CN201181488Y - 公共交通车辆客流采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种公共交通车辆客流采集装置，包括客流统计模块、信息采集模块、传输模块、报站模块。客流计数模块用于对上、下车的客流人数进行统计、存储。信息采集模块用于采集GPS信息进行车辆定位。传输模块用于将客流人数、时间、站点等信息传送给服务终端。报站模块用于自动语音报站。本实用新型的客流统计法不受单方向、单人次的限制，能对一个车门同时双向、两人同时经过的情况下进行客流统计。

Description

公共交通车辆客流采集装置

技术领域

本实用新型涉及自动检测技术，特别是一种公共交通车辆客流采集装置，适用于公交车辆每一站上下车人数的采集。

背景技术

现在城市建设日新月异，城市的格局在不断的变化，旧的小区拆迁、新小区的建立、城市轨道交通发展等都影响着公交的运营线路，公交的运营线路需要经常进行调整以适应城市的发展变化并且提高运营效率。

对公交线路的调整、实现调度的优化都需要以客流统计为基础，现在通常采用人工进行客流统计，实时性差，统计量也比较小，影响了统计的准确性，不能及时有效的调整公交线路。迫切需要引入先进的技术来解决乘客数量统计等问题。

中国专利CN 200520043023公开了一种车辆客流量统计踏板传感器的结构，该踏板传感器的结构包括了L型底板、点阵式压力传感器、防滑垫、罩壳。该专利申请，将点阵压力传感器安装于L型底板上，再作为一个整体置于车辆的进出口阶梯上，解决了点阵式压力传感器在使用环境较差的安装问题。但是，压力传感器件在没有台阶的公交车辆上使用时，计数不可靠。另外，***部件易损坏、可维护性差，由于设备合适的安装位置对于准确计数至关重要，所以安装调试费用也较高。

中国专利CN 200510060288公开了一种基于立体视觉的公交客流统计方法，该发明采用立体视觉装置和算法。立体视觉图像采集设备放置于公交车车门顶端，实时采集乘客上下车图像，处理器采用立体视觉算法对采集到的双目图像进行处理，获取图像深度信息，结合单目图像的处理信息获得乘客头顶部的位置、大小、灰度等信息，再由跟踪部分对获取的乘客头顶部信息实时跟踪，由跟踪结果获知乘客上下车人数。该专利申请，在硬件上，需要采用摄像机等设备，成本较高，在软件上，仅仅对图像提取了人体头部信息，位置、半径、灰度信息交由跟踪算法实施，从而判断客流的运动方向，此种判断方法对摄像机、跟踪算法精确性的依赖程度很高，从技术上难以实施，难以达到较高的分辨率。

中国专利CN 200410155552公开了一种公交车客流量实时统计的方法，在公交车上下车车门上方，垂直向下装有人体红外传感器和红外反射式开关阵列，阵列的每个点由一个人体红外传感器和一个红外反射式开关捆绑组成；人体红外传感器和红外反射式开关感应到的人体信号分别经过多路选择器和信号处理电路进行放大、滤波、比较转换成电脉冲信号，再由CPU的I/O口读入，数据存储在数据存储器中，CPU根据读到阵列感应脉冲的个数和图案按照一定的算法判断上、下车的方向和统计上、下车的人数，最终由CPU的串口把每站上、下车人数发送给车载终端或控制中心。该专利申请的主要特点是采用阵列感应脉冲计数来判断客流数和上下车方向，并未对如何采集图案以及如何图案进行处理提出切实可行方案，因此，仍旧存在精确度较低，误判率较高的缺点。

中国专利CN200420082513公开了一种公共交通车辆客流计数***，该***包括一客流统计模块和一信息采集模块，客流统计模块，用于对上车和下车的客流人数进行统计，信息采集模块将客流人数进行记录、存储、显示。所述客流统计模块进一步包括压力点阵阵列传感器、点阵扫描电路、统计部分微处理器、开关门信号电路、CAN通信接口，压力点阵阵列传感器接收乘客压力信号并将该信号转换为电信号，点阵扫描电路对压力点阵阵列传感器的输出的不同脚形、方向的电信号进行扫描并将其输出到统计部分微处理器，统计部分微处理器对点阵扫描电路输出数字信号进行处理，计算出上/下车人数并通过CAN、通信接口发送出去。该专利申请在硬件上需要采用特制的压力传感阵列，成本较高，而且耐久度有限。软件上通过对点阵扫描电路对压力点阵阵列传感器的输出的不同脚形、方向的电信号进行分析，统计人数。该专利中只是提出根据两只脚之间距离不同，前后脚离开时形状变化趋势不同，并没有给出具体分析算法。所以该方法在多人复杂的情况下难于保证高分辨率和高精度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种公共交通车辆客流采集装置，可以克服现有技术的不足，为公交客流采集提供了价格低、精度高、误判断率低、实时性好的红外光电压力传感器的客流采集装置。

本实用新型公共交通车辆客流采集装置主要包括：客流统计模块、信息采集模块、通讯模块，报站模块。

客流统计模块，用于对上下车的客流人数进行统计并将统计结果进行记录。

信息采集模块，用于对GPS信息和GPRS信息进行采集，并根据GPS信息通过比较当前经纬度信息和各车站经纬度信息来自动确定是否到站。

通讯模块，用于将客流信息、站点信息、时间信息等传输给服务终端。

报站模块，用于进行语音报站。

所述的客流统计模块包括：MCU、2个光电装置、压力踏板、开关门信号电路。2个光电装置安装在车门内部踏步侧前方。压力踏板安放在车辆的第2踏步上，MCU在主控制盒中，光电装置和门信号通过防干扰信号线与MCU的I/O端口P1.4、P1.5、P2.1相连，压力踏板与MCU的两个比较器CP0、CP1正输入端和A/D端口相连。

所述的信息采集模块包括MCU、GPS接收机。MCU和GPS接收模块均安放在主控制盒中，GPS接收天线放于车辆外。GPS和MCU共用车载电源。两者通过RS232通讯。

所述的通讯模块包括MCU、GPRS模块、蓝牙模块。MCU、GPRS模块和蓝牙模块均安放在主控制盒中，共用车载电源。GPRS和蓝牙模块通过RS232与MCU通讯。

所述的报站模块包括MP3播放器、与主控MCU的连接电路。MP3播放器安放在主控制盒内，其通过信号线与主控MCU的3个I/O端口相连。

本实用新型公共交通车辆客流采集装置实现公交客流采集的方法包括的步骤：

1)将一个能采集压力的压力传感器放于车门的2级踏步处。

2)将两个反射型光电传感器放于车门内部踏板侧前方处。

3)主控机与压力传感器、光电传感器连接，获取压力传感器、光电传感器两者所产生的信号。

4)获取门信号，判断是否进入开门状态，开门时进入步骤5)，否则进入步骤6)。

5)开门时根据获取的由压力传感器和光电传感器所产生的中断信号和压力信号，通过人数分析算法(见实施方式中的计数模块)统计乘客人数、方向。返回步骤4)。

6)关门时将乘客人数、时间、站号等信息进行存储并发送给服务终端。并获取GPS信息进行自动寻站。返回步骤4)。

上述步骤5)中所述人数分析算法主要步骤：

(1)门打开，开启比较器CP0上升沿和下降沿中断，开启P1.4和P1.5外部中断。

(2)等待门关闭。

a)当有第一个乘客踏上踏板时，由于MCU比较器CP0压差产生第一个上升沿中断。进入步骤(3)。

b)当第一个乘客走下踏板时，由于MCU比较器CP0压差产生第二个下降沿中断。进入步骤(4)。

c)当踏板上已站上一个乘客这时再由乘客踏上时，由于MCU比较器CP1压差产生第二个上升沿中断。进入步骤(5)。

d)当踏板上由两个乘客其中一人走下踏板时，由于MCU比较器CP1压差产生第一个下降沿中断。进入步骤(6)。

(3)MCU记录光电传感器信号，若有光电变化信号，则记录该乘客为上车方向。开启定时器T0。读取压力值，加上10kg的值输出到D/A端，D/A端与CP1输入负端相连。开启CP1上升沿中断返回步骤(2)。

(4)MCU判断T0所记录时间是否达到100ms，若达到记录人次，若没有达到不记录人次，认为为异常干扰。关闭定时器T0。关闭CP1所有中断。返回步骤(2)。

(5)MCU判断T0所记录时间是否达到50ms，若没有达到，关闭CP1上升沿中断，返回步骤(2)。若达到，MCU记录光电传感器信号，若有光电变化信号，则记录该乘客为上车方向。读取压力值，减少15kg的值输出到D/A端。开启CP1下降沿中断。重新开启定时器T0。返回步骤(2)。

(6)MCU判断T0所记录时间是否达到50ms，若达到记录人次，若没有达到不记录人次，认为为异常干扰。关闭CP1所有中断。返回步骤(2)。

本实用新型结合GPS/GPRS、压力传感技术，红外技术、蓝牙技术。在公车行驶过程中接收GPS传输的信号，与各站点的位置信息进行比较，当达到一定阈值范围内启动语音报站。在开门之后启动压力传感器和红外光电装置，根据红外光电反射和压力参数可以准确分析记录乘客的数量与行进方向。关门后将站点位置、时间和客流信息写入外存，并将检测的站点客流数据通过GPRS发送到调度中心，或者等到车辆回到车场，通过蓝牙技术一次性导入。

本实用新型产品具有如下几个功能：

1.客流计数

本实用新型利用压力传感技术、红外技术对客流数据进行采集。通过压力传感器可以准确分析记录乘客的数量。并且，利用两个红外光电装置和压力传感器结合判断出乘客的行进方向。

2.实时通讯

在GPRS传输方式下，可以进行实时通讯。包括车辆的实时定位监控，采集数据的实时回传，包括车辆的位置信息、速度信息、时间信息、客流信息等。

3.数据的无线传输

本产品的数据传输可以采用两种方式：蓝牙和GPRS。这两种方式都是无线传输的方式。两种特点不同，蓝牙传输距离短，在百米以内，但成本低，不需要附加费用；GPRS不受距离限制，可以进行实时通讯，但传输数据需要附加费用。选择哪种方式可根据客户需求选择。

4.自动报站

本产品结合GPS技术，进行实时准确定位，当车辆进站出站时进行自动报站，完全脱离人工干预。报站器采用了技术比较成熟，而且价格比较低廉的MP3。其特点就是成本低廉，存储容量大而且音质好。

本实用新型与现有技术相比的优点和产生的积极效果：

以往单一的红外式或压力踏板式客流计数方法误差大，不适于公交环境。本实用新型将红外技术、压力传感技术相结合，研发了一种新的客流计数方法。虽然该方法也以压力踏板式为主，但和以往压力踏板式有很大区别。以往的压力踏板式一般都采用简单的开关量的计数方法，这种方法不但不能辨别乘客的行进方向，而且当多个乘客同时站在传感计上时还会发生误差，造成丢失人次的情况。本实用新型利用压力传感器、两个红外光电装置，可以在一定程度上分析出乘客行进方向。并且，本实用新型的最大特点在于两人同时通过踏板情况下也可准确识别出人次。

本实用新型利用GPS技术，获取定位信息，经过修正，能够准确定位到公交各个车站，及时进行报站，并采集每站上下车乘客，进行存储或实时传输。

附图说明

图1本实用新型产品硬件连接框架图。

图2本实用新型产品安装示意图。

图3本实用新型光电传感安装俯视图。

图4本实用新型客流采集装置接线图。

图5本实用新型主控程序的流程图。

图6本实用新型C8051F00X内部比较器结构示意图。

图7本实用新型比较器连接示意图。

图8本实用新型乘客上车示意图。

图9本实用新型比较器中断沿示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明：

本实用新型包括：客流统计模块，用于对上下车的客流人数进行统计并将统计结果进行记录。

信息采集模块，用于对GPS信息和GPRS信息进行采集，并根据GPS信息通过比较当前经纬度信息和各车站经纬度信息来自动确定是否到站。通讯模块，用于将客流信息、站点信息、时间信息等传输给服务终端。报站模块，用于进行语音报站。

客流统计模块包括：MCU、2个光电装置、压力踏板、开关门信号电路。2个光电装置安装在车门内部踏步侧前方，距地面高度约1m处。压力踏板安放在车辆的第2踏步上，MCU在主控制盒中，光电装置和门信号通过防干扰信号线与MCU的I/O端口P1.4、P1.5、P2.1相连，压力踏板与MCU的两个比较器CP0、CP1正输入端和A/D端口相连。

当有乘客遮挡2个光电装置时，其输出的电信号产生改变，MCU检测到后记录用于判断乘客的行进方向。压力踏板接收人体压力信号，并将该信号转化为模拟量的电信号传输给MCU，MCU通过压力所产生的比较器中断信号和压力信号分析乘客的人次和上下车方向，进行记录。开关门信号电路将开关门信号传输给MCU，当有开门信号时开始记录客流人次，关门时停止统计。

信息采集模块具体包括MCU、GPS接收机。MCU和GPS接收模块均安放在主控制盒中，GPS接收天线放于车辆外。GPS和MCU共用车载电源。两者通过RS232通讯。GPS接收机负责接收GPS信号并通过RS232传输给MCU，MCU根据GPS信息确定车辆行驶的当前位置和时间，并判断是否到达站点，到达站点时通知报站模块。

通讯模块具体包括MCU、GPRS模块、蓝牙模块。MCU、GPRS模块和蓝牙模块均安放在主控制盒中，共用车载电源。GPRS和蓝牙模块通过RS232与MCU通讯。GPRS模块和蓝牙模块用于接收服务终端的信息指令，并通过RS232传输给MCU。

报站模块具体包括MP3播放器、与主控MCU的连接电路。MP3播放器安放在主控制盒内，其通过3根信号线与主控MCU的3个I/O端口相连。当信息采集模块确定到达一个站点时，将站号信息通过连接电路传输给MP3播放器，MP3播放器根据所给站号搜寻所对应的音频文件进行播放。

本实用新型的实际应用是一个车载产品，采用单片机作为主控器10；客流计数功能使用传送模拟量的压力传感器20来实现，外接两个红外光电装置30，用以辅助判别乘客行进方向；车辆定位功能通过GPS接收机40来实现；通讯功能则采用GPRS模块50和蓝牙模块60实现；采用MP3播放器70实现自动报站功能；其中要保存一定数量的数据，因此需要通过I./O外接外部存储芯片80；门开关信号电路90产生门开关状态信号。其整体硬件框架图如附图1所示。

客流采集装置的主机可以放到公交车辆前方的仪表盘下面空位，放置方便。另外，两个红外光电盒r1需安装在车辆上下门b1内左侧围栏支架处w1。压力传感踏板安放在第2级踏步t2处。由于公交车辆车型较多，现场环境复杂多样，安装起来较困难。然而通过研究所有公交车辆的共性，本实用新型适合安装到多种车型，非常方便。附图2为厦门金龙某车型的安装示意图。其中一级踏步为t1，车门轴为b2，光电装置支架为r2。附图3为光电传感安装俯视图。另外所有接线均从车盘底座下面通过，不会影响车辆美观，也不会对乘客安全造成影响。附图4为主机与光电装置的连线图，其中SM-5Y、SM-4Y、SM-3Y、SM-2Y分别为5连线端子、4连线端子、3连线端子、2连线端子。h0为与客流采集装置连接端，g0为与外设连接端。dr1、dr2为与光电装置30连接端子。y1为与压力传感器20连接端子。S1为与门开关信号90连接端子。

本实用新型主要包括6个软件功能模块：GPS采集模块，查站模块，通讯模块，存储模块，语音控制模块和计数模块。

开机后主控程序开始运行，首先进行初始化，包括硬件的检测设置及内存单元的分配管理。初始化后进入其它5个模块的调度状态，首先判断计数标志countflag是否置位，若置位调用计数模块开始计数，计数完毕调用存储模块，信息存储完毕返回管理模块。否则，依次调度GPS采集模块、查站模块和通讯模块，3个模块采取分时复用的原则。当查站模块确定到达一站时与报站模块通讯，报站模块进行报站。主控程序根据状态标志进行各场景的切换，保证各模块能够按需求及时运行，也保证模块之间能及时准确的通信，并且通过对各模块的正确管理和资源的合理分配为整个***的安全性提供保障。主控程序的流程如附图5所示。

GPS采集模块主要负责从GPS接收机端接收数据，判断数据的正确性和各数据的意义，并把有用的数据进行存储。GPS接收机每一秒钟传输一次数据包，数据格式采用KODEN BINARY。数据包由包头、数据和包尾3部分组成，其中包头包尾各一个字节，包身24个字节，共26个字节。GPS采集模块首先对传输数据进行判断，当接收到正确的包头标志时将以后的24个字节内容存储到相应的内部缓冲区中，覆盖掉前一次查询到的数据。

查站模块负责查询站点的工作。预先将公车运行线路中的各站点位置信息以表的形式记录下来。位置信息表有两个，一个为上行表table1，一个为下行表(table2)，分别记录上、下行各站点的位置。当GPS采集模块运行完毕后，查站模块启动，首先判断GPS所采集的信息是否可靠，主要根据其星数来判断，当星数大于3颗时可认为信息准确。之后根据现存站号bn判断是否为第一次寻站。若为第一次，调用第一次寻站模块。由于一些特殊原因比如公车出了故障，掉电了等突发状况，起始站点不一定为始发站，因此第一次寻站模块要把GPS所采集的位置信息与两个位置信息表中的所有位置进行比较，当与某一站的经纬度的差值Δs小于70时，确定其到达一站，记录下站号，并设置第二次查站标志sflag。当不是第一次查站时，判断第二次查站标志，若二次标志为1(sflag＝＝1)，调用第二次查站模块。由于第一次查站在特殊情况下可能会发生寻站错误的可能，比如上行站点和下行站点距离较近当GPS信号不太精确时会造成错向定点，上行时定位到了下行站点或者相反。所以第二次查站也需要特殊处理。具体办法是根据第一次查到的站号进行判断查站方式。当站号在上行中时搜索上行下行中的所有站点信息。当站号在下行中时搜索下行中所剩站点和上行中的所有站点。这样就能确保第二次查站的正确性，纠正第一次的错误。当已经查找到两站之后，位置信息表的查找方向也就确定了，在以后的查站过程中就没有必要进行全局搜索了。本可以将GPS所采集的位置信息只和已确定站点的下一站进行比较就可以了，但考虑到GPS接收机受干扰的问题，比如在某一区域干扰较强GPS接收机不能正确接收信号，如果这一区域内正好有一站，那么当查站程序找不到这站以后就会永远也找不到其他站了，因为GPS接收到的数据只是跟没有找到的那站的位置信息进行比较。因此，第二次站点确定以后，每次进行之后5站的比较。这样既避免了特殊情况下发生错误，又节省了寻站时间。

通讯模块主要负责车载***与服务终端的实时通讯，包括采集数据的传输和命令的接收。当向服务终端传送数据时，通讯模块先判断发送哪种类型的数据，根据类型对数据进行封装打包传送。当通讯模块接收到服务终端发送过来的数据时，先根据事先规定好的协议对数据解析，然后决定采取何种行动。当时间片用尽后通讯模块退出。

存储模块负责将有用信息存储到外部存储器上以供以后需要时提取。本实用新型外部存储器使用的是8K的AT26C64 E2PROM，其中16个字节为固定存储区，存储了该***中的一些固定信息，比如车号，当前存储位置等。所以该模块主要由两部分组成，一部分是对E2PROM的读写操作，一部分是存储器的维护包括越界、当前存储位置的保护等。

语音报站器作为一个独立的***存在，语音控制模块其实就是它的管理***。为了能使每一站与正确的音频文件相关联，本实用新型将音频文件以站号作为文件名。这样语音控制模块根据传输来的站号作为文件名搜索所有文件，取得正确的音频文件。启动后，该模块处于等待接受数据状态，当有数据传输过来时，搜索文件，当存在时进行语音播放。当不存在时返回到接收状态。外部按钮功能以中断方式实现。当触发一个中断后进入中断服务程序，进行相应处理，然后改变标志，返回主程序。

计数模块是软件中一个重要模块，其主要功能是统计乘客人次及行进方向。本实用新型采用2个红外光电装置和1个压力传感器来捕获乘客上下车所产生的信号。通过分析这些信号识别乘客人次和行进方向。***中主控MCU采用C8051F00X系列单片机。该系列单片机内部有两个12位DAC和两个比较器。MCU与每个比较器和DAC之间的数据和控制接口通过特殊功能寄存器实现。MCU可以将任何一个DAC或比较器置于低功耗关断方式。C8051F00X内部比较器结构如附图6所示。

可以通过软件设置比较器的回差电压。每个比较器都能在上升沿或下降沿产生中断，或在两个边沿都产生中断。比较器的输出状态可以用软件查询。这些中断能将MCU从等待方式唤醒。并且，可以通过设置交叉开关将比较器的输出接到I/O端口引脚。

DAC为电压输出方式，与ADC使用同一个电压基准。DAC在作为比较器的参考电压或为ADC差分输入提供偏移电压时非常有用。

本实用新型将压力传感器的模拟量输出经过放大连接到MCU的两个比较器的正端输入。比较器CP0的负端输入连接+0.4v电源。比较器CP1的负端输入连接DAC0的输出端。比较器连接如附图7所示。另外，将2个红外光电装置与MCU的外部中断4、5连个引脚相连。当红外光电装置被遮挡时电压改变，MCU产生中断。

当有乘客穿过红外光电装置时产生中断，MCU记录标志信息。乘客踩踏踏板时比较器产生上升沿中断，此时通过以前的标志信息判断乘客的行走方向。因此，通过三点可以准确地判断出乘客的行走方向。

如附图7所示，当压力传感器受力，模拟量输出到比较器0的正输入端，当达到阈值时，比较器产生上升沿中断。产生上升沿中断后，当压力减少到一定阈值时，比较器产生下降沿中断。这样一个上升沿中断和一个相应的下降沿中断就可以描述一个乘客上下车的完整过程。也即可以正确的记录下乘客人次。乘客上车过程如附图8所示。

本实用新型最大的特点就是在一个人站在踏板上的情况下，再有人经过时也可进行准确的识别。当两人踏上踏板时，会产生两个上升沿、两个下降沿，如附图9所示。压力传感器的模拟量输出还与MCU的CP1正输入端和A/D输入端相连。当CP0产生上升沿中断后，MCU由A/D端读入压力值，通过算法确定当前人体的压力，然后通D/A设置CP1的负输入端，开启CP1的上升沿中断。这样当再有人踏上踏板时，压力模拟量输出达到一定阈值，产生CP1的上升沿中断。此时，再次通过读取A/D值，用当前的压力值减去一定值作为CP1新的负输入端的值。开启CP1的下降沿中断。当有人走下踏板时，就会产生CP1的下降沿中断。之后重复以上做法即可在两人不完全同步经过的情况下，对人次进行准确的识别。该方法解决了以前同类产品在一个人站在踏板上时再有人通过时就无法进行计数的问题。

Claims (5)

1、一种公共交通客流采集装置，其特征在于它主要包括：

客流统计模块，用于对上下车的客流人数进行统计并将统计结果进行记录；

信息采集模块，用于对GPS信息和GPRS信息进行采集，并根据GPS信息通过比较当前经纬度信息和各车站经纬度信息来自动确定是否到站；

通讯模块，用于将客流信息、站点信息、时间信息等传输给服务终端；

报站模块，用于进行语音报站。

2、根据权利要求1所述的公共交通客流采集装置，其特征在于所述的客流统计模块包括：MCU、光电装置、压力踏板、开关门信号电路，光电装置安装在车门内部踏步侧前方，压力踏板安放在车辆的第2踏步上，MCU在主控制盒中，光电装置和门信号通过防干扰信号线与MCU的I/O端口P1.4、P1.5、P2.1相连，压力踏板与MCU的两个比较器CP0、CP1正输入端和A/D端口相连。

3、根据权利要求1所述的公共交通客流采集装置，其特征在于所述的信息采集模块包括MCU、GPS接收机，MCU和GPS接收模块均安放在主控制盒中，GPS接收天线放于车辆外；GPS和MCU共用车载电源，两者通过RS232通讯。

4、根据权利要求1所述的公共交通客流采集装置，其特征在于所述的通讯模块包括MCU、GPRS模块、蓝牙模块，MCU、GPRS模块和蓝牙模块均安放在主控制盒中，共用车载电源，GPRS和蓝牙模块通过RS232与MCU通讯。

5、根据权利要求1所述的公共交通客流采集装置，其特征在于所述的报站模块包括MP3播放器、与主控MCU的连接电路，MP3播放器安放在主控制盒内，其通过信号线与主控MCU的3个I/O端口相连。

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