CN108001460B - 地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法 - Google Patents

地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法，设置第一相机、第二相机和分析处理器，机器视觉实现对限界区的检测，没有机械旋转部件，提高系统稳定性；利用机器视觉和机器深度学习识别限界区边界，每次列车停车开门之前对限界区边界进行学习并标定，自动纠正列车运行时震动造成相机偏移造成的视场偏移影响，对车厢内的乘客、站台屏蔽门外的乘客和行李特征点坐标自动排除在告警区域之外，虚警率低；本发明结构简单，价格低廉，采用算法完成检测报警，减少人为的维护和检测硬件设备，具有检测精度高，虚警率低的优点，对于极小的障碍目标也能实现检测告警，对直线站台和月牙形站台都能使用。

Description

地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法
技术领域
本发明涉及地铁安全技术领域，尤其涉及一种地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法。
背景技术
地铁屏蔽门是一项集建筑、机械、材料、电子和信息等学科于一体的高科技产品，使用于地铁站台。屏蔽门将站台和列车运行区域隔开，通过控制系统控制其自动开启，主要保障列车、乘客进出站时的安全。地铁屏蔽门和列车门之间的狭缝称为限界区，这种限界区是保证地铁列车安全运行所必须的。一旦屏蔽门和列车门之间的限界区内发生夹人夹物，若此时列车行车会造成重大的安全事故，因此十分必要寻找一种能够检测地铁屏蔽门和列车门之间限界区内发生夹人夹物的方法。
目前地铁系统主要采用的有三种方案，红外电子围栏、灯带观测和加装防夹挡板。其中红外电子围栏主要采用红外对射管对来检测是否有人或物挡住红外光线，该方法主要受限于其检测分辨率与安装的红外对射管方式有关，并且该方案不适用于月牙形站台，随着地铁列车运行时的震动造成红外对射管的偏离会导致很高的虚警率。灯带观测法主要是在屏蔽门下边沿安装一条直的led灯带，通过列车驾驶员对灯带的观测来判断是否有夹人夹物情况，该方法主要是通过驾驶员的主观判断，增加了驾驶员的思想负担，而且该方法不适用于月牙形站台。加装防夹挡板的方法，只能检测限界区底部空间的检测，对于背包带这种高于挡板高度的夹人夹物情形无法检测，而且挡板会造成一定的侵界，给列车的安全运行留下隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种检测精度高、虚警率低、对直线站台和月牙形站台都能使用的地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置，其包括第一相机、第二相机和分析处理器，第一相机和第二相机平行设置于屏蔽门上并分别与分析处理器信号连接，其中，
第一相机和第二相机的重叠视场覆盖限界区，分别对限界区进行采集图像；
分析处理器，在列车开门之前，根据第一相机和第二相机采集的图像，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标，识别出限界区边界范围；在地铁列车和屏蔽门开始关门时，根据第一相机和第二相机采集的图像视差，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标；将在地铁列车和屏蔽门开始关门时得到的所有特征点与列车开门之前得到的所有特征点进行比较，得到新的特征点；进一步计算新的特征点是否落在限界区边界范围内，如果落在限界区的边界范围内，计算特征点的坐标与限界区的边界点坐标的实时差值，并比较该实时差值与预设告警阈值，如果实时差值大于预设告警阈值，则输出告警信号；如果实时差值小于预设告警阈值，则输出安全运行信号。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一相机和第二相机采用定焦镜头的双目相机，单相机视场角大于60°，双相机的重叠视场角大于45°。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一相机和第二相机设置在屏蔽门顶端的地铁列车门中线位置，安装方向与地铁列车开门方向平行。
另一方面，本发明提供了一种地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警方法，包括以下步骤，
S1，将第一相机和第二相机固定在屏蔽门顶端，并使二者重叠视场覆盖限界区；
S2，在列车开门之前，根据第一相机和第二相机采集的图像，出重叠视场内所有特征点的三维坐标，识别出限界区边界范围；
S3，在地铁列车和屏蔽门开始关门时，根据第一相机和第二相机采集的图像，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标；
S4，将在地铁列车和屏蔽门开始关门时得到的所有特征点与列车开门之前得到的所有特征点进行比较，得到新的特征点；
S5，进一步计算新的特征点是否落在限界区边界范围内，如果落在限界区的边界范围内，计算特征点的坐标与限界区的边界点坐标的实时差值，并比较该实时差值与预设告警阈值，如果实时差值大于预设告警阈值，则输出告警信号；如果实时差值小于预设告警阈值，则输出安全运行信号。
在以上技术方案的基础上，优选的，以第一相机光学镜头主平面与第一相机主光轴交点为坐标原点，第一相机主光轴方向为Z轴方向，第一相机和第二相机的基线方向为X轴方向建立相机坐标系，对于第一相机和第二相机同一时刻看空间物体的同一特征点P(xc,yc,zc),在相机坐标系下的三维坐标为
其中，xc为特征点在相机坐标系下X轴方向坐标，yc为特征点在相机坐标系下Y轴方向坐标，zc为特征点在相机坐标系下Z轴方向坐标，B为两个相机的基线距离，xleft为特征点在第一相机中所成图像的像素点X轴方向坐标，y为特征点在第一相机和第二相机中所成图像的像素点Y轴方向坐标，第一相机和第二相机经过校正之后Y轴方向坐标相等，f为第一相机和第二相机的焦距，Disparity为特征点在第一相机和第二相机中所成图像的像素点X轴方向坐标的视差；
视差Disparity＝xleft-xright。
在以上技术方案的基础上，优选的，每次列车开门之前，均执行步骤S2，更新限界区边界范围，步骤S5中，计算步骤S4得到的新的特征点是否落在最近更新的步骤S2得到的限界区边界范围内。
本发明的地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法不光可应用于列车屏蔽门领域，同样适用于电梯门的安全检测。
本发明的地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置和方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)设置第一相机、第二相机和分析处理器，机器视觉实现对限界区的检测，没有机械旋转部件，提高系统稳定性；
(2)利用机器视觉和机器深度学习识别限界区边界，每次列车停车开门之前对限界区边界进行学习并标定，自动纠正列车运行时震动造成相机偏移造成的视场偏移影响，对车厢内的乘客、站台屏蔽门外的乘客和行李特征点坐标自动排除在告警区域之外，虚警率低；
(3)本发明结构简单，价格低廉，采用算法完成检测报警，减少人为的维护和检测硬件设备，具有检测精度高，虚警率低的优点，对于极小的障碍目标也能实现检测告警，对直线站台和月牙形站台都能使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为双目视觉原理图；
图2为本发明地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置的检测原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明的地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置，如图1所示，其包括第一相机1、第二相机2和分析处理器3。
第一相机1、第二相机2平行设置于屏蔽门上并分别与分析处理器3信号连接。优选的，所述第一相机1和第二相机2设置在屏蔽门顶端的地铁列车门中线位置，安装方向与地铁列车开门方向平行。第一相机1和第二相机2的重叠视场覆盖限界区，分别对限界区进行采集图像。如图1所示，在屏蔽安全门顶端平行安装第一相机1和第二相机2，其中第一相机1的视场为DAF，第二相机2的视场为EBG，两个视场重叠视场为ECF，其中C为AF和BE的焦点。优选的，所述第一相机1和第二相机2采用定焦镜头的双目相机，单相机视场角大于60°，双相机的重叠视场角大于45°。
分析处理器3，在列车开门之前，根据第一相机和第二相机采集的图像，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标，识别出限界区边界范围；在地铁列车和屏蔽门开始关门时，根据第一相机和第二相机采集的图像视差，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标；将在地铁列车和屏蔽门开始关门时得到的所有特征点与列车开门之前得到的所有特征点进行比较，得到新的特征点；进一步计算新的特征点是否落在限界区边界范围内，如果落在限界区的边界范围内，计算特征点的坐标与限界区的边界点坐标的实时差值，并比较该实时差值与预设告警阈值，如果实时差值大于预设告警阈值，则输出告警信号；如果实时差值小于预设告警阈值，则输出安全运行信号。具体的，采用双目视觉原理，计算出重叠视场ECF内所有特征点的三维坐标。如图2所示，以第一相机1光学镜头主平面与第一相机1主光轴交点为坐标原点，第一相机1主光轴方向为Z轴方向，第一相机1和第二相机2的基线方向为X轴方向建立相机坐标系，对于第一相机1和第二相机2同一时刻看空间物体的同一特征点P(xc,yc,zc)，分别于“左眼”(第一相机1)和“右眼”(第二相机2)上获取了点P的图像，特征点P“左眼”(第一相机1)和“右眼”(第二相机2)上的图像坐标分别为Pleft＝(xleft,yleft),Pright＝(xright,yright),第一相机1和第二相机2的图像在同一个平面上，则特征点P的图像坐标y坐标相同，即yleft＝yrigh＝y，则由三角关系得到：
则视差Disparity＝xleft-xright，由此可计算出特征点P在相机坐标系下的三维坐标
其中，xc为特征点在相机坐标系下X轴方向坐标，yc为特征点在相机坐标系下Y轴方向坐标，zc为特征点在相机坐标系下Z轴方向坐标，B为两个相机的基线距离，xleft为特征点在第一相机1中所成图像的像素点X轴方向坐标，y为特征点在第一相机1和第二相机2中所成图像的像素点Y轴方向坐标，第一相机1和第二相机2经过校正之后Y轴方向坐标相等，f为第一相机1和第二相机2的焦距，Disparity为特征点在第一相机1和第二相机2中所成图像的像素点X轴方向坐标的视差。
如此，在列车开门之前，利用双目视觉原理计算出重叠视场ECF内所有特征点的三维坐标，提取出站台防护橡胶条、屏蔽门边框可车厢门边框特征点，计算出屏蔽门和车厢门之间限界区边界范围。在地铁屏蔽门和列车车厢门关闭时，利用双目视觉原理计算出重叠视场ECF内所有特征点的三维坐标。将在地铁列车和屏蔽门开始关门时得到的所有特征点与列车开门之前得到的所有特征点进行比较，得到新的特征点；进一步计算新的特征点是否落在限界区边界范围内，如果落在限界区的边界范围内，计算特征点的坐标与限界区的边界点坐标的实时差值，并比较该实时差值与预设告警阈值，如果实时差值大于预设告警阈值，则输出告警信号，提示地铁控制系统限界区内有夹到人或物体风险，提高系统安全性；如果实时差值小于预设告警阈值，则输出安全运行信号。
本发明的地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警方法，具体操作步骤如下：
平行安装好第一相机1、第二相机2，调整两个相机定焦镜头，调整到相机的对焦位置，固定好相机镜头。在第一相机1、第二相机2的对焦范围内放置相机棋盘格标定板，控制第一相机1、第二相机2对棋盘格标定板进行图像采集。旋转和平移棋盘格标定板，控制第一相机1、第二相机2对不同角度标定板进行图像采集，运行标定流程提取出棋盘格标定板的角点，标定出第一相机1、第二相机2的外参数矩阵，内参数矩阵，畸变矩阵和结构参数。保存好标定出的参数。
将第一相机1、第二相机2安装在屏蔽门系统顶端的列车门中间位置，调整好相机位置和方向，使第一相机1、第二相机2的重叠视场能够覆盖限界区。运行分析处理器3。当地铁列车到站时，在列车开门之前，列车控制系统给出图像采样信号，此时处理器3控制第一相机1、第二相机2对限界区同时进行图像采样，并计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标，识别出限界区边界范围。
在地铁列车和屏蔽门开始关门时，处理器3控制第一相机1、第二相机2同时采集图像信号，并计算重叠视场内所有特征点的三维坐标。
将在地铁列车和屏蔽门开始关门时得到的所有特征点与列车开门之前得到的所有特征点进行比较，得到新的特征点；进一步计算新的特征点是否落在限界区边界范围内，如果落在限界区的边界范围内，计算特征点的坐标与限界区的边界点坐标的实时差值，并比较该实时差值与预设告警阈值，如果实时差值大于预设告警阈值，则输出告警信号给列车控制系统，提示限界区内有障碍物，避免列车门和屏蔽门进行强行关门操作，防止夹伤乘客和禁止列车行车，提高地铁运行安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置，其特征在于：其包括第一相机(1)、第二相机(2)和分析处理器(3)，第一相机(1)和第二相机(2)平行设置于屏蔽门上并分别与分析处理器(3)信号连接，其中，
第一相机(1)和第二相机(2)的重叠视场覆盖限界区，分别对限界区进行采集图像；
分析处理器(3)，在列车开门之前，根据第一相机(1)和第二相机(2)采集的图像，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标，识别出限界区边界范围；在地铁列车和屏蔽门开始关门时，根据第一相机(1)和第二相机(2)采集的图像视差，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标；将在地铁列车和屏蔽门开始关门时得到的所有特征点与列车开门之前得到的所有特征点进行比较，得到新的特征点；进一步计算新的特征点是否落在限界区边界范围内，如果落在限界区的边界范围内，计算特征点的坐标与限界区的边界点坐标的实时差值，并比较该实时差值与预设告警阈值，如果实时差值大于预设告警阈值，则输出告警信号；如果实时差值小于预设告警阈值，则输出安全运行信号。
2.如权利要求1所述的地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置，其特征在于：所述第一相机(1)和第二相机(2)采用定焦镜头的双目相机，单相机视场角大于60°，双相机的重叠视场角大于45°。
3.如权利要求1所述的地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警装置，其特征在于：所述第一相机(1)和第二相机(2)设置在屏蔽门顶端的地铁列车门中线位置，安装方向与地铁列车开门方向平行。
4.一种地铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，将第一相机(1)和第二相机(2)固定在屏蔽门顶端，并使二者重叠视场覆盖限界区；
S2，在列车开门之前，根据第一相机(1)和第二相机(2)采集的图像，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标，识别出限界区边界范围；
S3，在地铁列车和屏蔽门开始关门时，根据第一相机(1)和第二相机(2)采集的图像，计算出重叠视场内所有特征点的三维坐标；
S4，将在地铁列车和屏蔽门开始关门时得到的所有特征点与列车开门之前得到的所有特征点进行比较，得到新的特征点；
S5，进一步计算新的特征点是否落在限界区边界范围内，如果落在限界区的边界范围内，计算特征点的坐标与限界区的边界点坐标的实时差值，并比较该实时差值与预设告警阈值，如果实时差值大于预设告警阈值，则输出告警信号；如果实时差值小于预设告警阈值，则输出安全运行信号。
5.如权利要求4所述的铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警方法，其特征在于：以第一相机(1)光学镜头主平面与第一相机(1)主光轴交点为坐标原点，第一相机(1)主光轴方向为Z轴方向，第一相机(1)和第二相机(2)的基线方向为X轴方向建立相机坐标系，对于第一相机(1)和第二相机(2)同一时刻看空间物体的同一特征点P(xc,yc,zc),在相机坐标系下的三维坐标为
其中，xc为特征点在相机坐标系下X轴方向坐标，yc为特征点在相机坐标系下Y轴方向坐标，zc为特征点在相机坐标系下Z轴方向坐标，B为两个相机的基线距离，xleft为特征点在第一相机(1)中所成图像的像素点X轴方向坐标，y为特征点在第一相机(1)和第二相机(2)中所成图像的像素点Y轴方向坐标，第一相机(1)和第二相机(2)经过校正之后Y轴方向坐标相等，f为第一相机(1)和第二相机(2)的焦距，Disparity为特征点在第一相机(1)和第二相机(2)中所成图像的像素点X轴方向坐标的视差；
视差Disparity＝xleft-xright。
6.如权利要求4所述的铁屏蔽门限界区智能防夹检测报警方法，其特征在于：每次列车开门之前，均执行步骤S2，更新限界区边界范围，步骤S5中，计算步骤S4得到的新的特征点是否落在最近更新的步骤S2得到的限界区边界范围内。
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