CN113256866A - 城市轨道交通无障碍通行***及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了城市轨道交通无障碍通行***及其实施方法,通过蓝牙智能通信工具,接收蓝牙信号,根据信号强度和蓝牙空间位置信息,得出待通过体的蓝牙位置;再采集加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器的数据,实现对待通过体行径轨迹水平和竖直朝向角的预判,得到待通过体行径的步频,实现对待通过体步长的计算;最后根据蓝牙位置与传感器信息,利用扩展的卡尔曼滤波器对这些数据进行融合,得到待通过体的位置,当待通过***置进入人脸识别模块的工作范围内时,利用人脸识别模块获取及对比信息,验证通过后控制闸门打开,实现轨道交通楼宇内的无障碍通行,特别适用于轨道交通楼宇内的工作人员、合作伙伴等临时进入的特定人群,操作便捷,安全无忧。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通运输智能化技术领域,具体涉及一种城市轨道交通无障碍通行***及其实施方法。
背景技术
近年来,具有运量大、速度快、效率高、能耗低等诸多优势的轨道交通受到越来越多的城市的青睐,国内城市轨道交通进入高速发展时期,不少城市已形成网络化运营格局。随着城市轨道交通线网规模的扩大,城市轨道交通运营管理所需要的工作人员也不可避免地在增加,大量的工作人员分布与城市轨道交通线网的车站、车辆段、办公楼宇等设施内,这些建筑设施的不同区域由门禁或者闸机分隔开,工作人员如若想要经过不同的区域,则需要刷卡,验证成功才能通行,进入其他的区域。然而,无论是闸机的刷卡还是门禁***的刷卡,目前的距离均限制在10cm以内,刷卡过程需要靠近刷卡机器,这会浪费一定的时间,效率有待提高。而且,刷卡***均认卡不认人,无法确保卡主与刷卡人是同一人,不利于城市轨道交通的运营管理。此外,除了城市轨道交通的工作人员,当上级部门的领导来视察或者是同级其他部门的领导来交流时,采用的方法一般是由工作人员统一刷卡,***无法精确识别每一个通过人员,这一点也有待改进。
发明内容
本发明正是针对现有技术中的问题,提供了城市轨道交通无障碍通行***及其实施方法,通过蓝牙智能通信工具,接收n个蓝牙信标的信号,根据信号强度和蓝牙空间位置信息,得出待通过体的蓝牙位置;然后按固定的时间间隔,采集加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器的数据,利用陀螺仪输出的角速度实现对待通过体行径轨迹水平和竖直朝向角的预判;对加速度数据和角速度数据做傅里叶变换,得到待通过体行径的步频;根据加速度的值,实现对待通过体步长的计算;最后根据蓝牙位置与传感器信息,利用扩展的卡尔曼滤波器对这些数据进行融合,得到待通过体的位置,当待通过***置进入人脸识别模块的工作范围内时,人脸识别模块获取待通过体的人脸信息,上传至服务器并进行对比,验证通过后控制闸门打开,在低成本高效率的前提下,实现轨道交通楼宇内的无障碍通行,特别适用于轨道交通楼宇内的工作人员、视察的上级部门领导、交流和工作上的合作伙伴等特定人群,操作便捷,安全无忧。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:城市轨道交通无障碍通行***,其特征在于包括:
蓝牙信标模块,所述蓝牙信标模块用于发送和接收蓝牙信标信号,提供待通过体的蓝牙位置;
用户智能通信模块,所述用户智能通信模块至少包括加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器,分析计算待通过行径信息;
人脸识别模块,所述人脸识别模块至少包括识别模块和控制模块,识别模块用于人脸数据信息的检测、获取、上传和匹配;
服务器模块,所述服务器模块根据蓝牙信标模块提供的蓝牙位置与用户智能通信模块获悉的传感器信息,利用扩展的卡尔曼滤波器对数据进行融合,得到待测体的位置,当待通过体进入人脸识别模块的工作范围内时,结合人脸识别模块的识别结果,控制闸门的开关。
为了实现上述目的,本发明还采用的技术方案是:城市轨道交通无障碍通行***的实施方法,包括如下步骤:
S2,按固定的时间间隔,采集加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器的数据,利用陀螺仪输出的角速度实现对待测体行径轨迹水平和竖直朝向角的预判;对加速度数据和角速度数据做傅里叶变换,得到待测体行径的步频;根据加速度的值,实现对待测体步长l的计算;
S31,对待测***置进行建模,其状态矩阵xk为:
其中,表示待测体行径了k步后的位置坐标;表示待测体行径了k步后的朝向;表示第k步的步长;表示待测体行径了第k步时的水平方向的朝向角的变化量;表示待测体行径了第k步时的竖直方向的朝向角的变化量;为***过程噪声变量;
其量测方程为:
S32,标称轨迹方程的线性化,主要包含两个部分:
将状态方程带入即可得状态转移矩阵:
将量测方程带入即可得量测矩阵:
S33,根据经典卡尔曼滤波的方法进行状态的最优估计:
S331,状态最优估计首先需要做的是状态一步预测:
S332,接下来需要计算几个中间值:
S5,当待通过***置进入人脸识别模块的工作范围内时,人脸识别模块获取待通过体的人脸信息,上传至服务器并进行对比,验证通过后控制闸门打开
作为本案的一种改进,步骤S1进一步包括:
作为本案的另一种改进,所述步骤S2进一步包括:
S21,通过智能通信工具对加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器按固定的时间间隔采集原始数据;
S22,对步骤S21采集到的原始数据进行滤波处理;
S23,利用陀螺仪输出的角速度,解算出智能通信工具的姿态,将其坐标系转换为真实世界的坐标系;
S25,对加速度数据和角速度数据做傅里叶变换,得到乘客走行的步频f;
S26,根据加速度的值,实现对乘客步长l的估计。
为了实现上述目的,本发明还采用的技术方案是:城市轨道交通无障碍通行***的实施方法,包括:
S1,在城市轨道交通楼宇内布置无源蓝牙信标模块;
S2,在楼宇设施内建立三维的空间坐标系,根据蓝牙信标模块所处的位置以及设备的布置情况,建立蓝牙信标数据库与楼宇设施布局数据库,将其存储与服务器模块中;
S7,服务器模块根据待通过体的位置、速度、方向信息,预判即将要经过的人脸识别模块,同时,将该人物的人脸信息提前从人脸识别模块中的数据库提取出来,形成小型的人脸库;
作为本发明的更进一步改进,所述步骤S7中小型人脸库定期清理,将不符合要求的人脸信息剔除。
与现有技术相比,本发明提出了城市轨道交通无障碍通行***及其实施方法,在传统的门禁***、AFC刷卡***效率低下、无法精确到人的情况下,根据楼宇设施情况布置蓝牙信标,通过特定人群智能通信设备中的蓝牙信号,计算蓝牙位置;利用加速度传感器、地磁传感器等获取当前的步频、步长、走行方向等;通过扩展卡尔曼滤波技术对蓝牙信息和传感器信息进行融合,提高定位精度,计算出的位置坐标;再结合楼宇设备的布置情况,对位置坐标进行修正;服务器根据修正后的位置、步频、步长、走行方向等信息,提前将其人脸信息提取出来,缩小人脸信息库,并进行数据对比,实现快速的人脸识别,从而控制闸门的关闭和开启,既满足城市轨道交通特定人群的无障碍通行,符合实际需求,也节约了人力物力,工作效率更高。
附图说明
图1为本发明城市轨道交通无障碍通行***的实施方法的示意图;
图2为本发明城市轨道交通无障碍通行***的实施方法中步骤S15蓝牙三点定位的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例,对本发明进行较为详细的说明。
实施例1
城市轨道交通无障碍通行***的实施方法,本实施例主要用于轨道交通地铁楼宇或站厅内,实施的方法流程如图1所示,具体包括如下步骤:
S1,在轨道交通楼宇内布置无源蓝牙信标模块,一般区域的信标间距控制在5-8m,确保楼内站厅内各点与至少三个信标的距离不大于8m,特殊区域如自动检票机附近的信标间距可以缩小为2-3m左右。
S2,在车站内建立三维的空间坐标系,根据蓝牙信标模块所处的位置以及站厅通道、设备等的布置情况,建立蓝牙信标数据库与站厅布局数据库,将其存储与服务器模块中;蓝牙信标数据库中包括:蓝牙信标的MAC地址、蓝牙信标的空间坐标、蓝牙信标所在的站厅区域和楼层等;站厅布局数据库中包括通道的起点、终点、走向、宽度,站厅区域的范围,栏杆的位置等。
S41,手机App定时采集加速度计、地磁传感器、陀螺仪传感器的数据;
S42,对采集到的传感器原始数据进行滤波处理;
S43,利用陀螺仪输出的角速度,解算出智能手机的姿态,将智能手机的坐标系转换为真实世界的坐标系;
S51,对***进行建模,状态矩阵:
量测方程为:
S52,标称轨迹方程的线性化,主要包含两个部分:
将状态方程带入即可得状态转移矩阵:
将量测方程带入即可得量测矩阵:
S53,根据经典卡尔曼滤波的方法进行状态的最优估计:
状态最优估计首先需要做的是状态一步预测:
接下来需要计算几个中间值:
S54,返回S52,继续下一时刻的计算。
S6,结合服务器中存储的站厅布局信息,将S5中得到的特定人物位置与站厅内可行走的区域进行对比,如果发现位置位于不可进入的区域(如穿墙到了墙的另一侧等),则将其位置进行修正为可达区域内的距离位置最近的点。
S7,服务器模块根据位置、速度、方向等信息,预判一下其即将要经过的人脸识别模块,同时,将该人物的人脸信息提前从人脸数据库中提取出来形成小型的人脸库;
S8,当其行走到人脸模块的摄像头的有效覆盖范围时,人脸模块从中摄像头中提取人脸特征,并将其上传至服务器,服务器与小型数据库进行比对,验证通过后即可通知人脸模块将门或者闸机打开;
S9,服务器模型需要实时对小型数据库进行清理,将不不需要比对的人脸信息剔除,以提高人脸比对效率。
实施例2
城市轨道交通无障碍通行***,包括:
蓝牙信标模块,所述蓝牙信标模块用于发送和接收蓝牙信标信号,提供待通过体的蓝牙位置,该蓝牙信标模块分布于地铁站厅中相对空旷的区域,对于重要的节点,如自动检票机附近、通道分叉附近等,可以密集布置蓝牙信标;其余区域可布置地相对稀疏;
用户智能通信模块,所述用户智能通信模块至少包括加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器,还可以包括用户智能手机上的蓝牙、传感器蓝牙等硬件设备以及适配的软件,用于感知用户所处的环境信息,分析计算待通过行径信息;
人脸识别模块,所述人脸识别模块至少包括识别模块和控制模块,还可以包含摄像机、处理器、网络设备、门禁控制器或者闸机控制器,分布于地铁站厅内的闸机处或者其他楼宇设施的门口处,用于人脸数据信息的检测、获取、上传和匹配;
服务器模块,所述服务器模块根据蓝牙信标模块提供的蓝牙位置与用户智能通信模块获悉的传感器信息,利用扩展的卡尔曼滤波器对数据进行融合,得到待测体的位置,当待通过体进入人脸识别模块的工作范围内时,结合人脸识别模块的识别结果,控制闸门的开关。
该城市轨道无障碍通行***,可设置于地铁、车站等站厅内,通过蓝牙智能通信工具,接收n个蓝牙信标的信号,根据信号强度和蓝牙空间位置信息,得出待通过体的蓝牙位置;然后按固定的时间间隔,采集加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器的数据,利用陀螺仪输出的角速度实现对待通过体行径轨迹水平和竖直朝向角的预判;对加速度数据和角速度数据做傅里叶变换,得到待通过体行径的步频;根据加速度的值,实现对待通过体步长的计算;最后根据蓝牙位置与传感器信息,利用扩展的卡尔曼滤波器对这些数据进行融合,得到待通过体的位置,当待通过***置进入人脸识别模块的工作范围内时,人脸识别模块获取待通过体的人脸信息,上传至服务器并进行对比,验证通过后控制闸门打开,在低成本高效率的前提下,实现轨道交通楼宇内的无障碍通行,特别适用于轨道交通楼宇内的工作人员、视察的上级部门领导、交流和工作上的合作伙伴等临时进入站厅的特定人群使用,更加符合地铁和车站人流量很大的使用环境,操作便捷,安全无忧。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实例的限制,上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.城市轨道交通无障碍通行***,其特征在于包括:
蓝牙信标模块,所述蓝牙信标模块用于发送和接收蓝牙信标信号,提供待通过体的蓝牙位置;
用户智能通信模块,所述用户智能通信模块至少包括加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器,分析计算待通过体行径信息;
人脸识别模块,所述人脸识别模块至少包括识别模块和控制模块,识别模块用于人脸数据信息的检测、获取、上传和匹配,控制模块根据人脸识别结果控制闸机或通道的开放与关闭;
服务器模块,所述服务器模块根据蓝牙信标模块提供的蓝牙位置与用户智能通信模块获悉的传感器信息,利用扩展的卡尔曼滤波器对数据进行融合,得到待测体的位置,当待通过体进入人脸识别模块的工作范围内时,结合人脸识别模块的识别结果,控制闸门的开关。
2.一种城市轨道交通无障碍通行***的实施方法,其特征在于,包括如下步骤:
S2,按固定的时间间隔,采集加速度计、地磁传感器和陀螺仪传感器的数据,利用陀螺仪输出的角速度实现对待测体行径轨迹水平和竖直朝向角的预判;对加速度数据和角速度数据做傅里叶变换,得到待测体行径的步频;根据加速度的值,实现对待测体步长l的计算;
S31,对待测***置进行建模,其状态矩阵xk为:
其中,表示待测体行径了k步后的位置坐标;表示待测体行径了k步后的朝向;表示第k步的步长;表示待测体行径了第k步时的水平方向的朝向角的变化量;表示待测体行径了第k步时的竖直方向的朝向角的变化量;为***过程噪声变量;
其量测方程为:
S32,标称轨迹方程的线性化:
S33,根据经典卡尔曼滤波的方法进行状态的最优估计:
S331,状态一步预测:
S332,中间值计算:
S5,当待通过***置进入人脸识别模块的工作范围内时,人脸识别模块获取待通过体的人脸信息,上传至服务器并进行对比,验证通过后控制闸门打开。
5.如权利要求2所述的城市轨道交通无障碍通行***的实施方法,其特征在于包括如下步骤:
S1,在城市轨道交通楼宇内布置无源蓝牙信标模块;
S2,在楼宇设施内建立三维的空间坐标系,根据蓝牙信标模块所处的位置以及设备的布置情况,建立蓝牙信标数据库与楼宇设施布局数据库,将其存储与服务器模块中;
S7,服务器模块根据待通过体的位置、速度、方向信息,预判即将要经过的人脸识别模块,同时,将该人物的人脸信息提前从人脸识别模块中的数据库提取出来,形成小型的人脸库;
6.如权利要求5所述的城市轨道交通无障碍通行***的实施方法,其特征在于所述步骤S7中小型人脸库定期清理,将不符合要求的人脸信息剔除。
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