DE19721741A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen und Abzählen sich längs einer vorbestimmten Richtung bewegender Objekte - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen und Abzählen sich längs einer vorbestimmten Richtung bewegender Objekte

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DE19721741A1
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Carl-Josef Hafner
Hans-Peter Etzkorn
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    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00Individual entry or exit registers

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum Erfassen und Abzählen sich längs einer vorbestimm­ ten Richtung bewegender Objekte, insbesondere ein Ver­ fahren sowie eine Vorrichtung zum Abzählen von einen Raum betretenden und/oder verlassenden Personen.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt und werden insbesondere bei der Personenzählung in öffent­ lichen Verkehrsmitteln verwendet. Ziel ist dabei die möglichst exakte Feststellung der Anzahl der Fahrgäste, die jeweils an einer Haltestelle zu- bzw. aussteigen, um auf diese Weise einen Überblick über die üblicher­ weise in Personenkilometern (Pkm) ausgedrückte Trans­ portleistung des Verkehrsmittels zu erhalten.

Problematisch ist in diesem Zusammenhang, daß moderne Massenverkehrsmittel mit breiten Einstiegsbereichen ver­ sehen sind, die das gleichzeitige Zusteigen mehrerer Personen ermöglichen. Aus diesem Grunde ist auch die Verwendung gewöhnlicher horizontal angeordneter Licht­ schranken für diesen Zweck nicht sinnvoll. Statt dessen kommen geometrisch angeordnete aktive und passive Infra­ rotsensoren zum Einsatz, deren Wirkungsprinzip beispiels­ weise in der Zeitschrift "Der Nahverkehr", 4/96, Seite 57 ff. beschrieben wird. Dabei sind im Dachbereich der Einstiege der Fahrzeuge Infrarotstrahler angeordnet, die während des Aufenthaltes des Fahrzeuges an Haltestellen gepulste Signale in Richtung des Einstiegsbereiches aus­ senden. Ein Teil der Signale wird von den ein- bzw. aus­ steigenden Personen in Richtung von Infrarotsensoren ge­ streut und dort in einen elektronischen Impuls umgewan­ delt. Mit einer geeigneten geometrischen Anordnung von Sendern und Sensoren gelingt es, die Zahl sowie die Bewegungsrichtung der sich im Einstiegsbereich des Ver­ kehrsmittels bewegenden Personen mit einer Genauigkeit von bis zu 95% zu erhalten. Nachteilig bei dieser Vor­ richtung zur Personenzählung ist jedoch, daß es durch Reflexionen und Absorptionen des ausgestrahlten Infra­ rotlichtes sowie durch die gegenseitige Beeinflussung der Sensoren untereinander zu häufigen Fehlmessungen kommt, die die Zuverlässigkeit der ermittelten Daten deutlich beeinträchtigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaf­ fung eines Verfahrens zum Zählen bewegter Objekte, das sich gegenüber den Zählsystemen nach dem Stande der Tech­ nik durch eine höhere Zuverlässigkeit der ermittelten Daten auszeichnet, und einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

In verfahrenstechnischer Hinsicht ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Im Gegensatz zum Erfassungssystem nach dem Stande der Technik bei dem nur ein punktweises Abtasten eines Durchschlagsbereiches nach Objekten erfolgt, und das somit keinerlei Aussage über die Art und die Größe der sich hindurchbewegenden Objekte erlaubt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine zeitabhängige Funktion des Objektes erstellt, die für dieses Objekt und seine Bewegung charakteristisch ist. Auf diese Weise ist es leicht möglich, beispielsweise Personen von Gegenständen zu unterscheiden, die in den Fahrgastraum hineingetragen werden. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren insbe­ sondere dann vorteilhaft, wenn neben einer nur quantita­ tiven Erfassung sich bewegender Objekte auch qualitative Informationen über diese Objekte notwendig oder sinnvoll sind. Der Anwendungsbereich dieses Verfahrens ist also somit nicht auf das Zählen gleichartiger Gegenstände be­ schränkt, sondern erlaubt auch die Erfassung von Objek­ ten, bei denen die Berücksichtigung wesenstypischer Besonderheiten von Belang ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens erfolgt die Abstandsmessung in einer schräg zur bestimmungsgemäßen Bewegungsrichtung der Ob­ jekte verlaufenden Ebene. Durch diese Weiterbildung ist eine einfache Möglichkeit gegeben, auch die Bewegungs­ richtung der sich bewegenden Objekte zuverlässig zu er­ fassen.

Ein besonders zuverlässiges Verfahren zur Messung des Abstandes zwischen dem sich bewegenden Objekt und dem Referenzpunkt bedient sich der sogenannten Triangulati­ on. Bei diesem Verfahren, das an sich bekannt und in der Zeitschrift "PHOTONICS NEWS", April 1997, Seite 3, be­ schrieben ist sowie bisher insbesondere zur Oberflächen­ prüfung oder zur Abstandsmessung unbewegter Objekte ein­ gesetzt wurde, wird ein kollimierter Strahl eines Lasers oder einer Leuchtdiode auf eine Zieloberfläche gestrahlt. Ein beabstandet von der Strahlungsquelle angeordneter Detektor erfaßt das vom Ziel gestreute Licht und ermit­ telt aus dem Auftreffwinkel die Entfernung des Ziels vom Detektor. Ein solches Verfahren wurde bislang noch nicht zur Zählerfassung bewegter Objekte eingesetzt.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens bei der Fahrgastzählung in öffentli­ chen Verkehrsmitteln. Mit diesem Verfahren läßt sich die Zahl der an einer Haltestelle ein- und aussteigenden Personen sehr viel zuverlässiger erfassen als mit auto­ matischen Zählverfahren nach dem Stande der Technik.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die Aufgabe durch ein System zum Erfassen und Abzählen gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 5 aufweist.

Dabei werden die von einem Signalgeber ausgesandten und von den zu erfassenden Objekten in einen vorbestimmten Raumbereich gestreute Signale von einem ortsauflösenden Detektor erfaßt. Aus der zeitlichen und räumlichen Abfol­ ge der vom Detektor empfangenen Signale wird in einer mit dem Detektor wirkverbundenen Auswerteeinheit eine zeitabhängige Abstandsfunktion der bewegten Objekte er­ stellt. In einer Signalverarbeitungseinheit wird diese erfaßte Abstandsfunktion mit bekannten, vorgegebenen oder eingelesenen Abstandscharakteristiken verglichen. Der Betrieb der Signalverarbeitungseinheit mit einem ge­ eigneten Auswertealgorithmus ermittelt aus dem Vergleich der Abstandsfunktion mit den Abstandscharakteristiken Informationen über die Art, die Zahl und/oder die Bewe­ gung der bewegten Objekte. Die Information wird in einem elektronischen Speicher zur späteren Weiterverarbeitung abrufbar abgelegt.

In besonders vorteilhafter Weise wird die Bewegungsrich­ tung der Objekte erfaßt, indem der Signalgeber die Sig­ nale in einer zur bestimmungsgemäßen Bewegungsrichtung vorbestimmten Neigung abstrahlt. Die aus der Streuung der Signale erstellte Abstandsfunktion weist für die Be­ wegungsrichtung des erfaßten Objekts charakteristische Merkmale auf.

Zweckmäßigerweise wird das Erfassungssystem mit opti­ schen Mitteln betrieben, wobei etwa eine Fotodiode oder ein Laserstrahler als Signalgeber und ein ortsauflösen­ der optischer Detektor als Empfangseinheit verwandt wird.

Als besonders zuverlässiger und wirkungsvoller optischer Detektor kommt ein positionsempfindlicher Detektor (PSD) oder auch eine Differentialfotodiode in Frage.

Zweckmäßigerweise ist das Erfassungssystem mit einer se­ riellen Schnittstelle verbunden, mittels der das Erfas­ sungssystem mit externen Geräten verbindbar ist und die aus dem Vergleich der Abstandsfunktion mit den Abstands­ charakteristiken erhaltenen Informationen zur elektroni­ schen Weiterverarbeitung übertragbar sind.

Die Kombination mehrerer Signalgeber und/oder Empfangs­ einheiten ermöglicht die Kontrolle auch breiter Durch­ gangsbereiche, wie etwa sehr breiter Eingangstüren von öffentlichen Verkehrsmitteln. Wesentlich dabei ist, daß die entsprechenden Signalgeber bzw. Empfangseinheiten aufeinander abgestimmt sind, um ein gegenseitiges Beein­ flussen der Signalgeber bzw. der Empfangseinheiten zu verhindern. Vorzugsweise kann dies dadurch geschehen, daß die Signalgeber bzw. die Empfangseinheiten mit Takt­ generatoren betrieben werden, die gegeneinander in vor­ bestimmter Weise verstimmt sind, wodurch eine gegensei­ tige Beeinflussung durch Streulicht oder durch unbeab­ sichtigte Reflexionen wirksam vermieden wird.

In den beigefügten Zeichnungen soll anhand eines Aus­ führungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 ein als Personenzählsystem zur Erfassung der in ein öffentliches Verkehrsmittel ein- und/­ oder aussteigenden Personen ausgebildetes Er­ fassungssystem in einer perspektivischen An­ sicht,

Fig. 2 das Erfassungssystem aus Fig. 1 in einer Quer­ schnittsansicht,

Fig. 3 die elektronischen Verfahrensschritte zur Er­ mittlung einer Abstandsfunktion bei dem Erfas­ sungssystem aus Fig. 1 und

Fig. 4 die elektronischen Verfahrensschritte zur Aus­ wertung einer Abstandsfunktion.

Das in Fig. 1 gezeigte Erfassungssystem 1 besitzt eine Sende- und Empfangseinheit 2, die an der Dachrahmenkon­ struktion 3 im Eingangsbereich 4 eines öffentlichen Ver­ kehrsmittels, etwa eines Busses oder einer Straßenbahn, angeordnet ist, und dient der Erfassung der Anzahl der an einer Haltestelle ein- bzw. aussteigenden Personen 6.

Die Sende- und Empfangseinheit weist mehrere Strahler 10 auf, die jeweils einen gut kollimierten Lichtstrahl 11 in eine Richtung schräg nach unten in den Eingangsbereich 4 hinein aussenden. Zur Abdeckung der gesamten Breite des Eingangsbereichs 4 sind im Ausführungsbeispiel ins­ gesamt sechs derartige Strahler 10 beabstandet voneinan­ der angeordnet, die zueinander jeweils parallele Signal­ strahlen 11 aussenden.

Gegenüber der Vertikalen sind die Signalstrahlen 11 in einem vorbestimmten Winkel α, im Beispiel etwa 15°, geneigt, um die Bewegungsrichtung von den Eingangsbe­ reich 4 des Verkehrsmittels 5 durchquerenden Personen 6 in der unten näher erläuterten Weise zu ermitteln.

Die von dem Strahler 10 emittierten Lichtsignale werden von den den Eingangsbereich 4 durchquerenden Personen oder Objekten gestreut und teilweise in Richtung auf in der Sende- und Empfangseinheit 2 angeordnete ortsauflö­ sende Detektoren 12, beispielsweise positionsempfindli­ che Detektoren, reflektiert. Die Verwendung ortsauflösen­ der Detektoren 12 ermöglicht die Erfassung des Objektab­ standes von der Sende- und Empfangseinheit 2 mittels optischer Triangulation. Dabei wird der Position des vom Detektor 12 empfangenen Streulichtsignals auf dem Detek­ tektor 12 in eindeutiger Weise ein Abstand zwischen De­ tektor 12 und dem Auftreffpunkt der vom Strahler 10 emittierten Signale auf die Oberfläche der Person oder des Objekts zugeordnet. In der Sende- und Empfangsein­ heit 2 werden dabei folgende elektronische Verfahrens­ schritte durchgeführt:
Mit einem Taktgenerator 15 wird ein Taktsignal erzeugt, mit dessen Hilfe der Strahler 10 über den Verstärker 16 betrieben wird. Die von sich im Eingangsbereich 4 bewe­ genden Objekten gestreuten und vom Detektor 12 empfange­ nen Signale des Strahlers 10 erzeugen im Detektor 12 zwei Fotoströme, deren Verhältnis proportional der Po­ sition der maximalen Lichtstärke des vom Detektor 12 empfangenen Streulichts auf dem Detektor ist. Diese Ströme I1 und I2 werden zunächst parallel in zwei äquvalenten Signalpfaden verarbeitet. In einem Strom-Spannungs­ konverter 18, 18' werden die genannten Ströme in eine dem jeweiligen Strom proportionale Spannung um­ gesetzt. Um Fremdsignale zu unterdrücken, ist ein Band­ paß 19, 19' im jeweiligen Signalpfad vorgesehen. Dem Bandpaß 19, 19' folgt eine automatische Verstärkungsre­ gelung. Diese besteht aus dem Regelverstärker 21, 21', dem Gleichrichter 22, 22' und dem analogen ODER-Glied 24. Mit dieser Verstärkungsregelung wird auf das Maximum der Signalspannung geregelt. Das Signal wird im Synchron­ gleichrichter 25, 25' moduliert. Zur Modulation dient ein aus dem Taktgenerator 15 und einem Sinusformer 26 generiertes Referenzsignal. Mit einem nachgeschalteten Tiefpaß 28, 28' werden unerwünschte hochfrequente Spek­ tralanteile unterdrückt. Der folgende Regelverstärker 29, 29' verstärkt die Signale derart, daß die Summe 31 der beiden Signale auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Die Ausgangssignale der Regelverstärker 29, 29' sind pro­ portional zu den Eingangsströmen I1, I2. Der Quotient aus Differenz 33 und Summe 31 der Signale der beiden Signalpfade ist ein Maß für den Abstand des von dem Strahler 10 emittierten Signals auf das Objekt vom De­ tektor.

Zeitlich aufeinanderfolgende Abstandsmessungen werden in einer Signalverarbeitungseinheit in einem A/D-Wandler 37 digitalisiert und einer Auswertestufe 38 zugeführt. Dort wird aus den digitalisierten Meßdaten eine zeitabhängige Abstandsfunktion des sich jeweils durch den Eingangsbe­ reich hindurchbewegenden Objektes erstellt und mit ange­ gebenen bzw. vorbekannten Abstandscharakteristiken ver­ glichen. Aus dem Abgleich der Abstandsfunktion mit den Abstandscharakteristiken wird auf die Anzahl der ein- und/oder aussteigenden Personen bzw. Objekte geschlossen. Das Ergebnis der Auswertung kann über ein serielles In­ terface 39 zur statistischen Auswertung ausgelesen wer­ den. Ein dem A/D-Wandler 37 vorgeschalteter Multiplexer 40 dient zum Einlesen der Abstandsinformationen mehrerer im Eingangsbereich 4 nebeneinander angeordneter Detekto­ ren 12.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die mit dem Erfassungssy­ stem 1 ermittelte Abstandsfunktion auch eine Information über die Bewegungsrichtung einer den Eingangsbereich 4 durchquerenden Person enthält. Während bei der Bewegung der Person in das Verkehrsmittel 5 hinein eine kontinu­ ierliche Abnahme des Abstandes zwischen Person und Detek­ tor erfaßt wird und nach dem Durchschreiten der durch die Lichtstrahlen 11 definierten Ebene, wodurch ein ab­ rupter Abbruch des detektierten Reflexionssignals er­ folgt, ist der zeitliche Ablauf der vom Detektor erfaß­ ten Signale bei einer das öffentliche Verkehrsmittel 5 verlassenden Person gerade umgekehrt: Auf die abrupte Detektion eines geringen Abstandes der den Eingangsbe­ reich 4 durchquerenden Person von der Sende- und Emp­ fangseinheit 2 folgen Signale, die eine kontinuierliche Abnahme des ermittelten Abstandes signalisieren.

Bei der Verwendung mehrerer Signalgeber 10, wie in Fig. 1 gezeigt, werden die dem jeweiligen Signalgeber 10 zuge­ ordneten Taktgeber 15 gegeneinander verstimmt, um eine störende gegenseitige Beeinflussung der Signalgeber 10 zu vermeiden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Erfassen und Abzählen sich längs einer vorbe­ stimmten Richtung bewegender Objekte, insbesondere zum Abzählen von einen Raum betretenden und/oder verlassenden Personen, bei dem
  • - ein in einer quer zur bestimmungsgemäßen Bewegungsrichtung der Objekte (6) verlaufenden Ebene gemessener Abstand (h) der Ober­ flächen der die Ebene querenden Objekte (6) zu einem Referenz­ punkt (12) kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen erfaßt wird,
  • - aus den gemessenen Abstandsdaten (h) eine zeitabhängige, die Bewegung der Objekte (6) beschreibende Abstandsfunktion berech­ net wird,
  • - die Abstandsfunktion mit vorbestimmten und/oder eingegebenen Abstandscharakteristiken bekannter Objekte verglichen wird und hieraus Informationen über die Anzahl und/oder die Bewegung und/oder die Art der Objekte (6) gewonnen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmessung in einer schräg zur bestimmungsgemäßen Bewe­ gungsrichtung der Objekte verlaufenden Ebene (11) erfolgt, so daß aus der Abstandsfunktion die Bewegungsrichtung des jeweiligen Objekts (6) bestimmbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandsmessung des Objekts (6) vom Referenzpunkt (12) ein optisches Triangulationsverfahren verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung des Verfahrens zur Zählung von in ein öffentliches Verkehrsmittel (5) ein- und/oder aussteigenden Per­ sonen (6).
5. System zum Erfassen und Abzählen sich längs einer vorbestimm­ ten Richtung bewegender Objekte, insbesondere zum Abzählen von einen Raum betretenden und/oder verlassenden Personen mit einem Signalgeber (10), etwa eine Schall- oder einer Strah­ lungsquelle, der Signale in eine zur bestimmungsgemäßen Bewe­ gungsrichtung der Objekte (6) im wesentlichen senkrechte Rich­ tung aus sendet und mit einem vom Signalgeber beabstandet ange­ ordneten Detektor (12) zum Erfassen der von den Objekten in ei­ nen vorbestimmten Raumbereich gestreuten Signale des Signalge­ bers (10), dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Detektor (12) um einen ortsauflösenden De­ tektor handelt mit dem eine aus der zeitlichen und räumlichen Abfolge der vom Detektor (12) empfangenen Signale eine zeitab­ hängige Abstandsfunktion der bewegten Objekte (6) erstellende Auswerteeinheit (35) wirkverbunden ist, und eine der Auswerte­ einheit (35) zugeschaltete Signalverarbeitungseinheit (38) aus dem Vergleich der Abstandsfunktionen mit vorgegebenen oder ein­ gelesenen Abstandscharakteristiken Informationen über die Zahl und/oder die Bewegungsrichtung und/oder die Art der bewegten Ob­ jekte (6) errechnet und diese Informationen in einem elektroni­ schen Speicher abrufbar ablegt.
6. Erfassungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (10) die Signale in einer vorbestimmten Neigung (α) zur bestimmungsgemäßen Bewegungsrichtung der Objekte (6) ab­ strahlt.
7. Erfassungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß als Signalgeber (10) eine Lichtquelle, etwa eine Foto­ diode oder ein Laserstrahler, und als Empfangseinheit (12) ein optischer Detektor verwendet wird.
8. Erfassungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als optischer Detektor (12) ein positionsempfindlicher Detektor (PSD) eingesetzt wird.
9. Erfassungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als optischer Detektor (12) eine Differential-Fotodiode einge­ setzt wird.
10. Erfassungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (38) mit einer seriellen Schnittstelle (39) verbunden ist.
11. Erfassungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekenn­ zeichnet durch mehrere aufeinander abgestimmte Signalgeber (10) und/oder Empfangseinheiten (12).
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