距太小时,采集到的数据会相互重叠,当两个传感器间距太大时,又会造成数据的漏采集,为平衡这两个问题,结合乘客平均身高1.70m,经过多次安装以及对试验结果的验证,本实施例所选一维PSD与激光源组合的模块之间的距离为200mm;传感器发射超声波的角度小于15度,且将两个传感器间的距离定为200mm。以本实施例中所用通道宽度0.8m为例,需安装7个PSD传感器模块和7个超声波传感器。具体如图2所示。
图2中,假设21(圆圈表示)代表PSD传感器模块,22(三角形表示)代表超声波传感器模块,PSD传感器与超声波传感器交叉排列放置,共两排。横向相邻的PSD传感器间距为200mm,相邻的超声波传感器间距为200mm;横纵向PSD与超声波传感器的间距都为100mm。
下面给出本发明中PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统的工作流程:
1.为满足不同场合的安装需要,安装客流统计系统装置时,将传感器与安装支架间的角度设计为可旋转0-90度;
2.以进入某场合的PSD和超声波接发射装置为例,首先定义下列叙述中用到的坐标轴方向:与某场合上面门框平行的右方为x轴正方向、垂直水平线向上的方向为y轴正方向、用右手定则确定z轴(为表述其物理意义,以下记为t轴)正方向,x轴上每点代表传感器的标号值(PSD与超声波分别计数),t轴数据代表不同的时刻,y轴数据为每个传感器测到的距离值,为与实际情况相符合,使图形中的波峰处(实际为距离数据的波谷处)代表乘客位置,定义y轴正方向向下;实际上,x-y数据为同一时刻不同传感器采集到的距离值,t-y数据为同一个传感器在不同时刻采集到的距离值,x-t-y数据为某时间段内每个超声波传感器采集到的距离数据;
4.考虑到客流量较大的情况,本实施例中的数据处理取5s为一个时间段。客流量统计系统开始工作后,以5s为一个时间段,首先对该时间段内采集到的x-t-y数据进行滤波和插值处理,然后进行三维图形绘制,三维图形的波峰处就代表乘客位置,不仅可以得出经过的乘客人数,还可以根据t-y数据曲线的变化判断乘客的行进方向,使客流统计数据更为精确;
5.通过上述方法,可以得出任意时间段内进入和出去的客流统计数据,将这些数据存至数据存储模块,本实施例选取定期传送数据的方式,每天零点将客流数据通过GPRS无线传送至后台的客流管理平台;
6.在客流管理平台中,可以实时查看某场合人数统计信息等数据信息,还可以根据需求对客流数据进行分析,生成可打印的统计信息和报表,为车辆调度和管理提供依据。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1. 一种PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,包括超声波传感器模块、数据处理模块、GPRS模块、数据存储模块,其特征在于,还包括PSD线阵模块和客流管理平台;
PSD线阵模块,用于获取障碍物距离,并将数据发送给数据处理模块;
超声波传感器模块,用于将所测的障碍物距离发送给数据处理模块;
数据处理模块,对PSD线阵和超声波传感器模块采集到的数据进行处理分析,得到障碍物形状确定是否为人的头像,然后进行客流统计,并将得到的客流信息存储于数据存储模块;
GPRS模块,利用GPRS网络将获得的客流量数据传送至客流管理平台;
数据存储模块,用于存储客流数据信息和超声波传感器模块采集的数据信息;
客流管理平台,用于接收系统发送的客流量数据信息并进行分析,按不同需求生成统计信息和报表。
2.根据权利要求1所述的PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,其特征在于,所述PSD线阵模块和超声波传感器模块的个数与安装场所通道的宽度成正比。
3.根据权利要求1或2所述的PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,其特征在于,所述PSD线阵模块和超声波传感器模块间的距离为200mm,超声波传感器模块发射超声波的角度小于15°。
4.根据权利要求1或2所述的PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,其特征在于,所述PSD线阵模块和超声波传感器模块交叉排列放置。
5.根据权利要求1所述的PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,其特征在于,所述GPRS模块传送客流统计数据的传送模式包括定期传送和实时传送。
6.根据权利要求1所述的PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,其特征在于,所述客流数据信息至少包括运营时间、运营过程中客流人数。
7.根据权利要求1所述的PSD线阵与超声波线阵融合的客流量统计系统,其特征在于,对采集的数据进行滤波和插值处理,然后绘制三维图形,根据三维图形的波峰确定人数,根据数据曲线的变化确定行进方向。
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