CN107436440A - 基于扫描式激光测距的人流量测量系统 - Google Patents

基于扫描式激光测距的人流量测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种成本低、使用方便、精度高且不会对行人造成隐私泄露问题的基于扫描式激光测距的人流量测量系统。该测量系统利用第一激光测距仪测定第一激光测距仪与人行通道地面之间的距离，第二激光测距仪测定第二激光测距仪与人行通道地面之间的距离，处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理，然后采用行人判定算法确定行人数量，并采用行人方向判定算法确定行人行走方向，采用激光测距方式相比于摄像头的图像处理而言开发难度较小、成本低；且无需拍照，保证了行人的隐私不受侵犯隐私；而且激光稳定相好、不容易受到环境的影响，从而使得其统计精度高。适合在人流量测量系统领域推广应用。

Description

基于扫描式激光测距的人流量测量系统
技术领域
本发明涉及人流量测量系统领域，尤其是一种基于扫描式激光测距的人流量测量系统。
背景技术
当今的商业瞬息万变，如何在最短的时间内对市场微弱变化做出快速精准的反应，并且最大限度的节约商业运作成本，从而实现高效的商业运营管理已经成为商业运营成败的核心要素；因此，如何提高零售业、文化娱乐等公共场所业的运营管理，客流信息的精准分析统计已然成为每个运营管理者所面对的首要任务；人流聚集场合的安全问题也需要人流量测量系统提供精确的人流量和聚集量数据。
目前，公认的人流量统计方式有两种，一是基于监控摄像头进行分析；二是基于红外系统，根据红外光束被行人打断的次数进行统计的break-beam系统；对比方式一：监控摄像头人流量统计系统需要各种识别算法，所以这种方式不但开发难度较大；而且由于其需要基于监控图像进行分析，因此需要画质清楚且存储量大的摄像头，而此类摄像头价格昂贵；另外，摄像头拍照、识别、存储等操作会带来行人隐私泄露的问题，存在一定的法律风险；对于方式二：红外人流量统计方法虽然软件开发难度小，但是其本身具有较大的使用限制，比如它无法同时对多个并行行人进行统计，所以在某些场合不能很好的使用；而且更为重要的是红外方式容易被外界因素干扰，导致统计精度较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、使用方便、精度高且不会对行人造成隐私泄露问题的基于扫描式激光测距的人流量测量系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：该基于扫描式激光测距的人流量测量系统，包括位于人行通道上方的第一激光测距仪和第二激光测距仪，所述第一激光测距仪和第二激光测距仪沿人行通道的方向依次设置，所述第一激光测距仪的出光孔前方设置有用于反射激光的第一扫描镜，所述第一扫描镜通过第一转轴固定，所述第一扫描镜上连接有用于使第一扫描镜绕第一转轴转动的第一驱动装置；所述第二激光测距仪的出光孔前方设置有用于反射激光的第二扫描镜，所述第二扫描镜通过第二转轴固定，所述第二扫描镜上连接有用于使第二扫描镜绕第二转轴转动的第二驱动装置；当第一扫描镜、第二扫描镜均处于初始位置时，第一扫描镜的反射面与第二扫描镜的反射面位于同一平面上；还包括处理器，所述处理器分别与第一激光测距仪的数据输出接口、第二激光测距仪的数据输出接口相连；第一激光测距仪用于测定第一激光测距仪与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L1(tN)传递给处理器，第二激光测距仪用于测定第二激光测距仪与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L2(tN)传递给处理器，处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理，然后采用行人判定算法确定行人数量，并采用行人方向判定算法确定行人行走方向。
进一步的是，所述第一激光测距仪和第二激光测距仪均位于人行通道的正上方。
进一步的是，所述处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理的方法如下所述：
A、对距离数据L1(tN)和L2(tN)进行归一化处理；具体方法如下所述：
将距离数据分别L1(tN)和L2(tN)代入以下公式得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)：
其中x为测量点到人行通道左侧边缘的垂直距离，所述测量点是指第一激光测距仪或第二激光测距仪发出的激光与人行通道相交的点，d为人行通道的宽度，H1为第一激光测距仪的安装高度，H2为第二激光测距仪的安装高度；
B、将步骤A得到的距离数据l1(tN)和l2(tN)分别转化为数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)，l1，M(xi)是指第一扫描镜在第M次扫描周期内，第一激光测距仪获得的距离l1(tN)随x变化函数，l2，M(xi)是指第二扫描镜在第M次扫描周期内，第二激光测距仪获得的距离l2(tN)随x变化函数，i＝1,2,3…,I；M＝1,2,3…；
将步骤A得到的距离数据l1(tN)转化为数据函数l1，M(xi)的方法如下所述：通过第一扫描镜的扫描频率fm1和第一激光测距仪测距的频率fl1确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l1(tN)每I1个点为一组转化为l1，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l1，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm1是指第一扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm1＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl1是指第一激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl1＞d×fm1×n，n为采样数据密度；
将步骤A得到的距离数据l2(tN)转化为数据函数l2，M(xi)的方法如下所述：通过第二扫描镜的扫描频率fm2和第二激光测距仪测距的频率fl2确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l2(tN)每I2个点为一组转化为l2，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l2，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm2是指第二扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm2＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl2是指第二激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl2＞d×fm2×n，n为采样数据密度。
进一步的是，所述第一激光测距仪和第二激光测距仪均位于人行通道的右侧上方。
进一步的是，所述处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理的方法如下所述：
A、对距离数据L1(tN)和L2(tN)进行归一化处理；具体方法如下所述：
将距离数据分别L1(tN)和L2(tN)代入以下公式得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)：
其中x为测量点到人行通道左侧边缘的垂直距离，所述测量点是指第一激光测距仪或第二激光测距仪发出的激光与人行通道相交的点，d为人行通道的宽度，H1为第一激光测距仪的安装高度，H2为第二激光测距仪的安装高度，c为第一激光测距仪与第二激光测距仪之间的距离；
B、将步骤A得到的距离数据l1(tN)和l2(tN)分别转化为数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)，l1，M(xi)是指第一扫描镜在第M次扫描周期内，第一激光测距仪获得的距离l1(tN)随x变化函数，l2，M(xi)是指第二扫描镜在第M次扫描周期内，第二激光测距仪获得的距离l2(tN)随x变化函数，i＝1,2,3…,I；M＝1,2,3…；
将步骤A得到的距离数据l1(tN)转化为数据函数l1，M(xi)的方法如下所述：通过第一扫描镜的扫描频率fm1和第一激光测距仪测距的频率fl1确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l1(tN)每I1个点为一组转化为l1，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l1，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm1是指第一扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm1＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl1是指第一激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl1＞d×fm1×n，n为采样数据密度；
将步骤A得到的距离数据l2(tN)转化为数据函数l2，M(xi)的方法如下所述：通过第二扫描镜的扫描频率fm2和第二激光测距仪测距的频率fl2确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l2(tN)每I2个点为一组转化为l2，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l2，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm2是指第二扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm2＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl2是指第二激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl2＞d×fm2×n，n为采样数据密度。
进一步的是，所述行人判定算法采用阈值判定算法，具体方法如下所述：设置一个阈值距离H，当归一化后的距离数据l1(tN)或l2(tN)连续小于阈值距离H时，判定为行人信号，小于阈值距离H的距离数据l1(tN)或l2(tN)的个数即为行人数量。
进一步的是，所述行人判定算法采用拟合极小值判定算法，具体方法如下：通过极值判定算法判定出数据函数l1，M(xi)或l2，M(xi)极小值的数量即为行人数量。
进一步的是，所述行人方向判定算法的具体方法如下所述：在对应的x处附近，若数据函数l1，M(xi)先出现极小值，l2，M(xi)后出现极小值，则行人的方向为第一激光测距仪指向第二激光测距仪；在对应的x处附近，若数据函数l2，M(xi)先出现极小值，l1，M(xi)后出现极小值，则行人的方向为第二激光测距仪指向第一激光测距仪。
进一步的是，所述第一驱动装置和第二驱动装置的结构相同，所述第一驱动装置包括设置在第一扫描镜背面的弧形板，所述弧形板与第一扫描镜的背面互相垂直且弧形板与第一转轴互相垂直，所述弧形板的弧形端面设置有轮齿，所述弧形端面的圆弧中心轴线与第一转轴的中心轴线重合，还包括第一半圆形齿轮、第二半圆形齿轮、驱动齿轮、从动齿轮，所述第一半圆形齿轮通过第三转轴固定，所述第一半圆形齿轮的中心轴线与第三转轴的中心轴线互相重合，所述第二半圆形齿轮通过第四转轴固定，所述第二半圆形齿轮的中心轴线与第四转轴的中心轴线互相重合，所述驱动齿轮通过第五转轴固定，所述驱动齿轮的中心轴线与第五转轴的中心轴线互相重合，所述从动齿轮通过第六转轴固定，所述从动齿轮的中心轴线与第六转轴的中心轴线互相重合；所述第三转轴的中心轴线与第一转轴的中心轴线之间的距离等于第一半圆形齿轮的半径和弧形板的圆弧半径之和，当第一半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿接触时，所述第一半圆形齿轮与弧形端面设置的轮齿相互啮合且所述第三转轴的中心轴线、第一转轴的中心轴线、第一半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿啮合点位于同一平面内；所述第四转轴的中心轴线与第一转轴的中心轴线之间的距离等于第二半圆形齿轮的半径和弧形板圆弧的半径之和，当第二半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿接触时，所述第二半圆形齿轮与弧形端面设置的轮齿相互啮合且所述第四转轴的中心轴线、第一转轴的中心轴线、第一半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿啮合点位于同一平面内；当第一半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿相接触时，第二半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿处于分离状态，当第二半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿相接触时，第一半圆形齿轮与弧形板的弧形端面设置的轮齿处于分离状态；所述驱动齿轮与从动齿轮互相啮合，所述驱动齿轮与第一半圆形齿轮、第二半圆形齿轮之间具有间隙，所述从动齿轮与第一半圆形齿轮、第二半圆形齿轮之间具有间隙，所述第三转轴的一端设置有第一皮带轮，所述第一皮带轮的半径小于第一半圆形齿轮的半径，所述第四转轴的一端设置有第二皮带轮，所述第二皮带轮的半径小于第二半圆形齿轮的半径，所述第五转轴的一端设置有第三皮带轮和第四皮带轮，所述第三皮带轮的半径、第四皮带轮的半径均小于驱动齿轮的半径，所述第六转轴的一端设置有第五皮带轮，所述第五皮带轮的半径小于从动齿轮的半径，所述第一皮带轮与第三皮带轮之间、第二皮带轮与第五皮带轮之间均通过皮带相连，还包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴设置有第六皮带轮，所述第六皮带轮与第四皮带轮之间通过皮带相连。
本发明的有益效果：该基于扫描式激光测距的人流量测量系统利用第一激光测距仪测定第一激光测距仪与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L1(tN)传递给处理器，第二激光测距仪测定第二激光测距仪与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L2(tN)传递给处理器，处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理，然后采用行人判定算法确定行人数量，并采用行人方向判定算法确定行人行走方向，采用激光测距方式相比于摄像头的图像处理而言开发难度较小、成本低；且无需拍照，保证了行人的隐私不受侵犯隐私；而且激光稳定相好、不容易受到环境的影响，从而使得其统计精度高，另外，本发明所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统只采用两个激光测距仪即可实现人流量的统计以及行人行走方向的判定，成本更低。
附图说明
图1是本发明所述基于扫描式激光测距的人流量测量系统的正视图；
图2是本发明所述第一驱动装置的结构示意图；
图中标记说明：第一激光测距仪1、第一扫描镜2、第一转轴3、第一驱动装置4、弧形板401、第一半圆形齿轮402、第二半圆形齿轮403、驱动齿轮404、从动齿轮405、第三转轴406、第四转轴407、第五转轴408、第六转轴409、第一皮带轮410、第二皮带轮411、第三皮带轮412、第四皮带轮413、第五皮带轮414、驱动电机415、第六皮带轮416。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。
如图1至2所示，该基于扫描式激光测距的人流量测量系统，包括位于人行通道上方的第一激光测距仪1和第二激光测距仪，所述第一激光测距仪1和第二激光测距仪沿人行通道的方向依次设置，所述第一激光测距仪1的出光孔前方设置有用于反射激光的第一扫描镜2，所述第一扫描镜2通过第一转轴3固定，所述第一扫描镜2上连接有用于使第一扫描镜2绕第一转轴3转动的第一驱动装置4；所述第二激光测距仪的出光孔前方设置有用于反射激光的第二扫描镜，所述第二扫描镜通过第二转轴固定，所述第二扫描镜上连接有用于使第二扫描镜绕第二转轴转动的第二驱动装置；当第一扫描镜2、第二扫描镜均处于初始位置时，第一扫描镜2的反射面与第二扫描镜的反射面位于同一平面上；还包括处理器，所述处理器分别与第一激光测距仪1的数据输出接口、第二激光测距仪的数据输出接口相连；第一激光测距仪1用于测定第一激光测距仪1与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L1(tN)传递给处理器，第二激光测距仪用于测定第二激光测距仪与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L2(tN)传递给处理器，处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理，然后采用行人判定算法确定行人数量，并采用行人方向判定算法确定行人行走方向。该基于扫描式激光测距的人流量测量系统利用第一激光测距仪1测定第一激光测距仪1与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L1(tN)传递给处理器，第二激光测距仪测定第二激光测距仪与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L2(tN)传递给处理器，处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理，然后采用行人判定算法确定行人数量，并采用行人方向判定算法确定行人行走方向，采用激光测距方式相比于摄像头的图像处理而言开发难度较小、成本低；且无需拍照，保证了行人的隐私不受侵犯隐私；而且激光稳定相好、不容易受到环境的影响，从而使得其统计精度高，另外，本发明所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统只采用两个激光测距仪即可实现人流量的统计以及行人行走方向的判定，成本更低。
在上述实施方式中所述第一激光测距仪和第二激光测距仪可以安装在人行通道的正上方，在此条件下，所述处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理的方法如下所述：
A、为了方便数据处理，需对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行归一化处理，即归一化后，激光测距仪到地面任意点的距离相等，对距离数据L1(tN)和L2(tN)进行归一化处理；具体方法如下所述：
将距离数据分别L1(tN)和L2(tN)代入以下公式得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)：
其中x为测量点到人行通道左侧边缘的垂直距离，所述测量点是指第一激光测距仪或第二激光测距仪发出的激光与人行通道相交的点，d为人行通道的宽度，H1为第一激光测距仪的安装高度，H2为第二激光测距仪的安装高度；在得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)即可采用阈值判定算法进行行人数量判定，具体方法如下所述：设置一个阈值距离H，当归一化后的距离数据l1(tN)或l2(tN)连续小于阈值距离H时，判定为行人信号，小于阈值距离H的距离数据l1(tN)或l2(tN)的个数即为行人数量；
B、将步骤A得到的距离数据l1(tN)和l2(tN)分别转化为数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)，l1，M(xi)是指第一扫描镜在第M次扫描周期内，第一激光测距仪获得的距离l1(tN)随x变化函数，l2，M(xi)是指第二扫描镜在第M次扫描周期内，第二激光测距仪获得的距离l2(tN)随x变化函数，i＝1,2,3…,I；M＝1,2,3…；
将步骤A得到的距离数据l1(tN)转化为数据函数l1，M(xi)的方法如下所述：通过第一扫描镜的扫描频率fm1和第一激光测距仪测距的频率fl1确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l1(tN)每I1个点为一组转化为l1，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l1，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm1是指第一扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm1＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl1是指第一激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl1＞d×fm1×n，n为采样数据密度；
将步骤A得到的距离数据l2(tN)转化为数据函数l2，M(xi)的方法如下所述：通过第二扫描镜的扫描频率fm2和第二激光测距仪测距的频率fl2确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l2(tN)每I2个点为一组转化为l2，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l2，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm2是指第二扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm2＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl2是指第二激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl2＞d×fm2×n，n为采样数据密度。获得数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)后可以采用拟合极小值判定算法判定行人数量，具体方法如下：通过极值判定算法判定出数据函数l1，M(xi)或l2，M(xi)极小值的数量即为行人数量。
所述第一激光测距仪和第二激光测距仪还可以设置在人行通道的右侧上方。在此情况下，所述处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理的方法如下所述：
A、对距离数据L1(tN)和L2(tN)进行归一化处理；具体方法如下所述：
将距离数据分别L1(tN)和L2(tN)代入以下公式得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)：
其中x为测量点到人行通道左侧边缘的垂直距离，所述测量点是指第一激光测距仪或第二激光测距仪发出的激光与人行通道相交的点，d为人行通道的宽度，H1为第一激光测距仪的安装高度，H2为第二激光测距仪的安装高度，c为第一激光测距仪与第二激光测距仪之间的距离；在得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)即可采用阈值判定算法进行行人数量判定，具体方法如下所述：设置一个阈值距离H，当归一化后的距离数据l1(tN)或l2(tN)连续小于阈值距离H时，判定为行人信号，小于阈值距离H的距离数据l1(tN)或l2(tN)的个数即为行人数量；
B、将步骤A得到的距离数据l1(tN)和l2(tN)分别转化为数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)，l1，M(xi)是指第一扫描镜在第M次扫描周期内，第一激光测距仪获得的距离l1(tN)随x变化函数，l2，M(xi)是指第二扫描镜在第M次扫描周期内，第二激光测距仪获得的距离l2(tN)随x变化函数，i＝1,2,3…,I；M＝1,2,3…；
将步骤A得到的距离数据l1(tN)转化为数据函数l1，M(xi)的方法如下所述：通过第一扫描镜的扫描频率fm1和第一激光测距仪测距的频率fl1确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l1(tN)每I1个点为一组转化为l1，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l1，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm1是指第一扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm1＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl1是指第一激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl1＞d×fm1×n，n为采样数据密度；
将步骤A得到的距离数据l2(tN)转化为数据函数l2，M(xi)的方法如下所述：通过第二扫描镜的扫描频率fm2和第二激光测距仪测距的频率fl2确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l2(tN)每I2个点为一组转化为l2，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l2，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm2是指第二扫描镜在单位时间1秒内可以完成扫描的次数，fm2＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl2是指第二激光测距仪在单位时间1秒内完成的激光测距次数，fl2＞d×fm2×n，n为采样数据密度。获得数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)后可以采用拟合极小值判定算法判定行人数量，具体方法如下：通过极值判定算法判定出数据函数l1，M(xi)或l2，M(xi)极小值的数量即为行人数量。
在上述实施方式中，所述行人方向判定算法的具体方法如下所述：在对应的x处附近，若数据函数l1，M(xi)先出现极小值，l2，M(xi)后出现极小值，则行人的方向为第一激光测距仪指向第二激光测距仪；在对应的x处附近，若数据函数l2，M(xi)先出现极小值，l1，M(xi)后出现极小值，则行人的方向为第二激光测距仪指向第一激光测距仪。另外，还可以通过第一激光测距仪与第二激光测距仪在同一x出现极小值的时间差来获得行人的移动速度。
在上述实施方式过程中，所述第一驱动装置4和第二驱动装置的结构相同，所述第一驱动装置4和第二驱动装置均采用如下结构，所述第一驱动装置4包括设置在第一扫描镜2背面的弧形板401，所述弧形板401与第一扫描镜2的背面互相垂直且弧形板401与第一转轴3互相垂直，所述弧形板401的弧形端面设置有轮齿，所述弧形端面的圆弧中心轴线与第一转轴3的中心轴线重合，还包括第一半圆形齿轮402、第二半圆形齿轮403、驱轮齿轮404、从动齿轮405，所述第一半圆形齿轮402通过第三转轴406固定，所述第一半圆形齿轮402的中心轴线与第三转轴406的中心轴线互相重合，所述第二半圆形齿轮403通过第四转轴407固定，所述第二半圆形齿轮403的中心轴线与第四转轴407的中心轴线互相重合，所述驱轮齿轮404通过第五转轴408固定，所述驱轮齿轮404的中心轴线与第五转轴408的中心轴线互相重合，所述从动齿轮405通过第六转轴409固定，所述从动齿轮405的中心轴线与第六转轴409的中心轴线互相重合；所述第三转轴406的中心轴线与第一转轴3的中心轴线之间的距离等于第一半圆形齿轮402的半径和弧形板401的圆弧半径之和，当第一半圆形齿轮402与弧形板401的弧形端面设置的轮齿接触时，所述第一半圆形齿轮402与弧形端面设置的轮齿相互啮合且所述第三转轴406的中心轴线、第一转轴3的中心轴线、第一半圆形齿轮402与弧形板401的弧形端面设置的轮齿啮合点位于同一平面内；所述第四转轴407的中心轴线与第一转轴3的中心轴线之间的距离等于第二半圆形齿轮403的半径和弧形板401圆弧的半径之和，当第二半圆形齿轮403与弧形板401的弧形端面设置的轮齿接触时，所述第二半圆形齿轮403与弧形端面设置的轮齿相互啮合且所述第四转轴407的中心轴线、第一转轴3的中心轴线、第一半圆形齿轮402与弧形板401的弧形端面设置的轮齿啮合点位于同一平面内；当第一半圆形齿轮402与弧形板401的弧形端面设置的轮齿相接触时，第二半圆形齿轮403与弧形板401的弧形端面设置的轮齿处于分离状态，当第二半圆形齿轮403与弧形板401的弧形端面设置的轮齿相接触时，第一半圆形齿轮402与弧形板401的弧形端面设置的轮齿处于分离状态；所述驱轮齿轮404与从动齿轮405互相啮合，所述驱轮齿轮404与第一半圆形齿轮402、第二半圆形齿轮403之间具有间隙，所述从动齿轮405与第一半圆形齿轮402、第二半圆形齿轮403之间具有间隙，所述第三转轴406的一端设置有第一皮带轮410，所述第一皮带轮410的半径小于第一半圆形齿轮402的半径，所述第四转轴407的一端设置有第二皮带轮411，所述第二皮带轮411的半径小于第二半圆形齿轮403的半径，所述第五转轴408的一端设置有第三皮带轮412和第四皮带轮413，所述第三皮带轮412的半径、第四皮带轮413的半径均小于驱轮齿轮404的半径，所述第六转轴409的一端设置有第五皮带轮414，所述第五皮带轮414的半径小于从动齿轮405的半径，所述第一皮带轮410与第三皮带轮412之间、第二皮带轮411与第五皮带轮414之间均通过皮带相连，还包括驱动电机415，所述驱动电机415的输出轴设置有第六皮带轮416，所述第六皮带轮416与第四皮带轮413之间通过皮带相连。上述驱动装置在使用过程中，驱动电机415只需沿一个方向转动，便可以实现第一扫描镜2绕第一转轴3往复转动或第二扫描镜绕第二转轴往复转动，相比于实现正反转的电机而言，这样大大降低了驱动电机415损坏的几率，提高了驱动电机415的使用寿命。

Claims (9)

1.基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：包括位于人行通道上方的第一激光测距仪(1)和第二激光测距仪，所述第一激光测距仪(1)和第二激光测距仪沿人行通道的方向依次设置，所述第一激光测距仪(1)的出光孔前方设置有用于反射激光的第一扫描镜(2)，所述第一扫描镜(2)通过第一转轴(3)固定，所述第一扫描镜(2)上连接有用于使第一扫描镜(2)绕第一转轴(3)转动的第一驱动装置(4)；所述第二激光测距仪的出光孔前方设置有用于反射激光的第二扫描镜，所述第二扫描镜通过第二转轴固定，所述第二扫描镜上连接有用于使第二扫描镜绕第二转轴转动的第二驱动装置；当第一扫描镜(2)、第二扫描镜均处于初始位置时，第一扫描镜(2)的反射面与第二扫描镜的反射面位于同一平面上；还包括处理器，所述处理器分别与第一激光测距仪(1)的数据输出接口、第二激光测距仪的数据输出接口相连；第一激光测距仪(1)用于测定第一激光测距仪(1)与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L1(tN)传递给处理器，第二激光测距仪用于测定第二激光测距仪与人行通道地面之间的距离并将检测到的距离数据L2(tN)传递给处理器，处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理，然后采用行人判定算法确定行人数量，并采用行人方向判定算法确定行人行走方向。
2.根据权利要求1所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述第一激光测距仪和第二激光测距仪均位于人行通道的正上方。
3.根据权利要求2所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理的方法如下所述：
A、对距离数据L1(tN)和L2(tN)进行归一化处理；具体方法如下所述：
将距离数据分别L1(tN)和L2(tN)代入以下公式得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)：
N＝1，2，3，4…，其中x为测量点到人行通道左侧边缘的垂直距离，所述测量点是指第一激光测距仪或第二激光测距仪发出的激光与人行通道相交的点，d为人行通道的宽度，H1为第一激光测距仪的安装高度，H2为第二激光测距仪的安装高度；
B、将步骤A得到的距离数据l1(tN)和l2(tN)分别转化为数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)，l1，M(xi)是指第一扫描镜在第M次扫描周期内，第一激光测距仪获得的距离l1(tN)随x变化函数，l2，M(xi)是指第二扫描镜在第M次扫描周期内，第二激光测距仪获得的距离l2(tN)随x变化函数，i＝1,2,3…,I；M＝1,2,3…；
将步骤A得到的距离数据l1(tN)转化为数据函数l1，M(xi)的方法如下所述：通过第一扫描镜的扫描频率fm1和第一激光测距仪测距的频率fl1确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l1(tN)每I1个点为一组转化为l1，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l1，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm1是指第一扫描镜在单位时间(1秒)内可以完成扫描的次数，fm1＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl1是指第一激光测距仪在单位时间(1秒)内完成的激光测距次数，fl1＞d×fm1×n，n为采样数据密度；
将步骤A得到的距离数据l2(tN)转化为数据函数l2，M(xi)的方法如下所述：通过第二扫描镜的扫描频率fm2和第二激光测距仪测距的频率fl2确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l2(tN)每I2个点为一组转化为l2，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l2，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm2是指第二扫描镜在单位时间(1秒)内可以完成扫描的次数，fm2＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl2是指第二激光测距仪在单位时间(1秒)内完成的激光测距次数，fl2＞d×fm2×n，n为采样数据密度。
4.根据权利要求1所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述第一激光测距仪和第二激光测距仪均位于人行通道的右侧上方。
5.根据权利要求4所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述处理器对接收到的距离数据L1(tN)和L2(tN)进行预处理的方法如下所述：
A、对距离数据L1(tN)和L2(tN)进行归一化处理；具体方法如下所述：
将距离数据分别L1(tN)和L2(tN)代入以下公式得到归一化后的距离数据l1(tN)和l2(tN)：
N＝1，2，3，4…，其中x为测量点到人行通道左侧边缘的垂直距离，所述测量点是指第一激光测距仪或第二激光测距仪发出的激光与人行通道相交的点，d为人行通道的宽度，H1为第一激光测距仪的安装高度，H2为第二激光测距仪的安装高度，c为第一激光测距仪与第二激光测距仪之间的距离；
B、将步骤A得到的距离数据l1(tN)和l2(tN)分别转化为数据函数l1，M(xi)和l2，M(xi)，l1，M(xi)是指第一扫描镜在第M次扫描周期内，第一激光测距仪获得的距离l1(tN)随x变化函数，l2，M(xi)是指第二扫描镜在第M次扫描周期内，第二激光测距仪获得的距离l2(tN)随x变化函数，i＝1,2,3…,I；M＝1,2,3…；
将步骤A得到的距离数据l1(tN)转化为数据函数l1，M(xi)的方法如下所述：通过第一扫描镜的扫描频率fm1和第一激光测距仪测距的频率fl1确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l1(tN)每I1个点为一组转化为l1，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l1，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm1是指第一扫描镜在单位时间(1秒)内可以完成扫描的次数，fm1＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl1是指第一激光测距仪在单位时间(1秒)内完成的激光测距次数，fl1＞d×fm1×n，n为采样数据密度；
将步骤A得到的距离数据l2(tN)转化为数据函数l2，M(xi)的方法如下所述：通过第二扫描镜的扫描频率fm2和第二激光测距仪测距的频率fl2确定扫描一次的数据点个数为将获得的距离数据l2(tN)每I2个点为一组转化为l2，M(xi)，每扫描一次，M值增加1，最终获得随时间变化的数据函数l2，M(xi)，其中不同的M值代表不同时间段的数据函数；fm2是指第二扫描镜在单位时间(1秒)内可以完成扫描的次数，fm2＞5Vp，Vp是指人流的速度Vp，fl2是指第二激光测距仪在单位时间(1秒)内完成的激光测距次数，fl2＞d×fm2×n，n为采样数据密度。
6.根据权利要求3或5所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述行人判定算法采用阈值判定算法，具体方法如下所述：设置一个阈值距离H，当归一化后的距离数据l1(tN)或l2(tN)连续小于阈值距离H时，判定为行人信号，小于阈值距离H的距离数据l1(tN)或l2(tN)的个数即为行人数量。
7.根据权利要求3或5所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述行人判定算法采用拟合极小值判定算法，具体方法如下：通过极值判定算法判定出数据函数l1，M(xi)或l2，M(xi)极小值的数量即为行人数量。
8.根据权利要求6或7所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述行人方向判定算法的具体方法如下所述：在对应的x处附近，若数据函数l1，M(xi)先出现极小值，l2，M(xi)后出现极小值，则行人的方向为第一激光测距仪指向第二激光测距仪；在对应的x处附近，若数据函数l2，M(xi)先出现极小值，l1，M(xi)后出现极小值，则行人的方向为第二激光测距仪指向第一激光测距仪。
9.根据权利要求1所述的基于扫描式激光测距的人流量测量系统，其特征在于：所述第一驱动装置(4)和第二驱动装置的结构相同，所述第一驱动装置(4)包括设置在第一扫描镜(2)背面的弧形板(401)，所述弧形板(401)与第一扫描镜(2)的背面互相垂直且弧形板(401)与第一转轴(3)互相垂直，所述弧形板(401)的弧形端面设置有轮齿，所述弧形端面的圆弧中心轴线与第一转轴(3)的中心轴线重合，还包括第一半圆形齿轮(402)、第二半圆形齿轮(403)、驱轮齿轮(404)、从动齿轮(405)，所述第一半圆形齿轮(402)通过第三转轴(406)固定，所述第一半圆形齿轮(402)的中心轴线与第三转轴(406)的中心轴线互相重合，所述第二半圆形齿轮(403)通过第四转轴(407)固定，所述第二半圆形齿轮(403)的中心轴线与第四转轴(407)的中心轴线互相重合，所述驱轮齿轮(404)通过第五转轴(408)固定，所述驱轮齿轮(404)的中心轴线与第五转轴(408)的中心轴线互相重合，所述从动齿轮(405)通过第六转轴(409)固定，所述从动齿轮(405)的中心轴线与第六转轴(409)的中心轴线互相重合；所述第三转轴(406)的中心轴线与第一转轴(3)的中心轴线之间的距离等于第一半圆形齿轮(402)的半径和弧形板(401)的圆弧半径之和，当第一半圆形齿轮(402)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿接触时，所述第一半圆形齿轮(402)与弧形端面设置的轮齿相互啮合且所述第三转轴(406)的中心轴线、第一转轴(3)的中心轴线、第一半圆形齿轮(402)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿啮合点位于同一平面内；所述第四转轴(407)的中心轴线与第一转轴(3)的中心轴线之间的距离等于第二半圆形齿轮(403)的半径和弧形板(401)圆弧的半径之和，当第二半圆形齿轮(403)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿接触时，所述第二半圆形齿轮(403)与弧形端面设置的轮齿相互啮合且所述第四转轴(407)的中心轴线、第一转轴(3)的中心轴线、第一半圆形齿轮(402)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿啮合点位于同一平面内；当第一半圆形齿轮(402)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿相接触时，第二半圆形齿轮(403)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿处于分离状态，当第二半圆形齿轮(403)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿相接触时，第一半圆形齿轮(402)与弧形板(401)的弧形端面设置的轮齿处于分离状态；所述驱轮齿轮(404)与从动齿轮(405)互相啮合，所述驱轮齿轮(404)与第一半圆形齿轮(402)、第二半圆形齿轮(403)之间具有间隙，所述从动齿轮(405)与第一半圆形齿轮(402)、第二半圆形齿轮(403)之间具有间隙，所述第三转轴(406)的一端设置有第一皮带轮(410)，所述第一皮带轮(410)的半径小于第一半圆形齿轮(402)的半径，所述第四转轴(407)的一端设置有第二皮带轮(411)，所述第二皮带轮(411)的半径小于第二半圆形齿轮(403)的半径，所述第五转轴(408)的一端设置有第三皮带轮和第四皮带轮(413)，所述第三皮带轮的半径、第四皮带轮(413)的半径均小于驱轮齿轮(404)的半径，所述第六转轴(409)的一端设置有第五皮带轮(414)，所述第五皮带轮(414)的半径小于从动齿轮(405)的半径，所述第一皮带轮(410)与第三皮带轮之间、第二皮带轮(411)与第五皮带轮(414)之间均通过皮带相连，还包括驱动电机(415)，所述驱动电机(415)的输出轴设置有第六皮带轮(416)，所述第六皮带轮(416)与第四皮带轮(413)之间通过皮带相连。
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虞伟家等: "基于移动三维激光扫描的盾构隧道监测技术", 《交通科技与经济》, no. 02, 25 March 2020 (2020-03-25) *

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