站台屏蔽门智能控制系统 【技术领域】
本发明涉及的是一种自动控制技术领域的系统，具体是一种站台屏蔽门智能控制系统。
背景技术
随着我国城市地铁和轻轨交通的快速发展，为了改善乘车环境已经有深圳、上海等城市先后在现有的地铁或轻轨站台上加装屏蔽门。勿容置疑，在地铁或轻轨站台上加装屏蔽门能够达到对站台环境控制系统的节能效果，为乘客提供安全、舒适的乘/候车环境。但是，站台屏蔽门直接面对乘客，是乘客上下车的唯一通道，它的运行方式和可靠性直接关系到车站对乘客所提供的服务质量的好坏，直接关系到乘客上下车的方便性和人身安全。同时，它的工作性能也将直接影响到列车及其整个线路是否能够正常准时运行。从当前上海、深圳等城市已经安装站台屏蔽门的地铁和轻轨车站运行情况看，由于屏蔽门控制系统的设计缺陷已有多起乘客被夹于列车车门与屏蔽门之间，以致乘客伤亡的事件发生。
经对现有技术文献的检索发现，《东方早报》2007年7月20日报道“上海地铁屏蔽门试装探测仪防乘客被夹”中介绍：为了避免乘客伤亡事故，上海地铁屏蔽门试装探测仪，在安装探测仪后，列车车门和站台屏蔽门完全关闭后，设置在两侧的红外线光幕探测仪会自动发射出红外线，形成一道光幕屏障，如果两扇门之间夹有异物阻断光幕，探测仪就会在第一时间终止发车信号。按照设计的工作原理，红外线探测器并非24小时不停地发射光线，平时它处于休眠状态，在每次屏蔽门完成闭合准备发车前，其中的发射器会自动发射7束红外光进行2秒钟扫描。这是一种探测列车车门和站台屏蔽门之间是否“夹有异物阻断光幕”的传感装置，但是，由于该装置由“设置在两侧”的一对红外线发射/接收装置来“形成一道光幕屏障”，这就使得现场安装较为复杂；另一方面，采用红外探测仪最大的不足之处在于：无法识别和区分被夹异物的形态和种类。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种站台屏蔽门智能控制系统，使其能够实时发现列车车门和站台屏蔽门之间是否存在异物，并做出智能化的判断和决策以保障列车的安全准时运行和乘客的舒适安全上下车。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：CMOS摄像头(互补金属氧化物半导体摄像头)、信号处理器、控制器、驱动器，CMOS摄像头将采集到的图像输出到信号处理器；信号处理器，对采集到的图像信号进行A/D转换、增强处理和信息识别，并将识别结果转换成控制指令输出至控制器；控制器，将控制指令和应急控制指令数字信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号送至驱动器；驱动器，将模拟控制信号放大后驱动机械伺服机构，操纵屏蔽门的开或关。
所述的CMOS摄像头，安装于每个屏蔽门上门框、朝向列车一侧，调节俯视角度以保证监视区域处于摄像头的视场范围内。
所述信号处理器包括A/D转换模块、图像增强模块、图像识别模块和存储单元，所述A/D转换模块输入端接收CMOS摄像头采集的模拟图像，将模拟图像信号转换为数字图像信号，并将数字图像信号输出到图像增强模块；所述图像增强模块负责对数字图像信号增强处理，并将增强了的数字图像输出到图像识别模块；所述图像识别模块负责对数字图像的特征信息进行提取，采集站台轨道上停放列车和不停放列车两种状况下图像的特征信息作为基本模板，并存储到存储单元中，同时根据现场图像与模板图像阈值灰度级及其相互间的误差和相关度判据与指标对被采集现场图像分别与存储单元中的两个基本模板进行比对识别，最后将识别结果转化为控制指令输出至控制器；所述存储单元用以存放数字图像及其特征信息，实现图像识别模块对存储单元中数据的读写。
所述信号处理器，具有一个工业以太网接口，以便通过工业以太网与上位机服务器进行信息交互。
所述控制器有两个输入端口，第一输入端口与信号处理器相连，负责接收控制指令，第二输入端口负责接收应急控制指令。
当出现检修停运、消防、战备及其它非正常营运期间的特殊情况时，控制器不接收信号处理器输出的控制指令而直接执行应急控制指令，应急控制指令直接操作屏蔽门的开或关动作；与此同时，CMOS摄像头与信号处理器进入休眠状态直至控制器重新接收到撤销应急控制指令后才停止休眠、恢复激活状态。所述应急控制指令，是指来自系统外的人工直接干预指令，由车站管理人员通过人工直接干预指令生成器向控制器第二输入端口输入应急控制指令，控制器将控制指令数字信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号送至驱动器。所述人工直接干预指令生成器，是指在检修停运、消防、战备及其它非正常营运状态下产生有线开关控制指令或无线开关控制指令的装置，控制器第二输入端口根据人工直接干预指令生成器开关指令输出类型的通信协议配接相应的有线或无线指令接收器。
本发明工作时，首先要对系统初始化，具体如下：①由CMOS摄像头采集站台轨道上停放列车和不停放列车两种状况下的图像输出至信号处理器；②信号处理器通过其内部的A/D转换模块、图像增强模块和图像识别模块对上述两种状况图像进行模/数转换、数字图像增强处理和图像特征信息提取，最终作为两个基本模板存放于信号处理器中的存储单元内，第一基本模板为车站轨道上无列车停放的数字图像及其特征信息，第二基本模板为车站轨道上有列车停放的数字图像及其特征信息，特征信息包括物体边缘线、图像灰度直方图和模板平均灰度；③建立现场图像与模板图像阈值灰度级及其相互间的误差和相关度指标。
初始化完毕之后系统进入运行状态，信号处理器接收由CMOS摄像头实时采集的现场图像，经A/D转换模块转换成数字图像信号送至图像增强模块，经图像增强模块增强处理后的数字图像信号输至图像识别模块，图像识别模块通过对图像信息的提取，并根据现场图像与模板图像阈值灰度级及其相互间的误差和相关度判据与指标对被采集现场图像分别与存储单元中的两个基本模板进行比对识别，最后将识别结果转化为控制指令输出至控制器。控制器将数字控制指令转换为模拟控制指令输出至驱动器，模拟控制指令经驱动器放大后驱动屏蔽门的开/关。
本发明依据系统初始化建立的两个图像基本模板和图像识别相关度判据与指标，通过CMOS摄像头实时采集现场图像并经信号处理器信息处理与判断识别，对列车与屏蔽门之间的实际状况做出判定，最终向控制器与驱动器发出控制指令用以操纵站台屏蔽门的开/关。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)对屏蔽门与列车之间的实际状况做出准确判定；(2)可以准确识别列车的运行状态，识别与判定的准确率均达到了100％，因此，较之现有同类技术，本发明达到了较高的智能化水平，而且系统结构简单、运行可靠性高，保障了乘客上下车的舒适安全和列车的安全准时运行。
【附图说明】
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明信号处理器结构示意图；
图3为本发明中CMOS摄像头实际安装位置图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：CMOS摄像头1、信号处理器2、控制器3、驱动器5，所述CMOS摄像头1将采集到的图像输出到信号处理器2；所述的信号处理器2，对采集到的图像信号进行A/D转换、增强处理和信息识别，并将识别结果转换成控制指令输出至控制器3；所述控制器3，将控制指令数字信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号送至驱动器5；所述驱动器5，将模拟控制信号放大后驱动机械伺服机构，操纵屏蔽门的开或关。
所述CMOS摄像头1，安装于屏蔽门上门框、朝向列车一侧，调节俯视角度以保证监视区域处于摄像头的视场范围内。
所述的CMOS摄像头1，其技术特征基本性能参数如下：①镜头直径为1/3英寸；②感光器件为黑白CMOS；③510×492像素；④清晰度为380TV线；⑤最低照度为2.0lux；⑥光焦为2.9mm；⑦视场角为140°；⑧制式为PAL/NTSC可选；⑨输出电压V
pp＝1.0V，特性阻抗75Ω；⑩电源为200mA/12VDC。
如图2所示，所述信号处理器2包括A/D转换模块8、图像增强模块9、图像识别模块10和存储单元11，信号处理器2的图像输入端口连至A/D转换模块8的输入通道，所述A/D转换模块8将接收到的模拟图像信号转换为数字图像信号，并将数字图像信号输出到图像增强模块9；所述图像增强模块9负责对数字图像信号增强处理，并将增强了的数字图像输出到图像识别模块10；所述图像识别模块10负责对数字图像的特征信息进行提取，采集站台轨道上停放列车和不停放列车两种状况下图像及其特征信息作为基本模板，并存储到存储单元11中，同时根据现场图像与模板图像阈值灰度级及其相互间的误差和相关度判据与指标对被采集现场图像分别与存储单元中的两个基本模板进行比对识别，最后将识别结果转化为控制指令输出至控制器3；所述存储单元11用以存放的数字图像及其特征信息，实现图像识别模块10对存储单元11中数据的读写。
所述信号处理器2，具有一个工业以太网接口以便通过工业以太网与上位机服务器进行信息交互。
所述控制器3有两个输入端口，第一输入端口6与信号处理器相连，负责接收控制指令，第二输入端口7负责接收应急控制指令。
当出现检修停运、消防、战备及其它非正常营运期间的特殊情况时，控制器3不接收信号处理器2输出的控制指令而直接执行应急控制指令，应急控制指令直接操作屏蔽门的开或关动作；与此同时，CMOS摄像头1与信号处理器2进入休眠状态直至控制器3重新接收到撤销应急控制指令后才停止休眠、恢复激活状态。
所述应急控制指令，是指来自系统外的人工直接干预指令，由车站管理人员通过人工直接干预指令生成器4向控制器3第二输入端口7输入应急控制指令，控制器将控制指令数字信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号送至驱动器。
所述人工直接干预指令生成器4，是指在检修停运、消防、战备及其它非正常营运状态时产生有线开关控制指令或无线开关控制指令的装置，控制器3第二输入端口7根据人工直接干预指令生成器4开关指令输出类型的通信协议配接相应的有线或无线指令接收器。
本实施例的整个工作过程如下：
(1)初始化系统，存储两个基本模板，建立相关度判据及其指标，具体步骤是：
①由CMOS摄像头1采集站台轨道上停放列车和不停放列车两种状况下的图像输出至信号处理器2；
②信号处理器2通过其内部的A/D转换模块8、图像增强模块9和图像识别模块10对上述两种状况图像进行模/数转换、数字图像增强处理和图像特征信息提取，最终作为两个基本模板存放于信号处理器2中的存储单元11内，第一基本模板为车站轨道上无列车停放的数字图像及其特征信息，第二基本模板为车站轨道上有列车停放的数字图像及其特征信息；
③建立图像阈值灰度级、误差和相关度判据及其指标。
所述建立图像阈值灰度级，是指对图像图像搜寻灰度曲线双峰之间的谷点，并将其确定为相应图像的灰度级阈值，进而以该阈值作为图像分割的依据，将图像的前景和背景区域分割开来。
所述现场图像与模板相互间的误差，确立＜2.5％为允许误差。
所述模板与现场图像相关度判据从线性空间出发，根据欧氏空间的范数和夹角概念得到第一基本模板矩阵A1和现场图像矩阵B之间的相关度sim1、第二基本模板矩阵A2和现场图像矩阵B的相关度sim2的定义：
sim1=cos∠(A1,B)=A1·B||A1||||B||=A1·BA1·A1B·B]]> 和
sim2=cos∠(A2,B)=A2·B||A2||||B||=A2·BA2·A2B·B]]> 式中，A1＝[a1
x，y]
M×N，A2＝[a2
x，y]
M×N，B＝[b
x，y]
M×N；M和N分别表示矩阵A1、A2和B所代表每帧图像的行数和列数；矩阵中的元素a1
x，y、a2
x，y、b
x，y分别代表各自所对应像素点的灰度值，其脚标x，y表示像素点所处的行列坐标(x，y)；
利用内积定义获得实用判据公式：
sim1=Σx=0M-1Σy=0N-1a1x,y·bx,yΣx=0M-1Σy=0N-1a1x,y2Σx=0M-1Σy=0N-1bx,y2]]> 和
sim2=Σx=0M-1Σy=0N-1a2x,y·bx,yΣx=0M-1Σy=0N-1a2x,y2Σx=0M-1Σy=0N-1bx,y2]]> 本实施例中相关度≥95％为相关度指标。
(2)信号处理器2实时接收由CMOS摄像头1采集的图像；
(3)将由CMOS摄像头1采集的图像经信号处理器2中的A/D转换模块8、图像增强模块9和图像识别模块10连续进行模数转换、图像增强、特征提取和识别计算后，根据现场图像阈值灰度级及其与基本模板之间的误差和相关度判据和指标，对被采集现场图像分别与存储单元11的两个基本模板进行比对识别，最后做出对现场状况的判定；
(4)信号处理器2将判定结果转换成控制指令输出至控制器3；
(5)控制器3将数字控制指令转换为模拟控制量输出至驱动器5；
(6)驱动器5将模拟控制量放大后输出，驱动机械伺服机构用于操纵屏蔽门的开/关。
实施例具体结果如下：
①列车进站前，屏蔽门关闭着，系统准确识别在屏蔽门与轨道之间无异物，因此通知后方列车可以进站；
②列车进站停稳后，先打开车门后开启屏蔽门，完成乘客下/上车后，系统准确识别在屏蔽门与列车之间无异物，因此先关屏蔽门后关车门，列车正常启动离站；
③列车进站前，屏蔽门关闭着，系统准确识别在屏蔽门与轨道之间有异物，立即发送应急控制指令，人工排除异物，并同时通知后方列车暂不可以进站；
④列车进站停稳后，先打开车门后开启屏蔽门，时遇上班高峰、下/上拥堵，当车门关闭后仍有人停留于屏蔽门与列车之间，系统准确识别现状、禁止关闭屏蔽门，并向列车驾驶室和车站监控室发出禁止列车启动离站信号，直至上述状况排除，系统识别确认屏蔽门与列车之间无异物，才关闭屏蔽门、通知列车可以启动离站。
提供反复试验与检测证实本实施例的识别和发送控制指令正确率达100％。
本实施例的有益效果在于：(1)对屏蔽门与列车之间的实际状况进行识别与判定时实现智能化；(2)还可以智能化识别列车的运行状态，识别与判定的准确率均达到了100％，因此，较之现有同类技术，本实施例达到了较高的智能化水平，而且系统结构简单、运行可靠性高，保障了乘客上下车的舒适安全和列车的安全准时运行。