基于機器視覺的自動扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)研究

馮雙昌，陳杰，歐陽惠卿，薛季愛

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)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(yīng)用于商場、交通樞紐和醫(yī)院等人流量密集場所[1]。自動扶梯給人們帶來便捷服務(wù)的同時，也帶來了許多的安全隱患和風(fēng)險。自動扶梯的梯級和梳齒板之間存在一定的間隙，經(jīng)常有硬幣、螺釘、紐扣、垃圾等異物卡入該間隙，導(dǎo)致自動扶梯設(shè)備受損和人員受傷。據(jù)統(tǒng)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(fā)新裝置或者采取新措施來減少此類事故的發(fā)生[3]。

1 當(dāng)前存在的問題

特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG T7005-2012《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則-自動扶梯和自動人行道》中規(guī)定：當(dāng)有異物卡入，并且梳齒與梯級不能正常嚙合，導(dǎo)致梳齒板與梯級發(fā)生碰撞時，梳齒板保護裝置應(yīng)當(dāng)動作，自動扶梯應(yīng)當(dāng)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(jié)構(gòu)限制，只有當(dāng)有異物卡入較深并導(dǎo)致梳齒與梯級不能正常嚙合且二者發(fā)生碰撞時，梳齒板保護裝置才能發(fā)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(jié)構(gòu)部件存在不同程度變形、老化、動作響應(yīng)遲滯等現(xiàn)象，導(dǎo)致梳齒板保護裝置的觸發(fā)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(fā)現(xiàn)、早清除、早預(yù)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(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 總體方案

隨著計算機技術(shù)和圖像處理理論的飛速發(fā)展，機器視覺在過程監(jiān)測、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[7]。機器視覺系統(tǒng)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(tài)、數(shù)量、尺寸等信息進行各種運算獲取目標特征，最后根據(jù)分析結(jié)果來執(zhí)行控制部件，對現(xiàn)場情況做出反應(yīng)，具有安全可靠、效率高、可在惡劣環(huán)境下長時間工作等優(yōu)點[8]。

為及時發(fā)現(xiàn)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(shè)計了自動扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)。圖1為自動扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案。防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)主要包括采集裝置、控制裝置和預(yù)警裝置。

圖1 自動扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案

2.2 基本結(jié)構(gòu)

圖2所示為自動扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tài)進行采集。在自動扶梯出口和入口正上方分別設(shè)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(tài)進行監(jiān)測。在自動扶梯中部正上方設(shè)置高清相機，全過程跟蹤監(jiān)測異物在梯級上的運行軌跡。

圖2 自動扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

控制裝置通過數(shù)據(jù)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(shù)對視頻信息進行處理、識別和判斷。預(yù)警裝置為語音提示器，分別設(shè)在自動扶梯級的出口和入口處。當(dāng)接收到控制裝置發(fā)來的預(yù)警信息后，發(fā)出語音預(yù)警。

2.3 分級預(yù)警

圖3所示為異物狀態(tài)圖。異物狀態(tài)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(dāng)控制裝置識別到梯級上存在異物時，將預(yù)警信息發(fā)送至預(yù)警裝置和監(jiān)控值班室。預(yù)警裝置通過上語音提示器和下語音提示器發(fā)出語音提醒：在自動扶梯入口處播報“本自動扶梯發(fā)現(xiàn)異常，請勿乘坐”，在自動扶梯出口處播報“本自動扶梯發(fā)現(xiàn)異常，請立即離開”。當(dāng)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(fā)出停梯指令，使自動扶梯停止運行，待值班人員到現(xiàn)場清除異物后方能重新投入運行。

圖3 異物狀態(tài)圖

3 結(jié)語

基于機器視覺研發(fā)的自動扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)，能夠準確識別梯級上出現(xiàn)的異物，及時發(fā)出預(yù)警信號，避免自動扶梯受損和乘客受傷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要優(yōu)點為：1）實現(xiàn)了對自動扶梯異物卡入的全程監(jiān)測、自動識別和主動預(yù)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(yù)警，比以往異物卡入后引發(fā)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(jīng)安裝了監(jiān)控設(shè)備，可在此基礎(chǔ)上進行調(diào)整和升級即可實現(xiàn)防異物卡入的預(yù)警功能，大大縮減經(jīng)費投入。