FI73090C - Foerfarande och anordning foer raekning av objekt inom ett visst omraode. - Google Patents

Description

73090

MENETELMÄ JA LAITE TIETYLLÄ ALUEELLA OLEVIEN KOHTEIDEN LASKENTAAN - FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR RÄKNING AV OBJEKT INOM ETT VISST OMRÄDE

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite tietyllä alueella olevien kohteiden, kuten ihmisten, laskentaan niiden paikalta kiihdyttämisen ja paikalle hidastamisen seurannan avulla, jossa menetelmässä kohteiden liikkeitä seurataan ainakin yhdellä doppler-tutkallä tarkkailemalla kohteista heijastuneiden signaalien dopplertaajuuksia.

Suomalaisesta patenttihakemuksesta no. 800954 tunnetaan dopp-ler-tutkaan perustuvan, lähinnä hissioven edessä odottavien henkilöiden lukumäärää laskeva laite. Tässä ratkaisussa lasketaan kahden tutkan avulla kuitenkin vain kohteeseen hidastuvien henkilöiden lukumäärää tarkkailemalla melko karkasti jaettuja nopeusalueita ja matemaattisten mallien avulla. Laite on käyttökelpoisempi, jos tietyllä paikalla olevia kohteita laskiessa voidaan huomioida myös liikkeelle lähteviä kohteita, ilman että joudutaan yhä monimutkaisempiin matemaattisiin malleihin ja olettamuksiin, jotka kasvattavat virhettä laskennan tuloksessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada huomattava parannus tunnettuihin doppler-tutkaratkaisuihin muodostamalla yksinkertaisen, tarkan ja hinnaltaan edullisen liikkuvien kohteiden laskentajärjestelmän. Tämän aikaansaamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaista se, että kunkin kohteen antama dopplersignaali vahvistetaan kohteen etäisyydestä ja koosta riippumattomaksi, olennaisesti voimakkuudeltaan vakiosuurui-seksi signaaliksi, jonka taajuutta tutkitaan siten, että nopeuttaan muuttava kohde ilmaistaan taajuutta muuttavana signaalina, joka tunnistetaan ja riippuen edustaako signaali kohteen kiihdyttämistä tai hidastumista, vähennetään tai lisätään alueella olevien kohteiden lukumäärää osoittavaa lukua.

2 73090

Menetelmän avulla voidaan luotettavasti mitata esim. ihmisten erityyppisiä liikkeitä, kuten niiden pysähtymisiä ja liikkeellelähtöjä tietyllä rajatulla alueella kuten hissiaulassa. Menetelmä perustuu vain yhden doppler-tutkan käyttöön, jolloin saavutetaan taloudellisesti, toiminnallisesti sekä rakenteellisesti järkevä kokonaisratkaisu.

<

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavalle laitteelle, johon laitteeseen kuuluu ainakin yksi doppler-tutka kohteista heijastuneiden signaalien dopplertaajuuksien tarkkailemiseksi, on tunnusomaista se, että laite muodostuu ainakin seuraavista osa-j ärjestelmistä: - automaattisesta vahvistuksen säätöyksiköstä, tietyllä taajuuskaistalla olevien tutkasignaalien taajuuksien rekisteröintiyksiköstä, - tutkasignaalin taajuudessa tapahtuneita muutoksia tunnistavasta ilmaisimesta, sekä laskentalogiikasta, jonka avulla ilmaistu signaali on tulkittavissa ja kohteiden laskenta suoritettavissa.

Keksinnön muille edullisille sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuv. 1 esittää lohkokaaviona menetelmän toteuttavaa laitteistoa,

Kuv. 2 esittää kapeakaistaisten suodattimien rakennetta,

Kuv. 3 esittää lohkokaaviona automaattisen vahvistuksen säädön seurantaa ja korjaamista haluttujen taajuusalueiden osalta,

Kuv. 4 esittää tutkittavan taajuusalueen signaalien amplitudien korjaamiseen käytettävien taajuuskaistojen sijaintia».

3 73090

Seuraavassa tarkastelussa oletetaan, että doppler-tutkaa käytetään ihmisten määrän laskentaan hissioven edustalla. Kuvion 1 doppler-tutkalta 1 tuleva signaali vahvistetaan vahvistimessa 2 ja johdetaan analogiselle kaistanpäästösuodattimelle 3. Tutka toimii esimerkkitapauksessa GHz-alueella, esim. 24 GHz:n taajuudella, mutta doppler-tutkia on kehitetty lähes mille taajuusalueille tahansa, ja myös muita kuin sähkömagneettisia aaltoja varten, kuten esim. ultraäänitutkat. Kaistanpäästösuodat-timelta saatava signaali kulkee automaattiseen vahvistuksen säätöyksikköön 4, joka korjaa signaalin riippumattomaksi tutkan ja kohteen välisestä etäisyydestä sekä kohteen koosta. Tämä tapahtuu yksinkertaisesti vahvistamalla voimakkain vastaanotettu tutkasignaali aina samalle tasolle. Jokaisen liikkuvan henkilön tutkasignaali käsitellään vuorollaan, koska paikalleen pysähtyneet ihmiset voidaan jättää huomiotta. Automaattiselta vahvistuksen säätöyksiköltä signaali johdetaan digitaalisen kaistan-päästösuodattimen 5 kautta kapeakaistaisista suodattimista rakennettuun suodatinpankkiin eli kampasuodattimeen 6. Taajuuskaista 12 {kuv. 4) jaetaan siis tässä suoritusmuodossa useaan kapeaan taajuuskaistaan A-I, kts. kuv. 2, jolloin tutkimalla eri taajuuskaistoissa esiintyviä amplitudeja ja niiden siirtymistä ajan mukana kaistasta toiseen voidaan määrittää henkilön kiihtyvyyden tai hidastuvuuden arvo.

Suodatinpankki koostuu vapaasti valittavasta määrästä kapeakaistaisia suodattimia, jotka yhdessä kattavat nopeusalueen 0.1...1.0 m/s. Kapeita taajuuskaistoja, eli kanavia, on halutulla taajuusalueella (5...35 Hz) esim. 4...16 kpl. Suodatinpankki voidaan toteuttaa monella tavalla, tässä esitetään esimerkinomaisesti modernia ratkaisua, jossa kapeakaistaiset suodattimet on aikaansaatu ohjelmoimalla signaaliprosessoriin 2-komplementäärinen suodatinpankki, joka koostuu rinnan kytketyistä all-pass- suodattimista. Tällaisten suodattimien teoria on tunnettu 80-luvun alusta lähtien, eikä sitä monimutkaisuutensa vuoksi selitetä tässä tarkemmin. Todettakoon vain, että näin saadaan helposti aikaan jyrkästi rajattuja taajuuskanavia, joita toki on mahdollista toteuttaa myös konventionaalisilla suodattimilla.

73090 4

Suodatinpankilta lähtevä signaali, joka muodostuu peräkkäisistä näytteistä kunkin taajuuskanavan A-I signaalista lähetettyinä mikrotietokoneen 9 määräämässä tahdissa, on esimerkkitapauksessa 30-40 Hz sykkivä vaihtojännite, joka kokoaaltotasasuunnataan tasasuuntaajassa 7 ja johdetaan sieltä ilmaisimeen 8. Ilmaisin 8 on alipäästösuodatin, jolla poissuodatetaan kaikki paitsi n.

3-5 Hz taajuudella muuttuva komponentti, joka edustaa ajan mukana muuttuvaa amplitudia tutkasignaalissa, sisältäen siten tiedon ihmisten liikkumisesta. Tämä signaali johdetaan edelleen mikrotietokoneeseen 9, jonka avulla ilmaisimesta 8 tuleva signaali tulkitaan ja tehdään päätelmät kunkin liikkuvan kohteen kiihtyvyydestä tai hidastuvuudesta, sekä päivitetään paikalla olevien kohteiden lukumäärää.

Tutkasignaalia voidaan analysoida myös taajuustasossa, jolloin lähtökohtana käytetään aikatasoista signaalia, joka muunnetaan taajuustasoon matemaattista muunnosta käyttämällä. Esimerkkitapauksessa, jossa käytetään Fourier-muunnosta, korvataan signaaliprosessoriin ohjelmoitu suodatinpankkialgoritmi toisella, joka muodostaa Fourier-muunnosta suorittavia laskimia, jotka yhdessä kattavat koko tarkasteltavan taajuuskaistan. Fourier-muunnos ei ole yhtä hyvä kiihtyvyys- ja hidastuvuusanalysointiin kuin suodatinpankki, mutta vastaavasti Fourier-muunnos on parempi stationääristen signaalien suhteen kuin suodatinpankki, joka antaa epämääräisemmän kuvan signaalin taajuussisällöstä.

Tapauksissa, joissa automaattisen vahvistuksen säätöyksikön toimintaan vaikuttaa voimakas taajuuskomponentti, joka on välittömästi kiinnostavan taajuusalueen ulkopuolella, on odotettavissa, että doppler-tutkalta saatu signaali oikeasta kohteesta on vaimentunut, säätöyksikön 4 keskittyessä häirösignaalin vahvistukseen. Tämän estämiseksi voidaan kuvion 4 mukaisesti tutkia välittömästi halutun taajuuskaistan 12 ylä- ja/tai alapuolella olevia taajuuksia 10a ja 10b, ja mikäli ko. alueilta saadaan amplitudiltaan voimakkaampi signaali kuin tutkittavalta taajuusalueelta, voidaan tutkittavan taajuusalueen signaalia korjata kuvion 3 esittämällä järjestelyllä, jossa automaattisen vahvistuksen säätöyksikön 4 ulostulo tunnistetaan tutkittavaan 5 73090 taajuuskaistaan nähden ylä- ja/tai alakaistasuodattimilla 10 siten, että jos voimakkaita signaaleja niissä havaitaan, niin oletettavasti heikentynyt signaali tutkittavalta taajuuskaistalta 12 johdetaan automaattisen vahvistuksen säätöyksikön 4 dynamiikkaa vastaavan suodattimen 11 kautta, joka siis antaa oikealle signaalille sen oikean arvon. Häiriösignaalit poistetaan tehokkaasti tarkassa digitaalikaistasuodattimessa 5.

Tällä tavalla pystytään korjaamaan automaattisen vahvistuksen säädön ominaisuuksia tapauksissa, joissa sen toimintaan vaikuttaa voimakas kiinnostavan taajuusalueen ulkopuolella oleva taa-juuskomponentti. Käytännössä riittää yleensä, että tarkkaillaan kohteena olevan taajuuskaistan yläpuolella olevia taajuuksia.

Näin ollaan kuvattu järjestelmää, joka toteaa hissin oveen eteen ilmestyviä ihmisiä, ja jokaista tällaista hidastuvaa ja pysähtyvää kohdetta kohden lisätään hissiä odottavien henkilöiden lukumäärää yhdellä. Mikäli joku poistuu oven edestä, vähennetään mainittua lukua yhdellä. Kun keksinnön mukainen tutka asennetaan joka kerrokseen, jossa hissi kulkee, voi hissin tai hissiryhmän ohjausjärjestelmä kerroskohtaisten lukumäärien perusteella päätellä missä kerroksissa on suurin hissipalvelu-tarve, ja siten nopeuttaa hissipalvelua optimoimalla kutsujen palvelujärjestystä. Sekä erilaiset signalointijärjestelmät kerroksista hissiä ohjaavaan keskustietokoneeseen, että erilaiset optimointialgoritmit ovat hissitekniikassa hyvin tunnettuja, joten niitä ei selitetä tässä yhteydessä tarkemmin.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutus-muodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan että ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (11)

73090

1. Menetelmä tietyllä alueella olevien kohteiden, kuten ihmisten, laskentaan niiden paikalta kiihdyttämisen ja paikalle hidastamisen seurannan avulla, jossa menetelmässä kohteiden liikkeitä seurataan ainakin yhdellä doppler-tutkalla (1) tarkkailemalla kohteista heijastuneiden signaalien dopplertaajuuksia, tunnettu siitä, että kunkin kohteen antama dopplersig-naali vahvistetaan kohteen etäisyydestä ja koosta riippumattomaksi, olennaisesti voimakkuudeltaan vakiosuuruiseksi signaaliksi, jonka taajuutta tutkitaan siten, että nopeuttaan muuttava kohde ilmaistaan taajuutta muuttavana signaalina, joka tunnistetaan ja riippuen siitä edustaako signaali kohteen kiihdyttämistä tai hidastumista, vähennetään tai lisätään alueella olevien kohteiden lukumäärää osoittavaa lukua.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että doppler-tutkalta saatavien signaalien analyysi suoritetaan aikatasossa jakamalla tutkittava taajuuskaista useaan kapeaan kanavaan (A-I) suodattimien (6) avulla, jolloin nopeuttaan muuttava kohde ja nopeusmuutoksen laatu tunnistetaan kohteen antamasta dopplersignaalista usean peräkkäisen suodatinka-navan (A-I) läpi kulkevana ilmaisuna.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että doppler-tutkalta saatavien signaalien analyysi suoritetaan matemaattisen muunnoksen, kuten Fourier-muunnoksen avulla, taajuustasossa, jolloin nopeuttaan muuttava kohde ja nopeusmuutoksen laatu tunnistetaan kohteen antamasta dopplersignaalista taajuudeltaan muuttuvana ilmaisuna.

4. Jonkin patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että automaattisen vahvistuksen säädön (4) toimintaa korjataan ainakin välittömästi tutkittavan taajuusalueen (12) yläpuolella esiintyvien häiriÖsignaalien suhteen korjaamalla tutkittavan nopeusalueen (12) signaalia automaattisen vahvistuksen säädön dynamiikkaa vastaavalla suodattimena (11 ). 73090

5. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, johon laitteeseen kuuluu ainakin yksi doppler-tutka (1) kohteista heijastuneiden signaalien dopplertaajuuksien tarkkailemiseksi, tunnettu siitä, että laite muodostuu ainakin seuraavista osajärjestelmistä: - automaattisesta vahvistuksen säätöyksiköstä (4), - tietyllä taajuuskaistalla (12) olevien tutkasignaalien taajuuksien rekisteröintiyksiköstä (6), tutkasignaalin taajuudessa tapahtuneita muutoksia tunnistavasta ilmaisimesta (8), sekä - laskentalogiikasta (9), jonka avulla ilmaistu signaali on tulkittavissa ja kohteiden laskenta suoritettavissa.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että rekisteröintiyksikkö (6) muodostuu sarjasta kapeakaistaisia suodattimia (A-I), jotka yhdessä kattavat koko tarkasteltavan taajuuskaistan (12).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kapeakaistaiset suodattimet (A-I) on aikaansaatu ohjelmoimalla signaaliprosessoriin 2-komplementäärinen suoda-tinpankki, joka koostuu rinnan kytketyistä all-pass- suodatti-mista.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että rekisteröintiyksikkö (6) muodostuu signaaliprosessoriin ohjelmoiduista, Fourier-muunnosta suorittavista laskimista, jotka yhdessä kattavat koko tarkasteltavan taajuuskaistan (12).

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että automaattinen vahvistuksen säätöyksikkö (4) on varustettu ainakin yläkaistasuodattimella (10b) ja vahvistuksen säätöyksikön (4) dynamiikkaa vastaavalla suodattimel-la (11), joiden avulla ainakin välittömästi tutkittavan taajuusalueen yläpuolella esiintyvien signaalien aiheuttamat häiriöt ovat korjattavissa. 8 73090

10. Jonkin patenttivaatimuksen 5-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että tutkasignaalin taajuudessa tapahtuneita muutoksia tunnistava ilmaisin (8) on muodostettu alapäästösuo-dattimesta, jonka ulostulona on tutkasignaalin amplitudimuutos-ta ilmaiseva matalataajuinen signaali.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 5-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että laskentalogiikka (9) muodostuu mikrotietokoneesta, jonka avulla ilmaisimesta (8) tuleva signaali on tulkittavissa ja paikalla olevien kohteiden lukumäärä jatkuvasti päivitettävissä. 73090