具有用於無接觸的乘客車廂監視的傳感器單元的門系統的製作方法

2023-05-28 20:12:26

本發明涉及一種用於公共運輸車輛的門系統，其具有至少一個門開口以及關閉該門開口的門。此外，本申請涉及一種用於監視和控制此類門系統的過程。

門系統特別用於鐵路和公路車輛中，但也用於船隻和飛機上。此類門系統在許多方面被監視並取決於各種各樣的狀況被控制。一方面，必須始終保護上車和下車的乘客的安全，另一方面，門和門翼必須可靠地並且僅在某些情況下打開和關閉。還必須防止人或物體被困在兩個門翼之間或者門翼與門框之間。另外，在公共運輸車輛中，乘客必須始終有機會通過操作開關或按鈕來打開門。同時，必須確保此類按鈕不會在每種情況下啟動打開過程，即，例如當車輛在移動時門保持關閉。

根據本發明，術語門系統還包括上車輔助裝置，諸如滑動踏板和踏板臺階。它們的功能也必須被監視和控制，這是因為例如局部狀況可能會改變。例如，不同車站處的站臺可以在離門開口不同的距離處，這意味著必須以不同方式展開上車輔助裝置。還要確保沒有人或物體被困在上車輔助裝置與站臺之間並且上車輔助裝置不會碰撞人。

針對這些眾多的監視和控制任務，在門系統中使用各種傳感器裝置，諸如：

1.用於操作門的各種按鈕。

2.用於識別障礙物的推桿/開關導軌。這些推桿/開關導軌主要單獨地安裝在主關閉邊緣中，或者還附加地安裝在門或門翼內側的副關閉邊緣中。

3.車輛內部的擋光板以使正在使用的門保持打開(用於控制自動關閉的門)。

4.臺階傳感器(安全墊、應變儀等等)以識別踏板和上車輔助裝置上的負載。

5.臺階系統上的電力條以在延伸臺階時識別與站臺或者與乘客的碰撞。

6.臺階系統中的超聲傳感器以用於測量至站臺的距離並且還測量站臺高度。

上述傳感器系統需要眾多組件、複雜的布線以及仔細的維護和保養。因此完全監視並且令人滿意地控制門系統是必要的、但也是相對昂貴的。

本發明的目的在於提供可合理經濟地執行上述監視和控制任務的門系統。安裝、維護和保養將儘可能簡單和低成本。具體而言，將減少必要組件的數目。本發明的目的還在於提供一種用於監視和控制此類門系統的恰適過程。

根據本發明，該目的由具有關於裝置的獨立權利要求並具有關於過程的獨立權利要求的特性的門系統來達成。

因此，本發明的門系統包括傳感器單元，該傳感器單元三維地並且無接觸地掃描門開口附近的乘客車廂。

本發明的過程包括以下過程步驟：

-用傳感器單元對門道附近的乘客車廂進行無接觸的三維掃描，

-通過評價來自無接觸的三維掃描的讀數來確定對象的距離、形狀和移動。

因此，藉助車輛內部和/或外部的傳感器單元來三維地覆蓋或掃描乘客車廂或乘載空間。該三維掃描可基於已知的光學系統來執行，諸如紅外傳感器、紅外雷射掃描儀、或者具有光學圖像分析的合適的相機系統；超聲掃描也是可能的替換方案。所採集的數據可用於測試門系統和臺階系統與它們的周圍環境之間或者與乘客的可能碰撞。空間中先前定義的點可被用作虛擬按鈕以用於控制門和臺階系統。

有利地，門系統可包括通信元件以用於基於來自傳感器單元的讀數來與乘客進行基於上下文的通信。特別合適的通信元件是揚聲器、監視器或燈。可以僅存在一個通信元件，但是替換地，可同時使用若干不同的元件。在特別簡單的版本中，燈可以用紅色和綠色來表明門是否正在被打開。在更廣泛信息的情況下，揚聲器或監視器可能更適合。通信元件優選地被直接放置在門開口的區域中。

下面，基本上作為如何使用雷射掃描儀單元的示例來描述本發明。然而，也可使用上述替換的傳感器單元而非雷射掃描儀單元。具體而言，在與空間狀況以及對掃描儀結果的評估相關的解釋的情況下，傳感器的類型實際上無關緊要，並且在此類情況下，術語雷射掃描儀單元可被視為所有合適的傳感器的同義詞。

在特別有利的實施例中，傳感器單元由被放置在門開口的區域中的雷射掃描儀單元形成。雷射掃描儀單元生成一種點雲(pointcloud)，經由該點雲在所有三個維度中(即，在方向x、y和z上)掃描乘客車廂。優選地，雷射掃描儀單元使用人眼不可見的紅外光。藉助於所發射的點雲，基於所謂的飛行時間(tof)原理來進行距離測量。這意味著雷射掃描儀發射光脈衝並測量直至相應光脈衝的反射到達的延遲。經由所測量的反射延遲，可估計被掃描的點與傳感器單元之間的距離。每時間單位進行的掃描越多，所測得的距離或者對乘客車廂的監視將會越準確。

掃描的解析度應當足夠大以準確地識別甚至最小的待檢測對象。為了分析結果，傳感器單元包含具有計算機/處理器以及恰適軟體的評估單元。作為替換方案，評估單元也可布置在傳感器單元的外部，例如布置在火車的駕駛員車廂中。

傳感器單元應當被放置成使得可以最佳地掃描乘客車廂並且沒有不需要的元素突出到掃描儀射線中。雖然這些可被傳感器單元忽略，但它們會產生陰影。在兩翼門的情況下，已證明兩個門翼上方的中間位置(即，主關閉邊緣對接在一起的區域中)是特別有利的。從該升高的位置向下輻射點雲。

根據本發明，將點雲安裝在門上方的中間是特別有利的，因為這允許最佳地掃描乘客車廂。在兩翼門在內部空間中的情況下，已證明在門旁邊和上方的布置是特別有利的，因為在中央放置的情況下，門的承載臂將限制雷射掃描儀的視野。

根據本發明，可以使用本發明的傳感器單元來產生虛擬按鈕。這意味著可在任何地方定義其中例如乘客的手移動可被解釋為對按鈕的按壓的區域。如果例如在虛擬按鈕的位置處乘客的手朝雙門翼的門上或者旁邊的粘合標籤或標記的方向移動，則傳感器單元將識別出該移動並釋放針對門的打開或關閉信號。

在校準此類虛擬按鈕時，對象在要生成虛擬按鈕的期望位置處被保持在點雲中。如果該對象保持靜止足夠長時間，並且如果掃描儀僅識別出這個對象，則確定該對象的中點，其位置隨後被用作虛擬按鈕的中點。由於在該校準情況下還測量元素的速度，因此在該區域中不接受太快的對象。在另一步驟中，圍繞該中點定義半徑，這允許確定虛擬按鈕的大小。當該虛擬按鈕被激活時，乘客車廂內部被識別出的所有掃描對象與虛擬按鈕的中點之間的距離被確定。如果對象(諸如乘客的手)與虛擬按鈕的中點之間的距離小於預定的半徑，則虛擬掃描儀被視為激活。優選地，為了進行識別和激活，使用最接近門開口的點雲的區域。這具有如下效果：只有延伸到非常接近門壁或車輛壁的移動才能夠被識別。理想地，乘客必須接觸標籤或標記來激活按鈕。

此類虛擬按鈕的顯著優點在於它們可以被放置和安裝在任何地方。不需要附加的布線，並且可隨時對車輛或對位置作出任何改變。也可以在一個門系統中放置若干個按鈕而沒有任何問題並具有非常小的附加成本。例如，放置用於兒童或輪椅使用者的附加按鈕將是可行的。

在校準傳感器單元和傳感器周圍環境時，掃描並且在考慮容限的情況下存儲雷射單元或雷射掃描儀可見的整個周圍環境。另外，門口的尺寸被集成到校準中以便能夠排除門以外的相關對象(諸如不同的站臺高度)或者適應可能的障礙物。傳感器單元識別被監視的乘客車廂內部的附加對象或元素而沒有任何問題。

例如，傳感器單元耦合到門或門翼並且能夠讀取實際的門或門翼位置。該信息用於監視門翼之間的空間，並且在該應用中可忽略周圍環境。如果僅有一扇門，則緊靠門框內部的區域或者主關閉邊緣與門框之間的間隙被監視。

根據本發明，還可以僅藉助於傳感器單元以獨立於門或門翼的控制裝置或者推導出的門位置或門翼位置的方式來監視門翼之間的空間。

已發現，根據本發明(特別是在使用來自門或門翼的控制裝置的數據時)，還應當掃描門開口前方的區域。這是必要的，因為基於門控制裝置來確定門位置或門翼位置經常不精確並且有誤差。由門的驅動電機的編碼器給出的位置與門翼的主關閉邊緣的實際位置之間可能存在偏差。另外，主關閉邊緣的區域中的門橡膠的變形會留下對於較小的對象(諸如牽狗帶或者甚至手指)而言足夠大的間隙，並且這些間隙未被監視。僅當掃描間隙跟前的區域(即，在門或門翼的前方的區域)時，間隙才被監視。門開口前方的該點雲優選地與門翼交疊。

在本發明的進一步改進中，考慮到虛擬按鈕(特別在繁忙的車站)會變得被較大的對象遮住並且因此無法使用。傳感器單元考慮到這些，並且根據本發明，傳感器單元將經由通信元件給出警告。此類警告可例如通過揚聲器通知直接在相應的門處立即受影響的乘客，或者可以首先將警告給予駕駛員或列車員，其隨後可以將該警告轉達給乘客。

為了避免站在車輛前方的乘客被正在打開的門或門翼所傷，本發明提供了在移動門的範圍內的相關區域也被傳感器單元監視。如果在該範圍內檢測到對象，則生成一信號，該信號可例如用於使門或門翼停止或反向。有利地，還可以在門打開之前生成可用於警告乘客的信號。

本發明的門系統和過程還可用於識別肢體及其位置和速度。通過使用一個或多個點雲，可檢測朝向門開口或遠離門開口的方向的移動速度。這些數據用以得出關於乘客意圖的結論，例如打開門或進入的意圖。

根據本發明，甚至可以檢測並利用在門的區域中的客流移動。實際上，通常習慣於將某些門僅用於下車或僅用於上車。通過識別乘客的移動方向，可阻擋或打開門以使客流在某個方向上移動。如果例如在允許的移動方向上的乘客已通過門，並且沒有其他乘客跟隨在其後，則可直接關閉門以使乘客難以在相反方向上通過門。如果乘客在錯誤方向上朝向該門移動，則倘若沒有人站在移動門附近或者希望下車，就可更快地關閉該門以防止其在錯誤方向上的使用。優選地，還用這種應用來監視門開口前方的空間，並且該空間可例如在站臺或街道的方向上從門延伸直到10m，優選地2至5m。由此，可提早識別乘客，並且提早的反應是可能的。

本發明還適合於例如通過在門的區域中使用揚聲器和/或監視器來進行門系統與乘客之間的交互。掃描乘客車廂有助於向乘客提供基於上下文的信息或者向其警告危險情況。例如，當門將要打開時乘客從內側倚靠在門或門翼上時，可以警告該乘客。這同樣適用於倚靠在門上的幹擾對象。可以保持門關閉直到已移除潛在危險為止。

當乘客遮住虛擬按鈕時類似的情況也適用。在該情況下，可經由揚聲器或監視器或其它信號來指示乘客改變位置以允許再次使用按鈕。

即使當乘客或對象在外部太靠近正在打開的門時，也可以給予警告，並且可以阻止門打開直到該區域沒有障礙物為止。有利地，可以發現站在上車輔助裝置上的人，以使得可以防止或停止上車輔助裝置的收縮。

上述應用的顯著優點在於，在移動門的打開或關閉過程被中斷和/或反向之前，乘客不必與移動門有接觸。在現有技術傳感器(其連接到主關閉邊緣)的情況下，乘客必須已接觸或甚至按壓關閉邊緣或者甚至按壓主關閉邊緣之後才生成信號。此類接觸經常被視為是不令人愉快的並且還會弄髒乘客的衣服。由於對相關乘客車廂的無接觸掃描，有效地避免了這些缺點。

本發明的門系統的實施例或者本發明的監視乘客車廂的過程允許進一步有利的監視和控制可能性。例如，如果門被標記為「有缺陷」並且乘客靠近該門，則可以經由通信裝置(諸如揚聲器系統)向乘客通知門的狀態。這是優點，因為已知乘客經常忽視標籤形式的缺陷通知或者僅當他們看到門不起作用時才注意到這些缺陷通知。當甚至在門關閉之前就要求由於站得太近而防止門關閉的乘客向後站時，可以加快交通並使其更容易。在現有技術傳感器系統的情況下，僅當車輛的駕駛員注意到門有故障時(例如，當門不能關閉時)，駕駛員才要求乘客。當預先識別出乘客的位置時，避免了此類情況。

根據本發明，甚至可以識別出乘客旁邊的自行車並直接檢查該乘客所選擇的入口附近是否有地方可用於自行車。可經由通信系統相應地通知乘客，例如給予他也許應當嘗試替換的入口門的指示。

還可以通知上車乘客關於某輛車中的擁擠程度以及特別是座位的可用性，並經由通信系統告訴他們在哪輛車中仍然有座位可用。

原則上，本發明的門系統和本發明的過程可以通知車輛的駕駛員關於門的移動和使用，以允許他們的最佳控制。具體而言，可提早關閉未使用的門，或者在乘客正在等待下車的情況下可提早釋放自動門。在有暖氣或空調的車輛中，可以儘可能早地關閉門是有利的。在現有技術系統的情況下，駕駛員僅在查看後視鏡時才能控制站臺上或停車站處的乘客，從而取決於駕駛員的集中力和注意力。

根據本發明，可使用車輛外部的三維掃描來識別並報告例如已在踏板上形成的一層雪。

根據本發明，還可以確定門開口與站臺之間的距離並且因此最佳地展開踏板或上車輔助裝置。當該距離在各個車站之間不同時，這是特別的優點。這可以消除對上車輔助裝置自身上的傳感器的需要。

通過使用三維掃描，不僅可以確定通行乘客的速度，而且可以確定其數目，並且可以對乘客的數目進行計數而沒有任何問題。

藉助於恰適的算法，可以近似乘客和對象的形狀和移動。由此，可以將諸如手提箱之類的對象與乘客區分開來。

將參照以下附圖詳細描述本發明的門系統。這些將被理解僅作為第一實施例，並且本發明不限於此。附圖不是按比例繪製的，其中

圖1：作為簡化示意圖從外部示出了本發明的門系統；

圖2：作為簡化示意圖從內部示出了本發明的門系統；

圖3：示意圖示出了虛擬按鈕的功能；

圖4：示意圖示出了對兩個門翼之間的障礙物的監視。

圖1和2示出了用於公共運輸車輛42(見圖5)的門系統20的極大簡化的示意圖。該門系統包括圖1和2中未示出的門開口44，在所示出的實施例中可由具有兩個翼22的門來關閉該門開口44。在門的下方安裝了上車輔助裝置24，該上車輔助裝置24用於幫助乘客上車和下車。例如，該上車輔助裝置24可被設計為摺疊式踏板臺階或踏板。

這兩幅圖還示出了傳感器單元26。傳感器單元26被放置在車輛42的外部、在門翼22上方的中間。在車輛42的內部，傳感器單元26被橫向地放置在兩個門翼22的上方，因為否則承載臂(未示出)可能限制傳感器單元26的視野。原則上，取決於傳感器的類型，傳感器單元26可被放置在任何合適的位置中。

傳感器單元26在要被監視的乘客車廂內部生成點雲，經由該點雲來掃描乘客車廂。為此，傳感器單元26可以例如包括光學傳感器，優選地雷射，特別是紅外雷射。

此外，傳感器單元26包括評估單元(未示出)以評估讀數。該單元可被集成在傳感器單元中或者放置在外部。

此外，圖1和2象徵性地示出了各種不同的通信裝置，即揚聲器50、監視器52和燈54，它們均被放置在門開口44的區域中。

圖3示出了使用本發明的門系統20來產生虛擬按鈕36。虛擬按鈕36模擬將被布線的實際按鈕。為了告訴乘客該虛擬按鈕36被放置在何處，粘合標籤或噴塗符號可指示門區域中的位置。

在校準或放置此類虛擬按鈕36時，對象在虛擬按鈕36的期望位置中被保持在雲點中。如果對象保持靜止足夠長時間，則其位置可被用作虛擬按鈕36的中點38。另外，半徑40被確定並被輸入相關聯的評估軟體中。如果例如乘客的手在所定義的半徑40內通過點雲接近虛擬按鈕36，則該移動被解釋為乘客按壓該虛擬按鈕的意圖。然而，作為乘客手的替換，相應地識別並考慮該區域中的任何對象。

圖4示出了使用本發明的門系統20的另一示例。所示出的是具有門開口44的隱含車輛42。在其前方是處於稍微打開位置的兩個門翼22。第一點雲區域p1監視兩個門翼22之間的空間並受限於此，而忽略其它周圍環境。第二點雲區域p2掃描門翼22跟前的空間並且稍微更寬，從而與門翼22的跨度交疊。如果在所監視或掃描的空間中存在障礙物，則可靠地識別出該障礙物，並且可以中斷門的關閉或移動，或者可以使門自動反向。點雲區域p1由此監視兩個門翼22的主關閉邊緣46之間的空間。對於單扇門，可使用相同的原理；在該情況下，監視僅有的門的主關閉邊緣46與門框之間的空間。

本發明不限於所描述和所描繪的實施例；相反，本發明的門系統20的其它應用是可能的。例如，可以使用光學成像來進行監視而非雷射掃描儀，在該情況下恰適的評估軟體評估移動、形狀和速度。例如，使用具有相應評估程序的視頻相機是可能的。不僅可以經由揚聲器系統，而且可以經由監視器或其它光學信號(諸如警告燈)來與乘客進行通信。當然，還可藉助所描述的過程來監視通道或窗戶而非門開口44。本發明還適合於與其它傳感器元件結合，諸如超聲傳感器。此外，傳感器單元26可被設計並定向成使得不僅在門開口的區域中監視乘客車廂，而且例如可包括明顯更大的區域以便在車輛42的外部進行監視。這有助於對人群及其方向的提早識別，並通過打開或關閉門來對其作出反應。可僅在門的外側、僅在門的內側、並且優選地在門的兩側監視乘客車廂。

根據本發明還可以提供：傳感器單元26或所指派的評估單元與外部顯示器結合。例如，該外部顯示器可以與駕駛員放置在一起或者被放置在控制中心，優選地被放置在車站或者靠近停車站，其中可對傳感器單元26所生成的結果進行評估和進一步處理。