CN113086794A - 一种电梯轿厢内人员检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电梯轿厢内人员检测方法及系统，该方法包括模型训练阶段和运行检测阶段；在模型训练阶段中电梯轿厢空载运行并执行：驱动扬声器播放特定频率的声波并开启麦克风持续接收以获得空载声波数据；对空载声波数据进行傅里叶变换以获得与之对应的空载频谱信息并存储；多次执行上述步骤建立空载波形模型；在运行检测阶段中执行：驱动扬声器播放特定频率的声波并开启麦克风持续接收以获得实时声波数据；对实时声波数据进行傅里叶变换以获得与之对应的实时频谱信息；将实时频谱信息与空载波形模型中存储的空载频谱信息作比对，根据比对结果输出相应信号。该系统包括扬声器、麦克风、信号处理模块、空载波形模型以及判定模块。

Description

一种电梯轿厢内人员检测方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电梯轿厢内人员检测方法及系统。
背景技术
为提升电梯的安全性与智能化管理程度，现有技术中设计了很多针对轿厢的功能系统，例如紫外线消毒系统、电梯闲忙时启停系统等，为了自动激活某一功能，自然就需要对电梯当前运行状态进行有效检测，从而判断是否满足启动条件。由于这些功能系统大多不适合在有人使用电梯时启动，故首要检测判断的是轿厢内人员情况，因为普通的负载称重系统无法可靠地解析单人或儿童的重量，故现有检测电梯轿厢内人员的解决方案一般都需要在轿厢上加装额外的传感器，如光幕、PIR、雷达传感器等，这又意味着额外硬件和安装人员的成本。
发明内容
基于背景技术所提及的问题，本发明提出一种电梯轿厢内人员检测方法及系统，其具体技术内容如下：
本发明的电梯轿厢内人员检测方法包括模型训练阶段和运行检测阶段；
在模型训练阶段中，电梯轿厢空载运行，并执行有以下步骤：
S01，驱动轿厢内的扬声器播放特定频率的声波，并开启麦克风持续接收轿厢内的声波以获得空载声波数据；
S02，对空载声波数据进行傅里叶变换以获得与之对应的空载频谱信息，并存储；
多次执行上述步骤S01和S02，建立空载波形模型；
在运行检测阶段中，执行以下步骤：
S03，驱动轿厢内的扬声器播放特定频率的声波，并开启麦克风持续接收轿厢内的声波以获得实时声波数据；
S04，对实时声波数据进行傅里叶变换以获得与之对应的实时频谱信息；
S05，将实时频谱信息与空载波形模型中存储的空载频谱信息作比对，当比对结果相一致时，作出代表“空载”的第一信号；当比对结果不一致时，作出代表“非空载”的第二信号。
于本发明的一个或多个实施例当中，在步骤S02和步骤S04中，分别对所获得的空载声波数据、实时声波数据进行模数转换及滤波去噪操作后，再进行傅里叶变换。
于本发明的一个或多个实施例当中，在步骤S02和/或步骤S04中，通过对声波数据的时域分析来判定其有效性，对无效据进行去噪处理。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述对声波数据的时域分析基于Sabine公式，当其混响时间大于预设值则判定为噪声；该Sabine公式为：
Figure BDA0003001966970000021
其中，RT60为混响时间；α为吸收系数；S为吸收面积；V为空间体积；A为等效吸收面积；c(T)为T℃时的声速。
于本发明的一个或多个实施例当中，在模型训练阶段中，设定有特定脉冲频率的范围，并从范围中选择若干个频率点，以该些频率点播放声波，从而获得相应频率声波下的空载声波数据，建立空载波形模型；
在运行检测阶段中，同样以上述步骤中选定的若干个频率点播放声波，从而获得相应频率声波下的实时声波数据。
本发明的电梯轿厢内人员检测系统包括：用于向电梯轿厢播放特定频率的声波的扬声器、用于接收轿厢内的声波的麦克风、用于对获得的声波数据进行傅里叶变换以获得对应频谱信息的信号处理模块、用于存储电梯轿厢空载状态下所获得的声波数据频谱信息的空载波形模型，以及用于将实时检测获得的声波数据频谱信息与空载波形模型作比对的判定模块；所述判定模块在比对结果相一致时作出代表“空载”的第一信号，在比对结果不一致时作出代表“非空载”的第二信号。
于本发明的一个或多个实施例当中，还包括用于对获得的声波数据进行时域分析去噪的噪声滤波模块。
本发明的有益效果是：利用声波或超声波结合数字信号处理解决方案来计算电梯轿厢的声脉冲响应，从而获知轿厢内的人员情况，其硬件基于原设于轿厢内的紧急呼叫麦克风和扬声器，无需额外装设传感器及对轿厢内饰进行拆装，无额外的硬件和安装人工成本产生，不会影响到轿厢内的设计，而且可于现有的绝大部分电梯轿厢中通过软件升级实施加装，适用性强。
附图说明
图1为本发明的模型训练阶段的流程图。
图2为本发明的运行检测阶段的流程图。
图3为本发明的时域分析图谱。
具体实施方式
如下附图1至3对本申请方案作进一步描述：
电梯轿厢内人员检测方法包括模型训练阶段和运行检测阶段；
在模型训练阶段中，电梯轿厢空载运行，并执行有以下步骤：
S01，驱动轿厢内的扬声器播放特定频率的声波，并开启麦克风持续接收轿厢内的声波以获得空载声波数据；
S02，对空载声波数据进行模数转换及滤波去噪操作后，再进行傅里叶变换以获得与之对应的空载频谱信息，并存储；
多次执行上述步骤S01和S02，建立空载波形模型；
在运行检测阶段中，执行以下步骤：
S03，驱动轿厢内的扬声器播放特定频率的声波，并开启麦克风持续接收轿厢内的声波以获得实时声波数据；
S04，对实时声波数据进行模数转换及滤波去噪操作后，再进行傅里叶变换以获得与之对应的实时频谱信息；
S05，将实时频谱信息与空载波形模型中存储的空载频谱信息作比对，当比对结果相一致时，作出代表“空载”的第一信号；当比对结果不一致时，作出代表“非空载”的第二信号。
在步骤S02和/或步骤S04中，通过对声波数据的时域分析来判定其有效性，对无效据进行去噪处理。所述对声波数据的时域分析基于Sabine公式，当其混响时间大于预设值则判定为噪声；该Sabine公式为：
Figure BDA0003001966970000041
其中，RT60为混响时间；α为吸收系数；S为吸收面积；V为空间体积；A为等效吸收面积；c(T)为T℃时的声速。在本实施例中，c(T)取0℃时的声速，即343m/s，由此计算得Sabine公式为：RT60＝0.161*V/(α·S)。
根据Sabine公式的相关性，可以证明对于给定的空间情况(如轿厢的尺寸、墙壁/天花板/地板材料等)具有在给定频率声波下的混响时间RT60是在禁用声源后声级衰减60dB所需的持续时间。声波频率越高，空间内有效吸收面积越大，混响时间RT60越短；反之，声波频率越低，空间内的有效吸收面积越小，混响时间RT60越长。
参见附图3，在轿厢空载的状态下，通过测量给定频率声波而获得一组参考混响时间，如虚线A1和虚线A2。在轿厢负载的状态下，通过测量给定频率声波而获得一组实时混响时间，如实线B1和实线B2。其中，虚线A1和实线B1所对应的声波频率相同，虚线A2和实线B2所对应的声波频率相同。通过相同频率下不同的空间状态的吸收或衰减情况可以看出，由于负载状态下轿厢内的吸收与反射行为导致相同初始声级下不同的吸收或衰减情况，例如，衣服等软材料对高频声波具有高的阻尼率。由此，还可以根据吸收或衰减程度大致判定轿厢空间的负载量。
考虑扬声器和麦克风的参数，以及人声频率范围，所述的特定脉冲频率的范围一般选定为300-2000Hz；由于不同的材料在不同的频率下具有不同的阻尼特性，因此这里的建模与检测都将采用几个频率点，并且依次间隔地播放选定频率点的声波，例如，各频率点声之间持续时间为若干个时间周期，脉冲间隔为几百毫秒。在模型训练阶段中，从范围中选择若干个频率点，以该些频率点播放声波，从而获得相应频率声波下的空载声波数据，建立空载波形模型；在运行检测阶段中，同样以上述步骤中选定的若干个频率点播放声波，从而获得相应频率声波下的实时声波数据。
所述空载声波数据须在轿厢空载时获得，最佳情况是在轿厢处于正常运行状态时获得，这样才真实反映当前轿厢内的空间情况，避免在后续使用时由于轿厢装潢所安装重型织物窗帘等影响检测判断，导致检测到不匹配。同时，为了精确地反映轿厢不同的状态下可能存在的干扰噪声，故建模时应该分别在电梯轿厢空载上升、空载下降和空载停止时多次循环测量以获取对比数据。
本实施例还公开应用上述方法的电梯轿厢内人员检测系统，其包括：
用于向电梯轿厢播放特定频率的声波的扬声器；
用于接收轿厢内的声波的麦克风；
用于对获得的声波数据进行傅里叶变换以获得对应频谱信息的信号处理模块；
用于对获得的声波数据进行时域分析去噪的噪声滤波模块；
用于存储电梯轿厢空载状态下所获得的声波数据频谱信息的空载波形模型；以及
用于将实时检测获得的声波数据频谱信息与空载波形模型作比对的判定模块，所述判定模块在比对结果相一致时作出代表“空载”的第一信号，在比对结果不一致时作出代表“非空载”的第二信号。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：包括模型训练阶段和运行检测阶段；
在模型训练阶段中，电梯轿厢空载运行，并执行有以下步骤：
S01，驱动轿厢内的扬声器播放特定频率的声波，并开启麦克风持续接收轿厢内的声波以获得空载声波数据；
S02，对空载声波数据进行傅里叶变换以获得与之对应的空载频谱信息，并存储；
多次执行上述步骤S01和S02，建立空载波形模型；
在运行检测阶段中，执行以下步骤：
S03，驱动轿厢内的扬声器播放特定频率的声波，并开启麦克风持续接收轿厢内的声波以获得实时声波数据；
S04，对实时声波数据进行傅里叶变换以获得与之对应的实时频谱信息；
S05，将实时频谱信息与空载波形模型中存储的空载频谱信息作比对，当比对结果相一致时，作出代表“空载”的第一信号；当比对结果不一致时，作出代表“非空载”的第二信号。
2.根据权利要求1所述的电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：在步骤S02和步骤S04中，分别对所获得的空载声波数据、实时声波数据进行模数转换及滤波去噪操作后，再进行傅里叶变换。
3.根据权利要求2所述的电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：在步骤S02和/或步骤S04中，通过对声波数据的时域分析来判定其有效性，对无效据进行去噪处理。
4.根据权利要求3所述的电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：所述对声波数据的时域分析基于Sabine公式，当其混响时间大于预设值则判定为噪声；该Sabine公式为：
Figure FDA0003001966960000021
其中，RT60为混响时间；α为吸收系数；S为吸收面积；V为空间体积；A为等效吸收面积；c(T)为T℃时的声速。
5.根据权利要求1所述的电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：
在模型训练阶段中，设定有特定脉冲频率的范围，并从范围中选择若干个频率点，以该些频率点播放声波，从而获得相应频率声波下的空载声波数据，建立空载波形模型；
在运行检测阶段中，同样以上述步骤中选定的若干个频率点播放声波，从而获得相应频率声波下的实时声波数据。
6.根据权利要求5所述的电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：驱动扬声器依次间隔地播放选定频率点的声波。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：所述的特定脉冲频率的范围是300-2000Hz。
8.根据权利要求1-6任一项所述的电梯轿厢内人员检测方法，其特征在于：电梯轿厢空载运行包括空载上升、空载下降和空载停止。
9.一种电梯轿厢内人员检测系统，其特征在于，包括：用于向电梯轿厢播放特定频率的声波的扬声器、用于接收轿厢内的声波的麦克风、用于对获得的声波数据进行傅里叶变换以获得对应频谱信息的信号处理模块、用于存储电梯轿厢空载状态下所获得的声波数据频谱信息的空载波形模型，以及用于将实时检测获得的声波数据频谱信息与空载波形模型作比对的判定模块；所述判定模块在比对结果相一致时作出代表“空载”的第一信号，在比对结果不一致时作出代表“非空载”的第二信号。
10.根据权利要求9所述的电梯轿厢内人员检测系统，其特征在于：还包括用于对获得的声波数据进行时域分析去噪的噪声滤波模块。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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