CN106946109A - 一种基于激光雷达扫描的电梯感应装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于激光雷达扫描的电梯感应装置及方法，包括多线激光雷达、计算机、电梯门、驱动装置、通讯及控制模块。本装置的多线激光雷达与通讯及控制模块同时与计算机通过电气相连。通讯及控制模块与驱动装置通过电气相连。驱动装置与电梯门相连并驱动电梯门。本装置的工作步骤是：多线激光雷达持续对检测区域进行扫描并分割出点簇，根据行人宽度信息的改进型聚类算法，判断是否存在行人的点簇，并把相关检测信息传递给计算机。同时计算机把信息传递给通讯及控制模块。通讯及控制模块将接收到的检测信息和设定的启动阀值做比较得到控制指令，并将控制指令传递给驱动装置，驱动装置控制电梯门连接并驱动电梯门。

Description

一种基于激光雷达扫描的电梯感应装置及方法

技术领域

本发明专利涉及一种电梯感应装置及方法，特别涉及一种基于激光雷达扫描的电梯感应装置。

背景技术

当前，随着时代的进步和发展，高层建筑物的兴起，使得电梯的数量越来越多。而这么多的住宅电梯或是办公楼及宾馆等公用的升降电梯，人们通常花在等电梯的时间非常的多。而当代，人的时间成本越来越高。能够节省人等待电梯的时间，变得越来越重要。如今的社会竞争力强，人们的生活速度越来越快，而长时间等待是当今电梯的一大弊端现象，因此亟待对电梯优化控制的解决。发明专利“一种电梯感应门”(申请号201310371707.9)根据感应传感器装置的原理，当有人在其1米半径区域范围内时开启电梯门。但是这样所等待的时间依然很多，没有明显减少时间成本的效果。此外，对于手提行李箱而无法按上、下电梯按钮的乘客来说也会产生乘电梯不方便的问题。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明的目的在于克服长时间等待电梯而浪费的时间成本。现提供一种通过激光雷达扫描判断是否存在行人的电梯感应装置。

为实现本发明所述的内容，本发明提供了一种激光雷达扫描的电梯感应装置及方法，包括多线激光雷达、计算机、电梯门、驱动装置、通讯及控制模块。所述多线激光雷达与通讯及处理模块同时与计算机通过电气相连。所述通讯及控制模块与驱动装置通过电气相连，所述驱动装置与电梯门相连并驱动电梯门，所述驱动装置包括步进电机控制器及步进电机，所述多线激光雷达、驱动装置固定在电梯门的上方，所述计算机、通讯及控制模块安装在电梯门的附近。

为判别是否存在行人而启动电梯，其工作步骤是：

步骤1)多线激光雷达以低分辨对检测区域进行持续扫描；

步骤2)当虚拟触发线被触动时，多线激光雷达对检测区域以高分辨进行持续扫描，并将激光数据传递给计算机；

步骤3)当步骤2)没有进行时，重复步骤1)；

步骤4)计算机接收激光数据并进行预处理，根据行人宽度信息的改进型聚类算法分割出属于行人的点簇，判断是否存在行人的点簇，并相关检测信息传递给通讯及控制模块；

步骤5)通讯及处理模块将接收到的检测信息进行处理，与设定的启动阀值做比较后得到控制指令，其中启动阀值是指是否存在行人；

步骤6)通讯及处理模块将控制指令传递给步进电机控制器，步进电机控制器控制步进电机的运行，步进电机完成电梯门的开关。

本发明，步骤4)的处理算法是一种优化的聚类算法。由于激光雷达获取的是一个个的数据点，将感兴趣的目标点与背景区别处理，再通过数据分割处理将数据分组，每组表示一个物体。通过聚类的判断规则识别出行人。由于行人检测中，当出现并排走的行人时，会将并排行人聚成一类，而无法对行人进行行为分析。为了解决此问题，因此提供一种根据行人宽度信息的改进型聚类算法。

本发明是一种基于激光雷达扫描的电梯感应装置及方法，该装置不易受环境影响，同时安装简单以及鲁棒性强。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的电路连接图；

其中1是多线激光雷达，2是计算机，3是通讯及处理模块，4是步进电机控制器，5是步进电机，6是电梯门，7是虚拟触发线。

具体实施方式

如图1所示，本具体实施例包括多线激光雷达1、计算机2、通讯及处理模块3、步进电机控制器4、步进电机5、电梯门6、虚拟触发线7。该装置的多线激光雷达1与通讯及处理模块3同时与计算机2通过电气相连，通讯及控制模块3与驱动装置通过电气相连，驱动装置与电梯门6相连并驱动电梯门6，驱动装置包括步进电机控制器4及步进电机5。

本具体实施例的多线激光雷达1、驱动装置固定在电梯门6的上方，所述计算机2、通讯及控制模块3安装在电梯门的附近，同时虚拟触发线7在多线激光雷达1的工作范围内。

本具体实施例的多线激光雷达1是德国IBEO-LUX 2010四线激光雷达。其中计算机2为一台工业控制计算机，具体型号为研华IPC-610L。

本具体实施例中，通讯及处理模块的具体型号是STC89C52，计算机2通过I/O口与STC89C52连接，STC89C52与步进电机控制器4电连接，步进电机控制器4输出脉冲信号控制步进电机5运行。

本具体实施例为实现针对是否存在行人而启动电梯的目标，包含如下工作步骤：

步骤1)多线激光雷达1以低分辨对检测区域进行持续扫描；

步骤2)当虚拟触发线7被触动时，多线激光雷达1对检测区域以高分辨进行持续扫描，并将激光数据传递给计算机2；

步骤3)当步骤2)没有进行时，重复步骤1)；

步骤4)计算机2接收激光数据并进行预处理，根据行人宽度信息的改进型聚类算法分割出属于行人的点簇，判断是否存在行人的点簇，并相关检测信息传递给通讯及控制模块3；

步骤5)通讯及处理模块3将接收到的检测信息进行处理，与设定的启动阀值做比较后得到控制指令，其中启动阀值是指是否存在行人。

步骤6)通讯及处理模块3将控制指令传递给步进电机控制器4，步进电机控制器4控制步进电机5的运行，步进电机完成电梯门6的开关。

本具体实施例中，多线激光雷达1以高分辨率工作时，此时角分辨率是0.1mard，距离分辨率是0.1m以及速度分辨率在10m/s。多线激光雷达1以低分辨率工作时，此时角分辨率是1mard，距离分辨率是1m以及速度分辨率在3m/s。

本具体实施例中，为了划分出行人区域，需要对激光雷达数据聚类。聚类将一帧激光雷达数据分割为几个点簇，其中包含了可能的行人和非行人。聚类的判断规则如下：

本具体实施例中：

本具体实施例中，r_min＝{r_k，r_k+1}，r_k，k+1＝|r_k-r_k+1|为相邻2个激光雷达的距离。φ为激光雷达角分辨率，本文设φ＝0.25°，C0用来调节激光雷达的纵向误差。由经验值给定，这里设C0＝0.001。式(1)的物理含义为：当相邻2个激光雷达距离小于某个阀值时，可以设为同一个物体。

本具体实施例中，由于当行人距离激光雷达远近不同时对应的采集点的数量不同。此时，行人的不同形态也会对采集点的数量产生影响，因此提供一种根据行人宽度信息的改进型聚类算法。行人宽度的计算如下：

w＝(r² _left+r² _right-2r_leftr_rightcosθ)^1/2 (2)

本具体实施例中，rleft、rright分别为某一点集左、右边界上的距离；θ为从左边界到右边界的角度。由于行人的宽度有限。根据经验值，行人宽度一般不大于0.6m，这里将0.6m作为阀值。因此根据行人宽度信息的改进型聚类算法，可以求解得到在激光雷达扫描区域内是否存在行人。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的示例性描述，并非对本发明任何形式上的限制。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于激光雷达扫描的电梯感应装置及方法，包括多线激光雷达、计算机、电梯门、驱动装置、通讯及控制模块，其特征在于，所述多线激光雷达与通讯及处理模块同时与计算机通过电气相连，所述通讯及控制模块与驱动装置通过电气相连，所述驱动装置与电梯门相连并驱动电梯门，所述驱动装置包括步进电机控制器及步进电机，所述多线激光雷达、驱动装置固定在电梯门的上方，所述计算机、通讯及控制模块安装在电梯门的附近。

2.按照权利要求书1所述的一种激光雷达扫描的电梯感应装置及方法，其特征在于，所述多线激光雷达在虚拟触发线启动时进行工作，并且多线激光雷达的光幕与行人垂直，所述虚拟触发线的位置在多线激光雷达的范围之内。

3.按照权利要求书1或2所述的一种激光雷达扫描的电梯感应装置及方法，其特征在于，所述计算机是工业控制计算机或嵌入式微处理器。

4.按照权利要求书1或2或3所述的一种激光雷达扫描的电梯感应装置及方法，其特征在于，本装置为判别是否存在行人，执行以下步骤：

步骤1)多线激光雷达以低分辨对检测区域进行持续扫描；

步骤2)当虚拟触发线被触动时，多线激光雷达对检测区域以高分辨进行持续扫描，并将激光数据传递给计算机；

步骤3)当步骤2)没有进行时，重复步骤1)；

步骤4)计算机接收激光数据并进行预处理，根据行人宽度信息的改进型聚类算法分割出属于行人的点簇，判断是否存在行人的点簇，并相关检测信息传递给通讯及控制模块；

步骤5)通讯及处理模块将接收到的检测信息进行处理，与设定的启动阀值做比较后得到控制指令，其中启动阀值是指是否存在行人；

步骤6)通讯及处理模块将控制指令传递给步进电机控制器，步进电机控制器控制步进电机的运行，步进电机完成电梯门的开关。