淺析閘機系統的人員檢測與判別技術

張一　高原

摘 要：閘機系統是自動檢票系統的關鍵組成部分，其內部的人員檢測和判別技術，可以實時檢測通過閘口的所有物體和乘客，正確判斷乘客人數，一卡對應一位乘客。簡要介紹了閘機系統的構成，分析了人體通行狀況分類，同時，還闡述了閘機系統的人員檢測和判別技術。

關鍵詞：閘機系統；人員檢測；判別技術；自動檢票系統

中圖分類號：U293.22 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.086

在地鐵系統中，閘機是控制乘客通行的關鍵裝置，乘客刷卡后，閘機系統的人員檢測和識別系統可以快速判斷其是否有效通行，從而準確地閉合或打開閘門。因此，閘機系統的運行狀態在很大程度上關系著整個地鐵交通出行的安全性。所以，應進一步優化閘機系統人員檢測和判別技術，合理配置相關組件，有效地提高閘機系統的可靠性。

1 閘機系統的構成

閘機系統主要由若干傳感器、控制模塊、蜂鳴器、讀卡器、顯示燈、閘門機構和閘機外殼等組成。它的傳感器主要用來檢測閘機通道中乘客的通行狀況，是閘機系統人員檢測和判別的關鍵部分。控制模塊主要負責判別、分析和采集傳感器信號，其決定著閘門的關閉和開啟。

2 人體通行狀況分類

根據人體行為特征、是否攜帶物品和行人數量等，可將人體通過閘機系統的情況分為：①根據胖瘦、高矮、物品在側方、物品在身后、物品在身前、匍匐前進、通行速度（快、慢、正常）、反向進入通道和反向進入又退回等情況，判斷有1人通過；②根據人與人保持一定距離、人與人緊貼等情況，判斷有2人通過。

3 閘機系統中的檢測、判別技術

3.1 傳感器空間布局

人體的身高與各部分的比例有著密切的關系，閘機系統的人員檢測和判別技術可以將人體身高作為關鍵點檢測，從而合理地布局傳感器。首先要分析人體結構的關鍵點特征，根據人體結構數據和人類經驗常識，以人體的肩部、腰部、髖部和膝部作為關鍵點，根據人們的衣著和鞋子修正值、人體結構占身高的比例，計算人體各個關鍵點的離地高度。在此，要重點考慮傳感器的布局范圍，閘機高度約為1 m，檢票機高1 000 mm，寬280 mm，長2 000 mm，那么，傳感器的空間高度布局應小于1 000 mm。由于閘門在整個閘機的中間位置，所以，傳感器寬度布局范圍應為閘機長度的1/2，即1 000 mm，并且傳感器多設置在閘機內側。而我國的女性步長500～800 mm，男性步長550～850 mm，因此，傳感器實際的空間寬度布局應縮小一些，900 mm即可滿足要求。

閘機系統檢測與判別乘客是否通過閘門不能僅靠1個傳感器，可在傳感器S1的水平方向放置另一個傳感器S2，S1與S2之間保持100 mm的距離，避免出現檢測干擾的情況出現。閘門通道內部檢測應考慮衣服因素和人體厚度，傳感器間距應大于250 mm，確保傳感器能準確檢測到乘客的整個行走過程，因此，在700 mm的閘機通道內應至少設置3個傳感器。由于多數乘客都會攜帶物品，所以，可在閘機通道距離地面900 mm的位置設計傳感器S3。在水平方向上，其與S2距離200 mm，S4與S5間距150 mm，依次排列。

3.2 數據采集模塊設計

閘機系統數據采集模塊主要是指基于單片機的數據采集軟件系統和硬件環境。在采集閘機系統數據時，要設置相應的外圍電路和P89V51單片機，用來負責接收和發送光電傳感器信號，實時讀取串口檢測數據并保存。P0和P1口作為傳感器接收端，12 V電源直接與發射端相連，P2口連接狀態指示燈和蜂鳴器實現信息提示和控制報警，并且外圍電路包含程序下載接口、時鐘電路和串口。數據采集模塊與上位機之間要實現信息通信，就要采用RS232接口標準，使用單端通訊的不平衡傳輸方式，最高速率達20 kb/s，傳輸距離約20 m，適合本地設備的點對點通信。數據采集軟件系統將傳感器采集的乘客通行數據信息發送到上位機，進而實現數據分析和處理。

3.3 區域識別

根據通信方向，閘機系統可分為出口、安全區和檢測區。出口是指乘客通過閘機；安全區是為了防止閘機夾傷乘客，傳感器一旦檢測到該區域有乘客，要保持阻擋門處于開啟的狀態；檢測區是用來檢測乘客的通行狀況。根據區域識別理論，乘客的通行是從一個區域進入另一個區域。傳感器S1處于無遮擋狀態，當有乘客通過時，傳感器被遮擋，將傳感器S1，S2，S3，S4所在位置化為一個區域。當其中1個傳感器被遮擋時，則認為有乘客進入檢測區域。

3.4 關鍵點識別

為了簡化傳感器設置數量和空間布局，確保乘客可以安全、快速地通過閘機，彌補區域識別的盲區，應更加清晰地區分物品和人體。在人行走的過程中，高度和寬度基本保持不便，但是，腿部變化明顯，所以，可將人體腿部運動軌跡看作一個扇形。在腿部擺動的過程中，膝關節是運動的定點，踝關節是扇形區域中的活動點，因此，可將踝關節作為傳感器采集的關鍵點。這樣，檢測和識別就會更加容易。

3.5 算法優化

單片機讀取傳感器數據后，以字節的形式發送到上位機，每個數據位分別對應各個傳感器的狀態。假設t時刻，當傳感器的狀態S（i，t）=1時，則表示其被遮擋；當傳感器的狀態S（i，t）=0時，則表示其未被遮擋。這樣，t時刻所有傳感器的狀態為：F（t）=（fi（t）），fi（t）=S（i，t），1≤i<9.當乘客通過閘機通道時，在不同時刻，傳感器的狀態也是不同的，t時刻所有傳感器狀態為：qt=F（t）.t是一個離散數值，設乘客通過閘機通道所需的時間為T，則該序列為：Q=（qt），0≤t

根據人體檢測和識別算法編寫相應的軟件程序，將關鍵點識別和區域識別有效結合起來。以區域識別為基礎實現初步判斷，再用關鍵點識別完成修正，有效地提高了閘機系統人員檢測和識別的準確度。

4 結束語

為了確保閘機系統人員檢測和判別的可靠性，應積極簡化傳感器的布局分布和數量，將區域識別和關鍵點識別技術有效結合起來，進而提高閘機系統的識別率，減少乘客逃票行為。

參考文獻

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[3]文路.基于Virtools的軌道交通閘機系統的研究與實現[D].西安：長安大學，2013.

〔編輯：白潔〕

Abstract： The brake system is a key component of the automatic fare collection system， and its internal personnel detection and identification technology， real-time detection of all objects through the gate and passengers， the right to judge the number of passengers； a card corresponds to a passenger. Briefed gates constitute the system； analyze the situation of human traffic classification， also elaborated gates personnel detection and identification systems technology.

Key words： brake systems； personnel detection； identification technology； automatic fare collection system