基于機器視覺的自動扶梯防異物卡入預警系統研究

馮雙昌，陳杰，歐陽惠卿，薛季愛

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院,上海 200062）

0 引言

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，自動扶梯使用量越來越大，廣泛應用于商場、交通樞紐和醫院等人流量密集場所[1]。自動扶梯給人們帶來便捷服務的同時，也帶來了許多的安全隱患和風險。自動扶梯的梯級和梳齒板之間存在一定的間隙，經常有硬幣、螺釘、紐扣、垃圾等異物卡入該間隙，導致自動扶梯設備受損和人員受傷。據統計，該類事故占自動扶梯事故總量的40%左右[2]。因此非常有必要研發新裝置或者采取新措施來減少此類事故的發生[3]。

1 當前存在的問題

特種設備安全技術規范TSG T7005-2012《電梯監督檢驗和定期檢驗規則-自動扶梯和自動人行道》中規定：當有異物卡入，并且梳齒與梯級不能正常嚙合，導致梳齒板與梯級發生碰撞時，梳齒板保護裝置應當動作，自動扶梯應當自動停止運行。自動扶梯的制造廠家為每臺自動扶梯都配備了梳齒板保護裝置，需要注意的是，受梳齒板保護裝置結構限制，只有當有異物卡入較深并導致梳齒與梯級不能正常嚙合且二者發生碰撞時，梳齒板保護裝置才能發揮作用[4]。

隨著使用頻次和使用時間的增加，在用自動扶梯各結構部件存在不同程度變形、老化、動作響應遲滯等現象，導致梳齒板保護裝置的觸發力進一步增大，有時即使梯級受到嚴重損傷而梳齒板保護裝置依然未能動作[5]。因此，對于自動扶梯梯級上的異物只有做到早發現、早清除、早預防，避免異物卡入梳齒板，才能從根本上杜絕此類事故[6]。

2 基于機器視覺的防異物卡入預警系統的設計

2.1 總體方案

隨著計算機技術和圖像處理理論的飛速發展，機器視覺在過程監測、成品檢驗和質量控制等領域得到了廣泛應用[7]。機器視覺系統就是通過相機、掃描儀等成像裝置捕獲物體的圖像，再將圖像傳送給計算機等圖像處理裝置，通過圖像處理算法對圖像中物體的形態、數量、尺寸等信息進行各種運算獲取目標特征，最后根據分析結果來執行控制部件，對現場情況做出反應，具有安全可靠、效率高、可在惡劣環境下長時間工作等優點[8]。

為及時發現自動扶梯梯級上的異物，防止異物卡入梯級和梳齒板，基于機器視覺設計了自動扶梯防異物卡入預警系統。圖1為自動扶梯防異物卡入預警系統設計方案。防異物卡入預警系統主要包括采集裝置、控制裝置和預警裝置。

圖1 自動扶梯防異物卡入預警系統設計方案

2.2 基本結構

圖2所示為自動扶梯防異物卡入預警系統結構示意圖。利用三部相機作為采集裝置，對自動扶梯梯級上的異物狀態進行采集。在自動扶梯出口和入口正上方分別設置高清相機，對異物到達自動扶梯出入口梳齒相交線處的狀態進行監測。在自動扶梯中部正上方設置高清相機，全過程跟蹤監測異物在梯級上的運行軌跡。

圖2 自動扶梯防異物卡入預警系統結構示意圖

控制裝置通過數據線與采集裝置相連，接收采集裝置傳送來的視頻信息，并基于圖像處理技術對視頻信息進行處理、識別和判斷。預警裝置為語音提示器，分別設在自動扶梯級的出口和入口處。當接收到控制裝置發來的預警信息后，發出語音預警。

2.3 分級預警

圖3所示為異物狀態圖。異物狀態可分為以下3種情況：1）異物在整個梯級上；2）異物未卡入梯級與梳齒板間隙，在梯級與梳齒板相交線處滾動；3）異物卡入梯級與梳齒板間隙，但梯級與梳齒板能夠正常嚙合，梳齒板保護裝置未動作。當控制裝置識別到梯級上存在異物時，將預警信息發送至預警裝置和監控值班室。預警裝置通過上語音提示器和下語音提示器發出語音提醒：在自動扶梯入口處播報“本自動扶梯發現異常，請勿乘坐”，在自動扶梯出口處播報“本自動扶梯發現異常，請立即離開”。當采集裝置識別到自動扶梯上無乘用人員時，控制裝置還會發出停梯指令，使自動扶梯停止運行，待值班人員到現場清除異物后方能重新投入運行。

圖3 異物狀態圖

3 結語

基于機器視覺研發的自動扶梯防異物卡入預警系統，能夠準確識別梯級上出現的異物，及時發出預警信號，避免自動扶梯受損和乘客受傷。與現有技術相比，其主要優點為：1）實現了對自動扶梯異物卡入的全程監測、自動識別和主動預警，提升了自動扶梯的安全水平；2）能夠在異物卡入梯級和梳齒板間隙之前進行預警，比以往異物卡入后引發梳齒板保護裝置動作更加合理、更加安全、更具前瞻性；3）許多自動扶梯附近已經安裝了監控設備，可在此基礎上進行調整和升級即可實現防異物卡入的預警功能，大大縮減經費投入。