CN204537168U - 基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统，其特征在于：所述智能控制系统包括：数据采集模块(1)、程序控制模块(2)和命令执行模块(3)。本实用新型创造性地将行人检测和区域化节能结合在一起，同时巧妙地利用计算机视觉技术对地铁站进行三维重建，建立了基于平面坐标的智能控制方法，为智能节能控制系统提供了自动调节的新思路和新方法。根据人流状况对照明和通风空调系统进行实时调控，避免了不必要的耗能，真正意义上实现了节约能源的最大化。本实用新型结构简单，改造投入成本低，维护保养方便，具有强大的可扩展性，并且不仅仅可以在运用在地铁站，在商场、学校、办公楼、甚至在交通领域都有很好的发展前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种地铁站智能控制系统，尤其是一种高效节能、实时控制的基于行人检测的地铁站区域化智能控制系统。
背景技术
随着城市化进程的加快、道路资源的低效率分配，地铁作为一种快速便捷的交通方式，越来越受到各大城市的广泛重视。
地铁是大运量的城市轨道交通运输系统，同时也是耗电量的大户。地铁站内照明、通风空调等系统由于工作时间长并且能量消耗大，耗电量占据整个地铁系统耗电量的一半以上。在一部分相对偏离市区的地铁站，人流量变化特征极为明显，存在着明显的早高峰和晚高峰，而在其它时间段，人流量很小。这使得这些地铁站大部分时间的能源利用率很低，浪费现象非常严重。另外，随着未来卫星城的不断兴起，这种地铁站还会不断增加，浪费现象仍会继续加剧。
现阶段，地铁站针对照明和通风空调系统普遍采用了BAS控制方式进行控制。地铁BAS系统是计算机和网络技术结合的自动化控制系统，利用分布式微机监控系统对地铁车站及区间隧道内的空调通风、照明、电梯、自动扶梯等机电设备进行全面的运行管理与控制。然而BAS控制方式简单单一的时间控制与区域控制模式越来越难满足环保节能、方便维护管理、多种功能与灵活性的控制要求。
“基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统”利用行人检测实时获取地铁站人流分布信息，对地铁站内照明、通风空调系统进行实时区域调控，弥补了BAS控制系统的不足，进一步优化区域控制模式，避免了不必要的能源损耗，真正意义上实现了节约能源的最大化。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种节能高效、方便快捷、控制方法更优的基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统。
本实用新型可以通过以下技术方案来实现：
一种基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统，所述智能控制系统包括：数据采集模块1、程序控制模块2和命令执行模块3，其中：数据采集模块1与程序控制模块2连接，向程序控制模块2传输视觉信息，程序控制模块2与命令执行模块3连接，向命令执行模块3传输控制命令信息；所述的程序控制模块2包括：基准坐标建立模块4、行人检测模块5和逻辑控制模块6，其中：基准坐标建立模块4与行人检测模块5连接，向行人检测模块5传输坐标信息，行人检测模块5与逻辑控制模块6连接，向逻辑控制模块6传输行人位置信息。
所述的数据采集模块1是数字摄像头。
所述的命令执行模块3包括控制器7、LED灯光组8和空调通风系统9，其中，控制器7向LED灯光组8和空调通风系统9传输工作信号。
智能控制程序的控制方法基于二维平面坐标进行设计，二维平面坐标是由OpenCV对地铁空间三维重建生成三维立体空间坐标的水平坐标。OpenCV(Intel Open Source Computer Vision Library)是Intel的开源计算机视觉库，它由一系列C函数和少量C++类构成，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法， 具备强大的图像和矩阵运算能力。
本智能控制系统对地铁空间三维重建过程基于双目立体视觉系统完成，包含以下环节：图像获取、相机标定、图像预处理和特征提取、立体匹配、深度信息确定及三维坐标计算。将场景的三维坐标系作为行人检测定位的基准坐标系。
基于人头检测的地铁站能源区域化智能控制系统主要有三个模块：数据采集模块、控制程序模块、命令执行模块。其中：数据采集模块向程序控制模块传输视觉信息，程序控制模块向命令执行模块传输控制命令信息。
所述的数据采集模块实现对外界环境的视觉感知，其中：地铁站的一个场景由两个数字摄像头进行视觉信息采集。
所述的程序控制模块包括：基准坐标建立模块、行人检测模块和逻辑控制模块，其中：基准坐标建立模块向行人检测模块传输坐标信息，行人检测模块向逻辑控制模块传输行人位置信息。所述的基准坐标建立模块利用场景信息对地铁空间进行三维重建，进而建立坐标系。行人检测模块利用双目立体视觉原理处理视觉信息对行人进行定位。逻辑控制模块根据行人位置信息对照明系统和通风空调系统生成区域化控制命令信息。
所述的命令执行模块包括控制器、LED灯光组和空调通风系统，其中，控制器向LED灯光组和空调通风系统传输工作信号。控制器将区域化控制的机器命令转化为LED灯光组和空调通风系统传输工作信号。
本实用新型的优点为：
本智能控制系统创造性地将行人检测和区域化节能结合在一起，同时巧妙地利用计算机视觉技术对地铁站进行三维重建，建立了基于平面坐标的智能控制方法，为智能节能控制系统提供了自动调节的新思路和新方法。本智能控制 系统根据地铁站内实时的能源需求信息，最合理化控制能源使用。
根据人流状况对照明和通风空调系统进行实时调控，避免了不必要的耗能，真正意义上实现了节约能源的最大化。
系统结构简单，改造投入成本低。系统的控制回路为总线制，传感器之间以及与被控制设备只需一条总线进行连接，操作方便。另外，数字摄像头价格低廉，只需添加少量即可运行系统。
系统维护保养方便。系统中任何传感器、控制器和被控制设备的损坏，不会影响到其他无程序关联的系统元件的运行。维护、更换或升级系统内元件时，其余部分可照常运行。
系统具有强大的可扩展性。增加新功能只需在程序中添加相应模块并挂接相应的元件，无需改动系统内原有的元件和接线，便能达到要求。
系统能够实现灯具的低压软启动和调压、稳压的过程中的慢斜坡控制过程。从而降低电光源损坏，延长使用寿命；
该系统不仅仅可以在运用在地铁站，在商场、学校、办公楼、甚至在交通领域都有很好的发展前景。
附图说明
图1是本实用新型的智能控制系统组成框图。
图2是本实用新型的智能控制流程图。
图3是本实用新型的照明调节系统智能控制流程图。
图4是本实用新型的通风智能控制流程图。
其中：1为数据采集模块，2为程序控制模块，3为命令执行模块，4为基 准坐标建立模块，5为行人检测模块，6为逻辑控制模块，7为控制器，8为LED灯光组，9为空调通风系统。
具体实施方案
以下结合附图对本发明的实施例进一步描述：
如图1所示，一种基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统，其特征在于：所述智能控制系统包括：数据采集模块1、程序控制模块2和命令执行模块3，其中：数据采集模块1向程序控制模块2传输视觉信息，程序控制模块2向命令执行模块3传输控制命令信息；所述的程序控制模块2包括：基准坐标建立模块4、行人检测模块5和逻辑控制模块6，其中：基准坐标建立模块4向行人检测模块5传输坐标信息，行人检测模块5向逻辑控制模块6传输行人位置信息。
所述的数据采集模块1是数字摄像头。
所述的命令执行模块3包括控制器7、LED灯光组8和空调通风系统9，其中，控制器7向LED灯光组8和空调通风系统9传输工作信号。
所述的数据采集模块实现对外界环境的视觉感知，其中：地铁站的一个场景由两个数字摄像头进行视觉信息采集。
所述的程序控制模块包括：基准坐标建立模块、行人检测模块和逻辑控制模块，其中：基准坐标建立模块向行人检测模块传输坐标信息，行人检测模块向逻辑控制模块传输行人位置信息。所述的基准坐标建立模块利用场景信息对地铁空间进行三维重建，进而建立坐标系。行人检测模块利用双目立体视觉原理处理视觉信息对行人进行定位。逻辑控制模块根据行人位置信息对照明系统和通风空调系统生成区域化控制命令信息。
所述的命令执行模块包括控制器、LED灯光组和空调通风系统，其中，控制器向LED灯光组和空调通风系统传输工作信号。控制器将区域化控制的机器命令转化为LED灯光组和空调通风系统传输工作信号。
本实施例的工作过程是：
地铁站的行人公共区分成一个个区域，每一个区域的场景由两个数字摄像头进行视觉信息采集。
将视觉信息传输到计算机上通过计算机视觉技术进行分析处理，利用双目立体视觉原理对地铁站空间进行三维重建，图像A和B为摄像头从不同视点获取的图像，经过一定的预处理后，利用极线约束法进行立体匹配，建立图像特征间的对应关系，让同一个空间物体三维点在不同图像中的映像点能够对应起来。立体匹配可以得到视差图像，通过视差图像确定图像的深度信息，根据深度信息我们可以计算点的三维坐标，恢复场景的三维信息。取用其水平面坐标系Oxy，同时将地铁站内各个灯光组以及通风口位置标示在水平面坐标系Oxy上，第i个灯组对应的坐标为(xi,yi)。
行人检测模块使用基于学习的方法对行人头部进行检测，基于Harr特征采用Adaboost算法训练分类器，最终得到头部检测分类器。使用头部检测分类器检测视频帧图片获取头部区域信息，结合多角度的视频帧图片处理信息，通过对行人头部进行简单的三维重建获得行人头部的空间坐标(xt,yt,zt)，取用水平坐标(xt,yt)。
行人在行走过程中每个时间点都有位置坐标(xt,yt)，在点(xt,yt)周围设定一定区域At。灯组的对应坐标在区域At内,灯组就被程序控制调亮到要求亮度，保证行人的正常活动。图2为智能控制示意图，每隔3m安装一组灯组，图2(b)中行人为静止状态，At为边长6m的正方形；若行人为图2(c)中的行走状态， At为长9m、宽4m的长方形，行人位于长方形中心线的三等分点上。特殊地，人在灯组的排列线上时，除了头顶正常亮度亮起，系统选定右边一排灯正常亮度亮起，形成图2(b)、图2(c)中的形状；空调通风口管辖区域Bi如图2(d)，区域具体大小依通风口布置而定，区域之间有所重叠，保证及时送风。
根据二维平面上的LED灯光组和通风口数据和行人坐标数据是否交叠形成灯亮、暗或通风阀开口大、小的控制命令。由控制器将控制命令转化为工作信号从而对行人相应位置区域的灯光组和送风阀进行控制。
另外，系统利用光流法对行人头部进行自动跟踪定位，实现对人位置坐标的不断更新，进而推算出行人的移动速度和方向控制照明和空调通风系统，最终实现地铁站内人走到哪里灯亮到哪里、人流量有多大，空调通风量就有多大的智能节能效果。
照明系统控制逻辑如下：
照明系统有基础亮度设定。系统对信息的处理以个人为单位。人所在位置坐标的周围区域At为正常照明亮度范围。由于系统需要对灯组进行经常性的开关，故系统对灯组采用低压软启动和调压、稳压慢斜坡的控制方法，从而降低电光源损坏，延长使用寿命。
照明系统控制逻辑如图3所示。由计算机对视频信息进行相关数据处理，得出监控区域内所有人的位置信息。根据行人的位置变化速度，计算出行走速度。当行人速度低于等于一定值时，形成如图2中左图的默认照明范围6m×6m，以此方法适用于行人静止或小速度行走；当行人速度高于一定值时，系统分析行人最近1s内路径方向，对行人走向进行预判，在预判走向上开启更多的灯组形成如图2中右图中的行走照明范围。灯光效果图如图2。
另外，当地铁进站，对于地铁站站台两侧乘客上下区，不管灯组下面是否 有行人，灯光打开保持正常亮度直至地铁离站，保证下车乘客安全。其余时间按上文控制方法进行控制。
通风空调系统控制逻辑如下：
通风空调系统是为了保持站厅和站台等公共区内温度、湿度和CO2浓度，为乘客创造一个往返于地面街道至地铁列车内的过渡性热舒适环境。现行的BAS控制系统通过对地铁站内温湿度、CO2浓度的监测反馈对空调通风系统进行自动控制，这套监测设备称为环控系统。环控系统通过回风口测定地铁站内空气状态参数，具有一定的延滞性，故在人流量较少时不能十分精确地及时调整送风量，所以现阶段地铁站必须时刻保持相对高要求的通风量，以保证环境的热舒适性。而系统利用摄像监控实时性的特点，通过通风口向站内及时送风，调节速度快，故本系统可以设置相对较低的通风量基础值，根据人数进行精确送风，节约了环控系统延迟性导致的能源浪费。本系统将环控系统作为辅助调控系统，保证空气状态参数符合要求。
本通风空调浓度系统控制逻辑如图4所示。由计算机对视频信息进行相关数据处理，得出监控区域内所有人的位置信息，与通风口负责区域进行对比，计算出辖区人数，在低于一定人数N0时保持基础通风量；在人数高于N0时，根据人数结合地铁变风量空调系统的特性，调节送风阀，按照实际需求量进行送风。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
Claims (3)
1.一种基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统，其特征在于：所述智能控制系统包括：数据采集模块(1)、程序控制模块(2)和命令执行模块(3)，其中：数据采集模块(1)与程序控制模块(2)连接，向程序控制模块(2)传输视觉信息，程序控制模块(2)与命令执行模块(3)连接，向命令执行模块(3)传输控制命令信息；所述的程序控制模块(2)包括：基准坐标建立模块(4)、行人检测模块(5)和逻辑控制模块(6)，其中：基准坐标建立模块(4)与行人检测模块(5)连接，向行人检测模块(5)传输坐标信息，行人检测模块(5)与逻辑控制模块(6)连接，向逻辑控制模块(6)传输行人位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统，其特征是，所述的数据采集模块(1)是数字摄像头。
3.根据权利要求1所述的基于行人检测的地铁站能源区域化智能控制系统，其特征是，所述的命令执行模块(3)包括控制器(7)、LED灯光组(8)和空调通风系统(9)，其中，控制器(7)向LED灯光组(8)和空调通风系统(9)传输工作信号。
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| CN106371437A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 尚艳燕 | 一种平衡车在狭窄空间的自动驻车方法和装置 |
| CN106529787A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-03-22 | 南京国电南自轨道交通工程有限公司 | 一种基于人脸检测技术的地铁能源管理系统 |
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