基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統，包括視頻監控模塊、數據發送模塊、通信模塊、服務器端數據接收模塊、服務器端圖片庫模塊、服務器端圖像識別模塊、服務器端統計分析模塊以及車輛物聯網控制系統模塊。本發明主要采用數字圖像處理與識別技術，通過相應的圖像處理與識別算法來對候車室視頻檢測圖片的提取和分析判斷，將結果傳送至數據庫中，在數據庫中調取示例圖片進行識別，將分析結果傳送到車輛物聯網控制系統，通過車輛物聯網控制系統調取合適的車廂供乘客乘坐。本發明能動態監測上下班高峰期的人流量，可適當增加該線路的地鐵，以緩解交通壓力，給乘客帶來方便，同時也節省了交通系統的成本和資源。
【專利說明】基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及交通【技術領域】，特別是一種基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統。
【背景技術】
[0002]隨著城市的擁擠，地鐵發揮著重大作用；然而，到上下班高峰期或者節假日，地鐵也時常因為人流量過大而擁堵，一旦擁堵就存在著安全隱患，因此，提出一種能根據人流進行調度的地鐵系統是非常重要的，特別是針對站點無停留地鐵。
[0003]如今地鐵系統:類似于眾多交通系統，在進出站時，停留一段時間，以達到輸送乘客的目的，這很大程度上緩解了地面交通的擁擠問題，一定程度上縮短了乘客到達目的地的時間，提高了交通系統的效率。然而如今的地鐵系統還存在著以下缺點:缺點一:每個站點都需要停留，停留時間由該站點人流量而定，這個過程，浪費大量的時間，時間利用率不聞；缺點 :每個站點停留時間不等，因此，到達站點時沒有精確時間，對時間性要求聞的人群不利；缺點三:由于每個站點人流量不同的問題，很大程度上還需要人工控制保證地鐵安全運行，并需要設置安檢人員，智能性不強，存在安全隱患；缺點四:在地鐵即將關門時刻，會有乘客急需上車或者下車，安檢門存在很高的安全隱患；缺點五:單條軌道不能有效將列車運行以及乘客上下車兩方面分割開來，導致站臺軌道時間占用過長。
[0004]申請號為201120006410.9，名稱為一種無停留地地鐵付費系統，該系統是在乘客地鐵站內進出安檢門時，利用新型科技系統，縮減乘客在付費時候消耗的時間。方案通過將射頻識別技術與電子支付技術結合，為乘客快捷進入閘機處提供了無停留付費，節省了時間。但該方案在結合射頻識別技術和電子支付時，忽略了電子支付過程中存在的隱患。如今，高科技發展迅猛，黑客技術出現頻率較大，一些不法分子利用一些軟件上的漏洞給乘客的銀行賬號帶來一定的風險。
[0005]申請號為03100770.8，名稱為城市公交特快列車，該列車通過大站時全部車廂停車，通過小站時尾部一、二車廂(子車)脫落，同時增加一、二節車廂，與列車(母車)對接。其包括兩條換乘途徑:大站的站臺換乘和車廂之間的連接通道換乘。該方案與傳統列車相比側重點在于運行方式上的創新，有效提高列車平均速度，縮短乘客乘車時間。但該方案首先忽略了乘車起點和終點均為小站且中途無大站時無法進行“正常換乘”的情況，僅僅依據大站和小站來決定列車車廂全部停車或只是尾部一、二節車廂停車，缺少智能監控系統，不能實現列車運行方式的智能化管理。該方案忽視了其提出的系統的復雜性，對于每天上下班的乘客或者旅游的乘客(對該城市比較陌生的乘客)，事先并不知道那一站是大站，那一站是小站，很容易混淆。而且，非全程實現無停留忽視了整個列車系統的機動性和實用性。其次，該方案只是假設車廂之間的機械連接和連接通道可以方便地進行打開/關閉控制，并沒有提出現實中可執行的解決方案，忽視了現實中的可行性。

【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統，其特征在于包括:
一視頻監控模塊，用以在列車進站前一預定時間每隔一周期時間，截取候車室的監控視頻圖片；
一數據發送模塊，將所述監控視頻圖片經一通信模塊發送給服務器端數據接收模塊；一服務器端圖片采集模塊，采集服務器端數據接收模塊的數據發送給一服務器端圖像識別模塊，該服務端圖像識別模塊對接收的數據進行數字圖像處理，得到該時刻圖片的屬性信息；通過判斷該圖像輪廓與數據庫中備份圖片的相似度來進行識別；并調取該圖片中人數信息對比，進而推斷出此刻候車室人數；以及
一服務器端統計分析模塊，根據推斷出的候車室人數，判斷人流量；
當判斷結果為人流量低，則發送“0”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊調取小節車廂，并將“0”發送給下一個車輛控制室；
當判斷結果為人流量中，則發送“ I”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊調取大節車廂，并將“ I ”發送給下一個車輛控制室；
判斷結果為人流量高，則發送“2”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊增加該趟路線地鉄，并調取大節車廂，將“2”發送給下一個車輛控制室；所述下ー個車輛控制室根據接收的信息做好準備工作。
[0007]在本發明一實施例中，所述的無停留地鐵的站臺具有主軌和副軌，該主、副軌道中心線之間的水平間隔為2m，主、副軌道中心線之間的最大高度落差為5m。
[0008]在本發明ー實施例中，所述列車的尾部車廂為可拆卸式；所述大、小節車廂停留在副軌道，在距離主、副軌道分軌點50m處，所述尾部車廂脫離母車，所述大、小節車廂啟動，并在主、副軌道合軌處與所述母車連接。
[0009]在本發明ー實施例中，所述物聯網車輛控制系統模塊能將處理的數據備份到一數據庫中，構成乘客的動態信息以供工作人員參考。
[0010]本發明通過監測人流量動態狀況，分析結果到數據庫，然后通過物聯網車輛控制系統來實時調節交通系統的運行，更具有時效性。在人流量少時，加載小車廂，減少了列車的運行負擔，同時也節省了列車在運行途中的消耗成本，節省資源；當人流量較大時，動態監測上下班高峰期的人流量，可適當增加該線路的地鐵，以緩解交通壓力，給乘客帶來方便，節省了交通系統的成本和資源，同時也為地鐵系統時刻表設計做好準備工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是物聯網車廂控制系統的系統結構框圖。
[0012]圖2是本發明采用基于數字圖像處理與識別技術通過人流量的分析來判斷加載車廂大小的具體流程圖。
[0013]圖3A是站臺軌道俯視示意圖。
[0014]圖3B是圖1中L-L剖視圖。
[0015]圖4是子母車進出站示意圖。
[0016]圖5是子母車時間歷程曲線圖。
[0017]圖6a子母車掛鉤示意圖。[0018]圖6b是子母車掛鉤準備連接狀態示意圖。
[0019]圖6c是子母車掛鉤連接狀態示意圖。
[0020]圖6d是子母車掛鉤解鉤狀態示意圖。
[0021]圖7是列車進出站無停留系統運營具體流程圖。
[0022]圖8是本發明圖像匹配流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖及實施例對本發明做進ー步說明。
[0024]如圖1所示，本實施例提供一種基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統，其特征在于包括:
一視頻監控模塊，用以在列車進站前一預定時間每隔一周期時間，截取候車室的監控視頻圖片；
一數據發送模塊，將所述監控視頻圖片經一通信模塊發送給服務器端數據接收模塊；一服務器端圖片采集模塊，采集服務器端數據接收模塊的數據發送給一服務器端圖像識別模塊，該服務端圖像識別模塊對接收的數據進行數字圖像處理，得到該時刻圖像灰度值和特征信息；通過判斷該圖像信息與數據庫中備份圖片的相似度來進行識別匹配；并調取該圖片中人數信息對比，進而推斷出此刻候車室人數；以及
一服務器端統計分析模塊，根據推斷出的候車室人數，判斷人流量；
當判斷結果為人流量低，則發送“0”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊調取小節車廂，并將“0”發送給下一個車輛控制室；
當判斷結果為人流量中，則發送“ I”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊調取大節車廂，并將“ I ”發送給下一個車輛控制室；
判斷結果為人流量高，則發送“2”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊增加該趟路線地鐵，并調取大節車廂，將“2”發送給下ー個車輛控制室；所述下ー個車輛控制室根據接收的信息做好準備工作。值得ー提的是，本發明中所提到的人流量低、中、高是地鐵系統中的評判標準，由于地鐵站人流的擁擠是由地鐵站本身大小決定，因此只要應用本發明技術的，都可以根據自身地鐵的大小來確定人流低、中、高的數量，其并不是模糊用語，應該是根據地鐵系統的標準而定的。
[0025]較佳的，本系統在實施的請參見圖2，圖2是本發明采用基于數字圖像處理與識別技術通過人流量的分析來判斷加載車廂大小的具體流程圖。本系統主要采用數字圖像處理與識別技術，通過相應的圖像處理與識別算法來對候車室視頻檢測圖片的提取和分析判斷，將結果傳送至數據庫中，在數據庫中調取示例圖片進行識別，將分析結果傳送到車輛物聯網控制系統，通過車輛物聯網控制系統調取合適的車廂供乘客乘坐。具體包括如下步驟:
(I).信息收集與發送部分(S1-S5)
SI，啟動系統，進入S2。
[0026]S2，確定時刻表地鐵進站時刻Tl，進入S3。
[0027]S3，確定時刻T2，即Tl時刻前lmin。此時，加載到該趟地鐵的車廂做好一切準備工作，進入S4。[0028]S4，確定時刻T3，Τ2前30s。并將T3時刻信息發送到車輛控制系統。Τ2至Τ3時間段內，供乘客上車，進入S5。
[0029]S5，在時刻Τ3前3min，候車室通信端視頻監控模塊每隔周期時間(如10s)，截取監控視頻圖片，傳送到服務器端數據庫，進入S6。
[0030](2).圖片集的分析和處理(S6-S11)
S6，在服務器端，對截取圖片進行數字圖像處理，得到該時刻圖像灰度值和特征信息；通過判斷該圖像信息與數據庫中備份圖片的相似度來進行識別匹配，進入S7。
[0031]S7，通過識別技術，可得到與截取視頻圖片信息相同的數據庫備份圖片。并調取該圖片中人數信息，進而推斷出此刻候車室人數。進入S8。其中S6、S7中，請參見圖8，圖像匹配技術主要是基于圖像的灰度值和特征信息。利用數字圖像處理技術分析視頻監控截取圖片的灰度值信息和圖像特征，通過對比灰度值和特征信息匹配出一張數據庫中最接近的圖像，調取數據庫中備份圖片信息(備份圖片信息灰度值與特征信息已知，且人流量狀況映射為一個數據表)，備份圖片的人流量狀況就是此時候車室人流量狀況。
[0032]S8，通過S7結果，可直觀的判斷出該時刻候車室人流量動態狀況:T3時刻前3min，若候車室人數較少，并且人流量動態變化較慢，判斷結果為人流量低；T3時刻前3min，候車室人數較多，并且人流量動態變化很快，判斷結果為人流量中；T3時刻前3min，候車室人數非常多，并且人流量動態變化非常快，判斷結果為人流量高，進入S9。
[0033]S9,控制系統接收指令，判斷分析結果，進入下一步。
[0034]S10，判斷結果為人流量低，則發送“O”到物聯網車輛控制系統，進入S13。
[0035]Sll,判斷結果為人流量中，則發送“I”到物聯網車輛控制系統，進入S14。
[0036]S12，判斷結果為人流量高，則進入高峰期，則發送“2”到物聯網車輛控制系統，進入 S15。
[0037](3).車輛控制系統的過程控制(S13-S17)
S13，車輛控制系統調取小節車廂，并在時刻T3到達候車室，并給下一站車輛控制室發送“0”，進入S16。
[0038]S14,車輛控制系統調取大節車廂，并在時刻T3前30sT4時刻到達候車室，并給下一站車輛控制室發送“1”，進入S16。
[0039]S15，車輛控制系統接收到“2”，則交通系統進入高峰期，通過物聯網車輛控制系統，增加該趟路線地鐵，以緩解此刻人流量負荷壓力，同時，車輛控制系統調取大節車廂，并在時刻T3前30sT4時刻到達候車室，并給下一站車輛控制室發送“2”，進入S16。
[0040]S16，車廂到達候車室后，在保證乘客上車安全的情況下，在T2時刻做好一切準備工作，為地鐵進站做好準備，進入S17。
[0041]S17，下一站的車輛控制室，在接收到本站傳送的數據或者“2”之后，相應的做好準備工作。如果是“0”，則說明是小車廂，該趟列車人流量低；如果是“1”，則說明是大車廂，該趟列車人流量中；如果是“2”，則說明進入人流量高峰期，人流量高，進入緊急狀態，充分做好人流量的接收和準備工作。對于不同的人流量，做好不同的準備安全措施。本次過程結束，返回SI。
[0042]值得一提的是，本發明的系統最適合應用于進出站無停留地鐵系統，下面為了讓一般技術人員更好的理解本發明應用于進出站無停留地鐵系統的效果，這里對進出站無停留地鐵系統的各部分進行詳細說明；本實施例將現有的軌道交通車由一體式改為子母車的形式，具體為將尾部車廂定制為可拆卸式，當車輛到站時，車輛將載有需下車乘客的尾部車廂從母車上脫離，這主要是通過子母車的掛鉤脫開來實現，此后子車逐漸減速至停下，這里為了后續描述的方便，這個過程稱之為下行；與此同時，需要上車的乘客在車站的等待子車上候車，待下行過程開始后，等待子車即啟動運行，開始追逐運行母車，直至追上母車并與其可靠連掛一體，這個過程稱之為上行。本發明需要對站臺進行改進，其是在傳統的単行方向一條軌道的基礎上增加一條副軌，此副軌道只需要布置在進出站范圍內以方便實施，考慮到母車的高速運行，因而在下行過程中子車應能夠較快的制動，上行過程子車應能夠較快的啟動至一定速度追上母車，在緑色經濟時代，較高的提高能量利用率很重要，故而采用副軌道來存儲子車的勢能，在上、下行過程中充分利用動能和勢能的轉換，基于這種想法，站臺軌道形式可參見圖3A和圖3B。請參見圖3A，圖3A為站臺軌道俯視示意圖，該圖中主、副軌道中心線之間的水平間隔為2m，主、副軌道中心線之間的最大高度落差為5m，畐Ij軌道總長度約為100m。
[0043]請參見圖4，圖4是子母車進出站示意圖，圖中分別顯示出下行子母車脫鉤，下行子車減速至停下、上行子車啟動，上行子車連掛母車運行的階段，并且給出其關鍵時刻子母車所處的位置，為整體布局提供依據。
[0044]要說明的是，本發明針對上行時子、母車同步的問題，請參見圖5，本實施例是基于子母車時間歷程曲線來對子母車進行調節，以便在連掛時保持較小的沖擊，保護掛鉤。圖中的0點即對應附圖4中上行子車啟動時刻所處的位置。具體的為:0?8s內，子車以加速度2.25m/s2運行，8?IOs以加速度4m/s2減速，IOs時刻理論上子母車剛好處于同步狀態，此時應做好與母車的連掛工作。
[0045]關于母車掛鉤的形式，為保證子母車可靠的連掛，考慮連掛時的準確性與舒適性。基于此種考慮，子母車的掛鉤形式參見圖6a至圖6d。其工作原理如下:該掛鉤示意圖如圖6a所示，結構主體包括:殼體1、鉤舌2、鉤鎖連接桿3、鉤鎖彈簧4、中心軸5、解鉤風缸6、缺ロ 7等部分。掛鉤的連掛靠一對可旋轉的鉤舌2和鉤鎖連接桿3完成，車鉤縱向カ由鉤舌2和鉤鎖連接桿3承擔。當掛鉤在準備連掛狀態下吋，車輛相對移動，當掛鉤前端面密貼后，鉤鎖連接桿3前端的銷子即卡入對面掛鉤的鉤舌2的缺ロ 7內，形成穩定的，間隙非常小的連接。解鉤時使用解鉤風缸推動鉤舌2使鉤鎖連接桿3的銷子脫離對面鉤舌2的缺ロ7，然后兩節車廂可實現解鉤，解鉤后，在鉤鎖彈簧的作用下鉤舌2和鉤鎖連接桿3回復至準備連掛狀態。三種狀態可見示意圖6lT6d。本車鉤采用全自動形式，在司機室即可操作完成。此外，考慮在同步連掛時可能出現的子車趕不上母車，即在子車、母車速度達到相同但二者之間存在一定的間距時，利用子車掛鉤具有的可伸縮特性以解決這ー問題。本方案中允許的間距容差是0.5m,即在子母車間距0.5m時連掛依然是可進行的。
[0046]值得ー提的是，子、母車車廂內的連通也關系到乘客安全上下車，一般下車的都集中到子車廂，因此，上下車的人需要在子母廂穿行。在字母車廂連通方面:子車與母車通過車鉤連掛在一起吋，通過接觸開關發送信息使得電控自動離合器關閉，從而使得列車操作人員可以打開子母車過道間的安全門，乘客可以自由進出子母車；當子、母車之間的車鉤脫離時，接觸開關發送信息使得電控自動離合器打開，這時子母車過道間的安全門關閉，不可打開，從而保證乘客的安全。[0047]請參見圖7，列車進站方式主要包括如下步驟:
S1.啟動系統，進入S2。
[0048]S2.接收上一站發車信息，列車已正常發車，進入S3。
[0049]S3.接收分軌點前IOOOm處傳感器列車進站信息，分析結果:若列車不能Tl時刻安全抵達，進入S4 ;若列車將于Tl時刻準時安全到達，進入S5。
[0050]S4反饋信息到車輛控制系統，通知乘客，列車已晚點，同時做好相應的安全措施，返回S3。
[0051]S5.上行子車做好準備工作，本站工作人員做好接收工作，進入S6。
[0052]S6.在距離分軌點50m處，下行子車脫離母車，開始減速，并安全通過分軌軌道，安全抵達預設軌道，保證乘客安全下車，下車過程結束，進入S7。
[0053]S7.母車開始減速，降至為36 km/h，進入S8。
[0054]S8.上行子車開始啟動,進入S9。
[0055]S9.母車通過合軌點，合軌處傳感器發送信息，判斷母車是否已通過合軌點監測點。母車已通過，則上行子車可連接，進入SlO ;母車未通過，不能連接，進入Sll。
[0056]S10.母車通過適當減速，上行子車通過合軌點，順利連接，進入S12。
[0057]Sll.上行子車即將到達合軌點時，母車還未能通過合軌點，則暫停本次接軌，返回S8,等待車輛控制系統下一次調節。
[0058]S12.列車安全駛出，發送信息下一站。本次過程結束，返回SI。
[0059]本發明的優點:
1、本發明將物聯網中信息化技術運用到檢測人流量系統中，增強了地鐵系統管理的方便性和智能性。
[0060]2、本發明通過監測人流量動態狀況，分析結果到數據庫，然后通過物聯網車輛控制系統來實時調節交通系統的運行，更具有時效性。在人流量少時，加載小車廂，減少了列車的運行負擔，同時也節省了列車在運行途中的消耗成本，節省資源；當人流量較大時，動態監測上下班高峰期的人流量，可適當增加該線路的地鐵，以緩解交通壓力，給乘客帶來方便，同時，在帶來便捷的同時，也節省了交通系統的成本和資源。
[0061]3、本發明提出了一個新型應對高峰期的狀況設計方案，在數據庫模塊反饋信息過程中，若反饋信息為“2”，則進入高峰期緊急狀態，通過物聯網智能調控更多車輛來滿足乘客人流量的需求。高峰期過后，系統則進入正常狀態。
[0062]4、本發明成功的將圖像識別應用到交通領域，充分發揮了通信技術的高效性。利用周期截取視頻圖片的方式，在較短的時間內實時性的判斷出人流量的動態狀況，并將信息存入數據庫，為以后地鐵系統設計做好參考樣本，同時也為地鐵系統時刻表設計做好準
備工作。
[0063]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統，其特征在于包括: 一視頻監控模塊，用以在列車進站前一預定時間每隔一周期時間，截取候車室的監控視頻圖片；一數據發送模塊，將所述監控視頻圖片經一通信模塊發送給服務器端數據接收模塊；一服務器端圖片采集模塊，采集服務器端數據接收模塊的數據發送給一服務器端圖像識別模塊，該服務端圖像識別模塊對接收的數據進行數字圖像處理，得到該時刻圖片的屬性信息；通過判斷該圖像輪廓與數據庫中備份圖片的相似度來進行識別；并調取該圖片中人數信息對比，進而推斷出此刻候車室人數；以及 一服務器端統計分析模塊，根據推斷出的候車室人數，判斷人流量； 當判斷結果為人流量低，則發送“0”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊調取小節車廂，并將“0”發送給下一個車輛控制室； 當判斷結果為人流量中，則發送“ I”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊調取大節車廂，并將“I”發送給下一個車輛控制室； 判斷結果為人流量高，則發送“2”到物聯網車輛控制系統模塊；物聯網車輛控制系統模塊增加該趟路線地鉄，并調取大節車廂，將“2”發送給下一個車輛控制室；所述下ー個車輛控制室根據接收的信息做好準備工作。
2.根據權利要求1所述的基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統，其特征在于:所述的無停留地鐵的站臺具有主軌和副軌，該主、副軌道中心線之間的水平間隔為2m，主、副軌道中心線之間的最大高度落差為5m。
3.根據權利要求2所述的基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統，其特征在于:所述列車的尾部車廂為可拆卸式；所述大、小節車廂停留在副軌道，在距離主、副軌道分軌點50m處，所述尾部車廂脫離母車，所述大、小節車廂啟動，并在主、副軌道合軌處與所述母車連接。
4.根據權利要求1所述的基于站點無停留地鐵的物聯網車廂調度系統，其特征在于:所述物聯網車輛控制系統模塊能將處理的數據備份到一數據庫中，構成乘客的動態信息以供工作人員參考。
【文檔編號】B61L27/00GK103448757SQ201310461676
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】陳國棟, 李 杰, 黨琪琪, 丁同文 申請人:福州大學