CN107000766A - 具有用于无接触的乘客车厢监视的传感器单元的门系统 - Google Patents

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CN107000766A CN201580061304.1A CN201580061304A CN107000766A CN 107000766 A CN107000766 A CN 107000766A CN 201580061304 A CN201580061304 A CN 201580061304A CN 107000766 A CN107000766 A CN 107000766A
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Abstract

本发明涉及一种用于公共交通车辆的车辆(42)的门系统(20)，其包括至少一个门开口(44)以及关闭该门开口(44)的门。该门系统的特征在于传感器单元(26)，该传感器单元(26)以三维无接触的方式扫描门开口(44)的区域中的乘客车厢。本发明还涉及一种用于监视和控制此类门系统(20)的方法。

Description

具有用于无接触的乘客车厢监视的传感器单元的门系统
本发明涉及一种用于公共交通车辆的门系统，其具有至少一个门开口以及关闭该门开口的门。此外，本申请涉及一种用于监视和控制此类门系统的过程。
门系统特别用于铁路和公路车辆中，但也用于船只和飞机上。此类门系统在许多方面被监视并取决于各种各样的状况被控制。一方面，必须始终保护上车和下车的乘客的安全，另一方面，门和门翼必须可靠地并且仅在某些情况下打开和关闭。还必须防止人或物体被困在两个门翼之间或者门翼与门框之间。另外，在公共交通车辆中，乘客必须始终有机会通过操作开关或按钮来打开门。同时，必须确保此类按钮不会在每种情况下启动打开过程，即，例如当车辆在移动时门保持关闭。
根据本发明，术语门系统还包括上车辅助装置，诸如滑动踏板和踏板台阶。它们的功能也必须被监视和控制，这是因为例如局部状况可能会改变。例如，不同车站处的站台可以在离门开口不同的距离处，这意味着必须以不同方式展开上车辅助装置。还要确保没有人或物体被困在上车辅助装置与站台之间并且上车辅助装置不会碰撞人。
针对这些众多的监视和控制任务，在门系统中使用各种传感器装置，诸如：
1.用于操作门的各种按钮。
2.用于识别障碍物的推杆/开关导轨。这些推杆/开关导轨主要单独地安装在主关闭边缘中，或者还附加地安装在门或门翼内侧的副关闭边缘中。
3.车辆内部的挡光板以使正在使用的门保持打开(用于控制自动关闭的门)。
4.台阶传感器(安全垫、应变仪等等)以识别踏板和上车辅助装置上的负载。
5.台阶系统上的电力条以在延伸台阶时识别与站台或者与乘客的碰撞。
6.台阶系统中的超声传感器以用于测量至站台的距离并且还测量站台高度。
上述传感器系统需要众多组件、复杂的布线以及仔细的维护和保养。因此完全监视并且令人满意地控制门系统是必要的、但也是相对昂贵的。
本发明的目的在于提供可合理经济地执行上述监视和控制任务的门系统。安装、维护和保养将尽可能简单和低成本。具体而言，将减少必要组件的数目。本发明的目的还在于提供一种用于监视和控制此类门系统的恰适过程。
根据本发明，该目的由具有关于装置的独立权利要求并具有关于过程的独立权利要求的特性的门系统来达成。
因此，本发明的门系统包括传感器单元，该传感器单元三维地并且无接触地扫描门开口附近的乘客车厢。
本发明的过程包括以下过程步骤：
-用传感器单元对门道附近的乘客车厢进行无接触的三维扫描，
-通过评价来自无接触的三维扫描的读数来确定对象的距离、形状和移动。
因此，借助车辆内部和/或外部的传感器单元来三维地覆盖或扫描乘客车厢或乘载空间。该三维扫描可基于已知的光学系统来执行，诸如红外传感器、红外激光扫描仪、或者具有光学图像分析的合适的相机系统；超声扫描也是可能的替换方案。所采集的数据可用于测试门系统和台阶系统与它们的周围环境之间或者与乘客的可能碰撞。空间中先前定义的点可被用作虚拟按钮以用于控制门和台阶系统。
有利地，门系统可包括通信元件以用于基于来自传感器单元的读数来与乘客进行基于上下文的通信。特别合适的通信元件是扬声器、监视器或灯。可以仅存在一个通信元件，但是替换地，可同时使用若干不同的元件。在特别简单的版本中，灯可以用红色和绿色来表明门是否正在被打开。在更广泛信息的情况下，扬声器或监视器可能更适合。通信元件优选地被直接放置在门开口的区域中。
下面，基本上作为如何使用激光扫描仪单元的示例来描述本发明。然而，也可使用上述替换的传感器单元而非激光扫描仪单元。具体而言，在与空间状况以及对扫描仪结果的评估相关的解释的情况下，传感器的类型实际上无关紧要，并且在此类情况下，术语激光扫描仪单元可被视为所有合适的传感器的同义词。
在特别有利的实施例中，传感器单元由被放置在门开口的区域中的激光扫描仪单元形成。激光扫描仪单元生成一种点云(point cloud)，经由该点云在所有三个维度中(即，在方向x、y和z上)扫描乘客车厢。优选地，激光扫描仪单元使用人眼不可见的红外光。借助于所发射的点云，基于所谓的飞行时间(ToF)原理来进行距离测量。这意味着激光扫描仪发射光脉冲并测量直至相应光脉冲的反射到达的延迟。经由所测量的反射延迟，可估计被扫描的点与传感器单元之间的距离。每时间单位进行的扫描越多，所测得的距离或者对乘客车厢的监视将会越准确。
扫描的分辨率应当足够大以准确地识别甚至最小的待检测对象。为了分析结果，传感器单元包含具有计算机/处理器以及恰适软件的评估单元。作为替换方案，评估单元也可布置在传感器单元的外部，例如布置在火车的驾驶员车厢中。
传感器单元应当被放置成使得可以最佳地扫描乘客车厢并且没有不需要的元素突出到扫描仪射线中。虽然这些可被传感器单元忽略，但它们会产生阴影。在两翼门的情况下，已证明两个门翼上方的中间位置(即，主关闭边缘对接在一起的区域中)是特别有利的。从该升高的位置向下辐射点云。
根据本发明，将点云安装在门上方的中间是特别有利的，因为这允许最佳地扫描乘客车厢。在两翼门在内部空间中的情况下，已证明在门旁边和上方的布置是特别有利的，因为在中央放置的情况下，门的承载臂将限制激光扫描仪的视野。
根据本发明，可以使用本发明的传感器单元来产生虚拟按钮。这意味着可在任何地方定义其中例如乘客的手移动可被解释为对按钮的按压的区域。如果例如在虚拟按钮的位置处乘客的手朝双门翼的门上或者旁边的粘合标签或标记的方向移动，则传感器单元将识别出该移动并释放针对门的打开或关闭信号。
在校准此类虚拟按钮时，对象在要生成虚拟按钮的期望位置处被保持在点云中。如果该对象保持静止足够长时间，并且如果扫描仪仅识别出这个对象，则确定该对象的中点，其位置随后被用作虚拟按钮的中点。由于在该校准情况下还测量元素的速度，因此在该区域中不接受太快的对象。在另一步骤中，围绕该中点定义半径，这允许确定虚拟按钮的大小。当该虚拟按钮被激活时，乘客车厢内部被识别出的所有扫描对象与虚拟按钮的中点之间的距离被确定。如果对象(诸如乘客的手)与虚拟按钮的中点之间的距离小于预定的半径，则虚拟扫描仪被视为激活。优选地，为了进行识别和激活，使用最接近门开口的点云的区域。这具有如下效果：只有延伸到非常接近门壁或车辆壁的移动才能够被识别。理想地，乘客必须接触标签或标记来激活按钮。
此类虚拟按钮的显著优点在于它们可以被放置和安装在任何地方。不需要附加的布线，并且可随时对车辆或对位置作出任何改变。也可以在一个门系统中放置若干个按钮而没有任何问题并具有非常小的附加成本。例如，放置用于儿童或轮椅使用者的附加按钮将是可行的。
在校准传感器单元和传感器周围环境时，扫描并且在考虑容限的情况下存储激光单元或激光扫描仪可见的整个周围环境。另外，门口的尺寸被集成到校准中以便能够排除门以外的相关对象(诸如不同的站台高度)或者适应可能的障碍物。传感器单元识别被监视的乘客车厢内部的附加对象或元素而没有任何问题。
例如，传感器单元耦合到门或门翼并且能够读取实际的门或门翼位置。该信息用于监视门翼之间的空间，并且在该应用中可忽略周围环境。如果仅有一扇门，则紧靠门框内部的区域或者主关闭边缘与门框之间的间隙被监视。
根据本发明，还可以仅借助于传感器单元以独立于门或门翼的控制装置或者推导出的门位置或门翼位置的方式来监视门翼之间的空间。
已发现，根据本发明(特别是在使用来自门或门翼的控制装置的数据时)，还应当扫描门开口前方的区域。这是必要的，因为基于门控制装置来确定门位置或门翼位置经常不精确并且有误差。由门的驱动电机的编码器给出的位置与门翼的主关闭边缘的实际位置之间可能存在偏差。另外，主关闭边缘的区域中的门橡胶的变形会留下对于较小的对象(诸如牵狗带或者甚至手指)而言足够大的间隙，并且这些间隙未被监视。仅当扫描间隙跟前的区域(即，在门或门翼的前方的区域)时，间隙才被监视。门开口前方的该点云优选地与门翼交叠。
在本发明的进一步改进中，考虑到虚拟按钮(特别在繁忙的车站)会变得被较大的对象遮住并且因此无法使用。传感器单元考虑到这些，并且根据本发明，传感器单元将经由通信元件给出警告。此类警告可例如通过扬声器通知直接在相应的门处立即受影响的乘客，或者可以首先将警告给予驾驶员或列车员，其随后可以将该警告转达给乘客。
为了避免站在车辆前方的乘客被正在打开的门或门翼所伤，本发明提供了在移动门的范围内的相关区域也被传感器单元监视。如果在该范围内检测到对象，则生成一信号，该信号可例如用于使门或门翼停止或反向。有利地，还可以在门打开之前生成可用于警告乘客的信号。
本发明的门系统和过程还可用于识别肢体及其位置和速度。通过使用一个或多个点云，可检测朝向门开口或远离门开口的方向的移动速度。这些数据用以得出关于乘客意图的结论，例如打开门或进入的意图。
根据本发明，甚至可以检测并利用在门的区域中的客流移动。实际上，通常习惯于将某些门仅用于下车或仅用于上车。通过识别乘客的移动方向，可阻挡或打开门以使客流在某个方向上移动。如果例如在允许的移动方向上的乘客已通过门，并且没有其他乘客跟随在其后，则可直接关闭门以使乘客难以在相反方向上通过门。如果乘客在错误方向上朝向该门移动，则倘若没有人站在移动门附近或者希望下车，就可更快地关闭该门以防止其在错误方向上的使用。优选地，还用这种应用来监视门开口前方的空间，并且该空间可例如在站台或街道的方向上从门延伸直到10m，优选地2至5m。由此，可提早识别乘客，并且提早的反应是可能的。
本发明还适合于例如通过在门的区域中使用扬声器和/或监视器来进行门系统与乘客之间的交互。扫描乘客车厢有助于向乘客提供基于上下文的信息或者向其警告危险情况。例如，当门将要打开时乘客从内侧倚靠在门或门翼上时，可以警告该乘客。这同样适用于倚靠在门上的干扰对象。可以保持门关闭直到已移除潜在危险为止。
当乘客遮住虚拟按钮时类似的情况也适用。在该情况下，可经由扬声器或监视器或其它信号来指示乘客改变位置以允许再次使用按钮。
即使当乘客或对象在外部太靠近正在打开的门时，也可以给予警告，并且可以阻止门打开直到该区域没有障碍物为止。有利地，可以发现站在上车辅助装置上的人，以使得可以防止或停止上车辅助装置的收缩。
上述应用的显著优点在于，在移动门的打开或关闭过程被中断和/或反向之前，乘客不必与移动门有接触。在现有技术传感器(其连接到主关闭边缘)的情况下，乘客必须已接触或甚至按压关闭边缘或者甚至按压主关闭边缘之后才生成信号。此类接触经常被视为是不令人愉快的并且还会弄脏乘客的衣服。由于对相关乘客车厢的无接触扫描，有效地避免了这些缺点。
本发明的门系统的实施例或者本发明的监视乘客车厢的过程允许进一步有利的监视和控制可能性。例如，如果门被标记为“有缺陷”并且乘客靠近该门，则可以经由通信装置(诸如扬声器系统)向乘客通知门的状态。这是优点，因为已知乘客经常忽视标签形式的缺陷通知或者仅当他们看到门不起作用时才注意到这些缺陷通知。当甚至在门关闭之前就要求由于站得太近而防止门关闭的乘客向后站时，可以加快交通并使其更容易。在现有技术传感器系统的情况下，仅当车辆的驾驶员注意到门有故障时(例如，当门不能关闭时)，驾驶员才要求乘客。当预先识别出乘客的位置时，避免了此类情况。
根据本发明，甚至可以识别出乘客旁边的自行车并直接检查该乘客所选择的入口附近是否有地方可用于自行车。可经由通信系统相应地通知乘客，例如给予他也许应当尝试替换的入口门的指示。
还可以通知上车乘客关于某辆车中的拥挤程度以及特别是座位的可用性，并经由通信系统告诉他们在哪辆车中仍然有座位可用。
原则上，本发明的门系统和本发明的过程可以通知车辆的驾驶员关于门的移动和使用，以允许他们的最佳控制。具体而言，可提早关闭未使用的门，或者在乘客正在等待下车的情况下可提早释放自动门。在有暖气或空调的车辆中，可以尽可能早地关闭门是有利的。在现有技术系统的情况下，驾驶员仅在查看后视镜时才能控制站台上或停车站处的乘客，从而取决于驾驶员的集中力和注意力。
根据本发明，可使用车辆外部的三维扫描来识别并报告例如已在踏板上形成的一层雪。
根据本发明，还可以确定门开口与站台之间的距离并且因此最佳地展开踏板或上车辅助装置。当该距离在各个车站之间不同时，这是特别的优点。这可以消除对上车辅助装置自身上的传感器的需要。
通过使用三维扫描，不仅可以确定通行乘客的速度，而且可以确定其数目，并且可以对乘客的数目进行计数而没有任何问题。
借助于恰适的算法，可以近似乘客和对象的形状和移动。由此，可以将诸如手提箱之类的对象与乘客区分开来。
将参照以下附图详细描述本发明的门系统。这些将被理解仅作为第一实施例，并且本发明不限于此。附图不是按比例绘制的，其中
图1：作为简化示意图从外部示出了本发明的门系统；
图2：作为简化示意图从内部示出了本发明的门系统；
图3：示意图示出了虚拟按钮的功能；
图4：示意图示出了对两个门翼之间的障碍物的监视。
图1和2示出了用于公共交通车辆42(见图5)的门系统20的极大简化的示意图。该门系统包括图1和2中未示出的门开口44，在所示出的实施例中可由具有两个翼22的门来关闭该门开口44。在门的下方安装了上车辅助装置24，该上车辅助装置24用于帮助乘客上车和下车。例如，该上车辅助装置24可被设计为折叠式踏板台阶或踏板。
这两幅图还示出了传感器单元26。传感器单元26被放置在车辆42的外部、在门翼22上方的中间。在车辆42的内部，传感器单元26被横向地放置在两个门翼22的上方，因为否则承载臂(未示出)可能限制传感器单元26的视野。原则上，取决于传感器的类型，传感器单元26可被放置在任何合适的位置中。
传感器单元26在要被监视的乘客车厢内部生成点云，经由该点云来扫描乘客车厢。为此，传感器单元26可以例如包括光学传感器，优选地激光，特别是红外激光。
此外，传感器单元26包括评估单元(未示出)以评估读数。该单元可被集成在传感器单元中或者放置在外部。
此外，图1和2象征性地示出了各种不同的通信装置，即扬声器50、监视器52和灯54，它们均被放置在门开口44的区域中。
图3示出了使用本发明的门系统20来产生虚拟按钮36。虚拟按钮36模拟将被布线的实际按钮。为了告诉乘客该虚拟按钮36被放置在何处，粘合标签或喷涂符号可指示门区域中的位置。
在校准或放置此类虚拟按钮36时，对象在虚拟按钮36的期望位置中被保持在云点中。如果对象保持静止足够长时间，则其位置可被用作虚拟按钮36的中点38。另外，半径40被确定并被输入相关联的评估软件中。如果例如乘客的手在所定义的半径40内通过点云接近虚拟按钮36，则该移动被解释为乘客按压该虚拟按钮的意图。然而，作为乘客手的替换，相应地识别并考虑该区域中的任何对象。
图4示出了使用本发明的门系统20的另一示例。所示出的是具有门开口44的隐含车辆42。在其前方是处于稍微打开位置的两个门翼22。第一点云区域P1监视两个门翼22之间的空间并受限于此，而忽略其它周围环境。第二点云区域P2扫描门翼22跟前的空间并且稍微更宽，从而与门翼22的跨度交叠。如果在所监视或扫描的空间中存在障碍物，则可靠地识别出该障碍物，并且可以中断门的关闭或移动，或者可以使门自动反向。点云区域P1由此监视两个门翼22的主关闭边缘46之间的空间。对于单扇门，可使用相同的原理；在该情况下，监视仅有的门的主关闭边缘46与门框之间的空间。
本发明不限于所描述和所描绘的实施例；相反，本发明的门系统20的其它应用是可能的。例如，可以使用光学成像来进行监视而非激光扫描仪，在该情况下恰适的评估软件评估移动、形状和速度。例如，使用具有相应评估程序的视频相机是可能的。不仅可以经由扬声器系统，而且可以经由监视器或其它光学信号(诸如警告灯)来与乘客进行通信。当然，还可借助所描述的过程来监视通道或窗户而非门开口44。本发明还适合于与其它传感器元件结合，诸如超声传感器。此外，传感器单元26可被设计并定向成使得不仅在门开口的区域中监视乘客车厢，而且例如可包括明显更大的区域以便在车辆42的外部进行监视。这有助于对人群及其方向的提早识别，并通过打开或关闭门来对其作出反应。可仅在门的外侧、仅在门的内侧、并且优选地在门的两侧监视乘客车厢。
根据本发明还可以提供：传感器单元26或所指派的评估单元与外部显示器结合。例如，该外部显示器可以与驾驶员放置在一起或者被放置在控制中心，优选地被放置在车站或者靠近停车站，其中可对传感器单元26所生成的结果进行评估和进一步处理。

Claims (18)

1.一种用于公共交通车辆(42)的门系统(20)，所述门系统(20)具有至少一个门开口(44)以及关闭所述门开口(44)的门，其特征在于，传感器单元(26)三维地并且无接触地扫描所述门开口(44)的区域中的乘客车厢。
2.如权利要求1所述的门系统(20)，其特征在于，所述传感器单元(26)包括光学传感器。
3.如权利要求1至3中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，所述传感器单元(26)包括评估单元。
4.如权利要求1至3中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，所述传感器单元(26)基于所发射的点云来测量距离，其中脉冲的反射的延迟被评估。
5.如权利要求2至4中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，所述传感器单元(26)包括激光扫描仪单元。
6.如权利要求1至5中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，所述乘客车厢包括所述车辆(42)的内部空间和/或所述车辆(42)外侧的外部空间。
7.如权利要求5或6所述的门系统(20)，其特征在于，提供了两个门翼(22)，并且所述传感器单元(26)监视所述两个门翼(22)的主关闭边缘(46)之间的空间以识别障碍物。
8.如权利要求1至7中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，所述传感器单元(26)被放置并定向成使得附加地扫描所述车辆外部的空间，所述空间从所述门开口(44)延伸直到5m，但优选地从所述门开口(44)延伸直到2m。
9.如权利要求1至8中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，所述门或所述门翼(22)移动通过的空间被所述传感器单元(26)监视以防止受伤，由此，当在所述空间中存在障碍物时，所述门或所述门翼(22)的打开移动被中断。
10.如权利要求1至9中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，提供了扬声器，经由所述扬声器可以基于来自所述传感器单元(26)的读数来与乘客进行基于上下文的通信。
11.如权利要求1至10中的一项所述的门系统(20)，其特征在于，存在至安装在外部的显示器设备的数据连接。
12.一种用于监视和控制公共交通车辆(42)的门系统(20)的过程，具有以下过程步骤：
-用传感器单元(26)对门开口(44)的区域中的乘客车厢进行无接触的三维扫描，
-通过评估来自所述无接触的三维扫描的结果来测量对象的距离、形状和移动。
13.如权利要求12所述的过程，其特征在于，对象移动的速度也被确定。
14.如权利要求12或13所述的过程，其特征在于，对象移动的方向也被确定。
15.如权利要求12至14中的一项所述的过程，其特征在于，当所述传感器单元(26)在所监视的乘客车厢中未识别出朝用于关闭所述门开口(44)的门的方向移动的任何对象时，所述门被关闭。
16.如权利要求12至15中的一项所述的过程，其特征在于，所述传感器单元(26)确定所述门开口(44)与站台之间的距离，并且测量结果被用于控制上车辅助装置(24)的延伸移动。
17.如权利要求12至16中的一项所述的过程，其特征在于，上车和下车的乘客被确定并计数，并且基于所述车辆被填充的速率来向乘客给予信息。
18.如权利要求12至17中的一项所述的过程，其特征在于，所述传感器单元(26)扫描所述上车辅助装置(24)并且确定诸如雪层或冰层之类的障碍物，由此，当诸如雪层或冰层之类的障碍物被确定时，向乘客给予恰适的信息。
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