DE3718237A1 - Verfahren und einrichtung zum zaehlen von objekten in einem gegebenen bereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrich­ tung zum Zählen von Objekten, beispielsweise Personen, die sich in einem gegebenen Bereich befinden. Das ge­ schieht auf der Grundlage der Beobachtung ihrer Be­ schleunigung aus und ihrer Verlangsamung in ortsfeste Lage. Bei dem Verfahren werden die Bewegungen der Ob­ jekte mit Hilfe mindestens eines Doppler-Radars dadurch verfolgt, daß die Doppler-Frequenzen von Signalen, die die Objekte reflektieren, beobachtet werden.

Es ist bekannt, durch Doppler-Radarzählung beispiels­ weise die Anzahl der vor einer Aufzugtür wartenden Per­ sonen festzustellen. Die dazu benutzte Einrichtung ar­ beitet mit zwei Radargeräten, die jedoch nur die Zahl der am Objektpunkt langsam werdenden Personen zählt. Hierzu werden ziemlich grob unterteilte Geschwindig­ keitsbereiche beobachtet und mathematische Modelle an­ gewandt. Eine solche Einrichtung wäre besser nutzbar, wenn sie beim Zählen der Objekte an einer bestimmten Stelle auch die mit einer Bewegung beginnenden Objekte berücksichtigen könnte, ohne daß dazu immer komplizier­ tere mathematische Modelle und Annahmen nötig wären, die nur eine immer größere Fehlerquelle für das Zähler­ gebnis bedeuteten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine stark verbesserte Doppler-Radarkonstruktion zu schaffen, die als einfache, exakte und preisgünstige Anlage sich bewegende Objekte zählen kann.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Doppler- Signal eines jeden Objektes verstärkt wird, damit ein Signal von gleichbleibender Intensität unabhängig von der Entfernung und Größe des Objekts erhalten wird, dessen Frequenz dann untersucht wird. Ein seine Ge­ schwindigkeit änderndes Objekt wird also als ein seine Frequenz änderndes Signal angezeigt, und das wird iden­ tifiziert. Je nachdem, ob das Signal eine Beschleunigung oder Verlangsamung des Objekts darstellt, wird es von einer Ziffer, die die Anzahl der im Bereich vorhandenen Objekte wiedergibt, subtrahiert oder zu derselben addiert.

Mit diesem Verfahren können beispielsweise Bewegungen von Personen unterschiedlicher Art zuverlässig gemessen werden, z. B. das Stehenbleiben oder Sichinbewegung­ setzen innerhalb eines begrenzten Bereichs, wie dem Raum vor einem Aufzug. Das Verfahren basiert auf der Benut­ zung eines einzigen Doppler-Radars, was eine wirtschaft­ liche, funktionelle und konstruktionsmäßig vernünftige Gesamtanordnung ermöglicht.

Die Einrichtung, mit der das Verfahren gemäß der Erfin­ dung angewandt wird, weist mindestens ein Doppler-Radar­ gerät auf, um die Doppler-Frequenzen von von den Objek­ ten reflektierten Signalen zu beobachten. Die Einrich­ tung zeichnet sich dadurch aus, daß sie mindestens fol­ gende Unteranordnungen aufweist:

• - eine automatische Verstärkungssteuereinheit,
• - eine Einheit, die die Frequenzen der Radarsignale in­ nerhalb eines gegebenen Frequenzbandes verzeichnet,
• - einen Detektor, der Änderungen in der Frequenz des Radarsignals wahrnimmt, und
• - eine logische Rechnereinheit, mit deren Hilfe das festgestellte Signal interpretiert werden kann und die Gegenstände gezählt werden können.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaf­ ten Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schema des Aufbaus eines Schmalbandfilters;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der automa­ tischen Folge und Korrektur hinsichtlich ge­ wünschter Frequenzbereiche mit einer Verstärkungs­ steuereinheit;

Fig. 4 ein Schema zur Darstellung des Ortes von Frequenz­ bändern, die zur Korrektur der Amplitude von Sig­ nalen im interessierenden Frequenzbereich benutzt werden.

In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß ein Doppler-Radargerät benutzt wird, um die Anzahl der Personen zu zählen, die sich vor einer Aufzugtür befinden.

Wie Fig. 1 zeigt, wird das vom Doppler-Radar­ gerät 1 kommende Signal von einem Verstärker 2 ver­ stärkt und an einen analogen Bandpaßfilter 3 angelegt. In diesem als Beispiel gewählten Fall arbeitet das Ra­ dargerät im GHz-Bereich, z. B. mit einer Frequenz von 24 GHz. Es gibt aber Doppler-Radargeräte für praktisch jeden denkbaren Frequenzbereich und auch für andere als elektromagnetische Wellen, z. B. Ultraschall-Radar. Das vom Bandpaßfilter 3 erhaltene Signal gelangt an eine automatische Verstärkungssteuereinheit 4, die das Signal so korrigiert, daß es von der Entfernung Radar/Objekt ebenso wie von der Objektgröße unabhängig wird. Dies ge­ schieht ganz einfach dadurch, daß das stärkste empfan­ gene Radarsignal stets auf den gleichen Pegel verstärkt wird. Das Signal jeder sich bewegenden Person wird eins nach dem anderen weiterverarbeitet, und Personen, die an einer bestimmten Stelle zum Halten gekommen sind, kön­ nen außer Acht gelassen werden. Von der automatischen Verstärkungssteuereinheit 4 wird das Signal durch ein digitales Bandpaßfilter 5 an eine Filterbank 6 angelegt, die aus Schmalbandfiltern zusammengesetzt ist, oder an einen Kammfilter. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also das in Fig. 4 gezeigte Frequenzband 12 in eine Vielzahl schmaler Frequenzbänder A bis I unterteilt, wie Fig. 2 zeigt. Durch das Prüfen der in den verschie­ denen Frequenzbändern auftretenden Amplituden und deren Übergang im Verlauf der Zeit von einem Band ins andere kann also der Wert der Beschleunigung oder Verlangsa­ mung einer Person festgestellt werden.

Die Filterbank 6 besteht aus einer frei wählbaren Anzahl von Schmalbandfiltern, die insgesamt einen Geschwindig­ keitsbereich von 0,1 bis 1,0 m/s übergreifen. Diese schmalen Frequenzbänder oder Kanäle sind beispielsweise in einer Anzahl von vier bis sechzehn innerhalb des ge­ wünschten Frequenzbereichs von 5 bis 35 Hz vorgesehen. Die Filterbank 6 kann auf verschiedene Weise verwirk­ licht werden. Als Beispiel ist hier eine moderne Kon­ struktion gewählt, bei der die Schmalbandfilter durch Programmieren eines Signalprozessors mit einer aus paral­ lelgeschalteten Allpaßfiltern zusammengesetzten, 2- komplementären Filterbank verwirklicht sind. Die Theorie dieser Art von Filtern ist seit den frühen achtziger Jahren bekannt, wird aber, weil sie so kompliziert ist, hier nicht im einzelnen beschrieben. Es mag genügen, hier zu erwähnen, daß scharf begrenzte Frequenzkanäle auf diese Weise leicht zu erhalten sind, obwohl sie na­ türlich auch durch Verwendung herkömmlicher Filter ver­ wirklicht werden können.

In dem als Beispiel gewählten Fall wird als Signal von der Filterbank eine pulsierende Wechselspannung von 30 bis 40 Hz ausgesandt und mittels eines Gleichrichters 7 einer Ganzwellengleichrichtung unterzogen und dann an einen Detektor 8 angelegt. Das Ausgangssignal der Filter­ bank stellt eine Abtastfolge der Signale in jedem Fre­ quenzkanal A bis I dar, die mit einer von einem Mikro­ rechner 9 bestimmten Geschwindigkeit übertragen werden. Der Detektor 8 ist ein Tiefpaßfilter, in welchem alles mit Ausnahme derjenigen Komponente ausgefiltert wird, die sich mit einer Frequenz von ca. 3 bis 5 Hz ändert und die die sich im Verlauf der Zeit ändernde Amplitude des Radarsignals wiedergibt und folglich Informationen über die Bewegungen der Personen enthält. Dies Signal wird an den Mikrorechner 9 weitergeleitet, der das vom Detektor 8 kommende Signal interpretiert und feststellt, ob es eine Beschleunigung oder Verlangsamung des sich bewegenden Objekts wiedergibt. Außerdem wird dabei die Anzahl stationärer Objekte auf den neuesten Stand gebracht.

Das Radarsignal kann auch in der Frequenzebene analysiert werden. In diesem Fall wird ein Zeit-Ebene-Signal als Ausgangspunkt benutzt und durch mathematische Transfor­ mation in die Frequenzebene übertragen. Als Beispiel wird eine Fourier-Transformation angewandt. Dazu wird der im Signalprozessor programmierte Filterbankalgorith­ mus durch einen anderen Algorithmus ersetzt, der Rechner darstellt, die die Fourier-Transformation durchführen und die insgesamt das ganze in Frage kommende Frequenz­ band übergreifen. Die Fourier-Transformation ist nicht so gut wie die Filterbank in der Analyse der Beschleuni­ gung und Verlangsamung; andererseits ist aber die Fourier-Transformation besser für stationäre Signale als die Filterbank, die ein unbestimmteres Bild des Fre­ quenzinhalts des Signals gibt.

In den Fällen, in denen die Arbeitsweise der automati­ schen Verstärkungssteuereinheit durch eine starke Fre­ quenzkomponente beeinflußt wird, die unmittelbar außer­ halb des interessierenden Frequenzbereichs liegt, muß damit gerechnet werden, daß das vom Doppler-Radar erhal­ tene Signal eines richtigen Objektes abgeschwächt wird, da die Verstärkungssteuereinheit 4 sich auf die Verstär­ kung des Störsignals konzentriert. Um das zu verhindern, können, wie Fig. 4 zeigt, Frequenzen 10 a und 10 b unter­ sucht werden, die unmittelbar oberhalb und/oder unter­ halb des gewünschten Frequenzbandes 12 liegen. Wenn in diesen Bereichen ein stärkeres Signal erhalten wird als aus dem untersuchten und interessierenden Frequenzbe­ reich, kann das Signal des interessierenden Frequenzbe­ reichs mittels der in Fig. 3 gezeigten Anordnung kor­ rigiert werden. Mit dieser Anordnung wird das Ausgangs­ signal der automatischen Verstärkungssteuereinheit 4 im Verhältnis zum interessierenden Frequenzband mittels Hochpaß-und/oder Tiefpaßfiltern 10 wahrgenommen. Wenn in diesen Bereichen starke Signale beobachtet werden, wird das vermutlich gedämpfte Signal aus dem interes­ sierenden Frequenzband 12 durch ein an die Dynamik der automatischen Verstärkungssteuereinheit 4 angepaßtes Filter 11 geleitet, wodurch das richtige Signal seinen richtigen Wert erhält. Die Störsignale werden im exak­ ten digitalen Bandpaßfilter 5 wirksam ausgeschaltet.

Auf diese Weise können die Eigenschaften der automati­ schen Verstärkungssteuerung in denjenigen Fällen korri­ giert werden, in denen diese Arbeitsweise durch eine starke Frequenzkomponente außerhalb des interessieren­ den Frequenzbereichs beeinträchtigt wird. Meistens reicht es in der Praxis aus, nur die Frequenzen ober­ halb des das Objekt wiedergebenden Frequenzbandes zu beobachten.

Mit der vorstehend beschriebenen Einrichtung werden Per­ sonen wahrgenommen, die vor einer Aufzugtür erscheinen. Für jede sich verlangsamende und stehenbleibende Person wird die Anzahl der auf den Aufzug wartenden Personen um eins erhöht. Wenn eine Person den Raum vor der Tür verläßt, wird die fragliche Zahl um eins verringert. Wenn ein Radargerät gemäß der Erfindung auf jedem Stock­ werk installiert ist, welches von einem Aufzug bedient wird, dann kann die Steuerung des Aufzugs oder einer Aufzuggruppe anhand der für jedes Stockwerk zur Verfü­ gung stehenden Anzahl feststellen, für welches der Stock­ werke der größte Bedarf an Aufzugbedienung besteht. Die Geschwindigkeit der Aufzugbeförderung kann also durch das Optimieren der Folge, in der Rufe bedient werden, erhöht werden. In der Aufzugstechnik sind verschiedene Signalisiersysteme von den Stockwerken zu dem den Aufzug lenkenden Zentralrechner ebenso wie verschiedene der Optimierung dienende Algorithmen bekannt, die hier nicht im einzelnen erläutert werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Zählen von Objekten, bei ­ spielsweise Personen, die sich innerhalb eines gegebe­ nen Bereichs befinden, durch Beobachten ihrer Beschleu­ nigung aus und Verlangsamung in ortsfeste Lage, bei dem die Bewegungen der Objekte mit mindestens einem Doppler- Radargerät (1) durch Beobachten der Doppler-Frequenzen der von den Objekten reflektierten Signale verfolgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppler- Signal von jedem Objekt so verstärkt wird, daß es ein Signal von im wesentlichen gleichbleibender Stärke unab­ hängig von der Entfernung und Größe des Objektes wird, daß die Frequenz des Signals geprüft wird, wobei ein seine Geschwindigkeit änderndes Objekt als ein seine Frequenz änderndes Signal angezeigt wird, welches iden­ tifiziert und je nachdem, ob das Signal eine Beschleuni­ gung oder Verlangsamung des Objekts darstellt, von einer Ziffer, die die Anzahl der in dem Bereich vorhandenen Objekte angibt, subtrahiert oder zu dieser Ziffer ad­ diert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse der Signale vom Doppler-Radargerät in der Zeitebene durch Unterteilen des zu untersuchenden Frequenzbandes in eine Vielzahl schmaler Kanäle (A bis I) mit Hilfe von Filtern (6) durchgeführt wird, wobei ein seine Ge­ schwindigkeit änderndes Objekt und die Art der Ge­ schwindigkeitsänderung anhand des vom Objekt erzeugten Doppler-Signals in Form einer eine Vielzahl aufeinander­ folgender Filterkanäle (A bis I) durchlaufenden Detek­ tion identifiziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse der vom Doppler-Radargerät erhaltenen Signale mittels einer mathematischen Transformation, beispielsweise einer Fourier-Transformation in der Frequenzebene durch­ geführt wird, wobei ein seine Geschwindigkeit änderndes Objekt und die Art der Geschwindigkeitsänderung anhand des vom Objekt erzeugten Doppler-Signals in Form einer variablen Frequenzdetektion identifiziert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits­ weise einer automatischen Verstärkungssteuereinheit (4) mindestens unter Berücksichtigung von Störsignalen kor­ rigiert wird, die unmittelbar oberhalb des zu untersu­ chenden Frequenzbereichs (12) auftreten, wobei das Sig­ nal in dem zu untersuchenden Frequenzbereich (12) mit einem an die Dynamik der automatischen Verstärkungssteu­ erung angepaßten Filter (11) korrigiert wird.

5. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ge­ mäß Anspruch 1 mit mindestens einem Doppler-Radargerät (1) zum Beobachten der Doppler-Frequenzen von von den Objekten reflektierten Signalen, gekennzeichnet durch mindestens die fol­ genden Unteranordnungen:

• - eine automatische Verstärkungssteuereinheit (4),
• - eine Einheit (6), die die Frequenzen von Radarsignalen in einem gegebenen Frequenzbereich (12) verzeichnet,
• - einen Detektor (8), der in der Radarsignalfrequenz auftretende Änderungen identifiziert, und
• - eine Rechnerlogik (9), mit deren Hilfe das wahrgenom­ mene Signal interpretiert und eine Berechnung des Ob­ jektes durchgeführt werden kann.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ zeichnungseinheit (6) aus einer Serie von Schmalbandfil­ tern (A bis I) besteht, die insgesamt das ganze zu prü­ fende Frequenzband (12) überdecken.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmal­ bandfilter (A bis I) durch Programmieren einer aus pa­ rallelgeschalteten Allpaßfiltern bestehenden, 2- komplementären Filterbank im Signalprozessor geschaf­ fen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ zeichnungseinheit (6) aus Rechnern besteht, die Fourier- Transformationen durchführen, welche im Signalprozessor programmiert sind, wobei die Rechner insgesamt das ganze zu untersuchende Frequenzband (12) überdecken.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die automa­ tische Verstärkungssteuereinheit (4) mit mindestens einem Hochbandfilter (10 b) und einem an die Dynamik der Verstärkungssteuereinheit (4) angepaßten Filter (11) versehen ist, mit deren Hilfe mindestens die Störung von Signalen unmittelbar oberhalb des zu untersuchenden Frequenzbereichs korrigiert werden kann.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (8), der in der Frequenz des Radarsignals auftretende Änderungen wahrnimmt, als Tiefpaßfilter ausgebildet ist, an dessen Ausgang ein niederfrequentes Signal erscheint, welches die Amplitudenänderung des Radarsignals anzeigt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechner­ logik (9) aus einem Mikrorechner besteht, mit dessen Hilfe das vom Detektor (8) kommende Signal interpre­ tiert und die Anzahl ortsfester Objekte kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht werden kann.