自动扶梯乘客摔倒检测装置和方法与流程

本发明涉及自动扶梯安全，具体涉及一种基于对射传感器和微波传感器融合的自动扶梯乘客摔倒检测装置和方法。

背景技术：

1、自动扶梯在商场、车站、机场等公共场所广泛应用，乘客在乘梯过程中因站立不稳、突发疾病或携带物品失衡等原因发生摔倒的事件时有发生。若不能及时检测并控制扶梯减速停梯，摔倒乘客可能被后续梯级或下游乘客挤压，造成二次伤害。

2、目前针对自动扶梯乘客摔倒检测的现有技术主要包括以下几类：

3、1. 基于计算机视觉/深度学习的摔倒检测方案

4、例如公开号为cn109726750b的专利文献公开了一种乘客摔倒检测装置及其检测方法，其基于图像采集和处理，通过视觉图像分析乘客姿态变化来判断是否发生摔倒。又如公开号为cn108805093b的专利文献公开了一种基于深度学习的手扶电梯乘客摔倒检测方法，通过采集自动扶梯视频图像，利用深度学习模型检测乘客摔倒行为。再如公开号为cn110472473a的专利文献公开了一种基于姿态估计检测扶梯上人跌倒的方法，利用人体姿态估计算法分析人体关键点位置和运动轨迹检测跌倒。

5、上述视觉类方案存在以下缺陷：需要安装高清摄像头并配备边缘计算单元运行图像分析算法，硬件及部署成本高；受光照条件、遮挡、角度等环境因素影响较大，在室外或光线复杂的扶梯场景中鲁棒性不足；采集乘客图像涉及隐私争议；且未涉及检测后联动扶梯控制系统进行减速或停梯。

6、2. 在梯级安装振动/压力传感器的方案

7、例如公开号为cn113916358b的专利文献公开了一种基于振动信号分析的自动扶梯危险监测与响应方法，通过在自动扶梯梯级踏面上设置数据采样设备阵列，采集垂直方向振动信号，利用时域特征值判断物品跌落，利用频域特征值判断人员摔倒。又如公开号为cn107915111b的专利文献公开了一种乘客行为监测方法及装置，通过安装在梯级踏板踩踏面内壁的压力传感器和踩踏面两侧的红外传感器监测乘客行为。

8、上述方案传感器安装在梯级踏板或踢板上，属于循环运动的移动部件，需要为每个梯级解决独立供电和无线通信问题，系统复杂度高、维护困难；振动信号容易被扶梯自身机械振动所干扰，误报率较高；且仅侧重行为监测和视觉警示，未涉及摔倒后的控梯减速/停梯。

9、3. 基于红外类物理传感器的乘客检测方案

10、例如公开号为cn104058325a的专利文献公开了一种自动扶梯安全预警系统，采用对射式红外线传感器安装在自动扶梯两侧，当有乘客进入时红外线被遮挡，系统检测到乘客存在并发出预警信息。又如公开号为kr102308850b1的韩国专利文献公开了一种自动扶梯和移动步道的安全运行控制装置，在扶梯出口侧两侧栏杆下部对向安装红外传感器，结合载荷传感器，根据检测结果控制扶梯运行速度。

11、上述方案使用对射式红外传感器仅检测乘客有无（二值检测），无法识别乘客摔倒等姿态变化；红外传感器仅安装在出口处用于检测乘客下梯状态，非全程监测；且不具备摔倒识别功能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于对射传感器和微波传感器融合的自动扶梯乘客摔倒检测装置和方法，所述装置和方法在不采集乘客图像、无隐私争议的前提下，利用两种基于不同物理原理的传感器（光束遮挡 vs 多普勒效应）互相验证，显著提高系统可靠性，降低误报率，并提供多种融合策略以适应不同应用场景，同时联动扶梯控制系统实现分级响应的减速停梯。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种自动扶梯乘客摔倒检测装置，包括：对射传感器、微波雷达传感器和摔倒判别控制器；

3、至少两层所述对射传感器安装在自动扶梯两侧内侧板上、沿竖向分层布置，其中上层对射传感器（h1）的安装高度距梯级踏面800mm～1000mm，下层对射传感器（h3）的安装高度距梯级踏面100mm～200mm；

4、所述微波雷达传感器安装在自动扶梯内侧板上，被配置为利用多普勒效应检测覆盖区域内乘客的运动速度和运动方向；

5、摔倒判别控制器，其同时与所述对射传感器和所述微波雷达传感器电气连接，被配置为：基于所述对射传感器的遮挡状态时序信号进行第一摔倒判别；基于所述微波雷达传感器输出的运动速度和运动方向信号进行第二摔倒判别；

6、依据所述第一摔倒判别和第二摔倒判别的结果，按预设融合策略输出最终的摔倒判定结果并据此控制自动扶梯运行。

7、优选地，所述摔倒判别控制器被配置为采用以下任一种融合策略：

8、高灵敏度模式：所述第一摔倒判别和所述第二摔倒判别中任一判定摔倒时即触发减速停梯响应；

9、分级响应模式：所述第一摔倒判别和所述第二摔倒判别中任一判定摔倒时触发减速和声光报警，两者均判定摔倒时触发减速停梯响应；

10、高可靠性模式：所述第一摔倒判别和所述第二摔倒判别均判定摔倒时才触发减速停梯响应。

11、优选地，所述对射传感器沿自动扶梯运行方向间隔设置有多组，相邻两组之间的间距为1～3个梯级间距；所述微波雷达传感器沿自动扶梯运行方向每隔约2m安装一个。

12、优选地，所述摔倒判别控制器被配置为：

13、所述第一摔倒判别为：当上层对射传感器（h1）遮挡状态在预设时间窗口（t_th）内由被遮挡变为未遮挡、且下层对射传感器（h3）保持被遮挡状态时，判定发生摔倒；

14、所述第二摔倒判别为：当检测到人体向下的运动速度变化率超过预设加速度阈值（a_th）、且运动方向为沿扶梯向下、且运动速度超过预设速度阈值（v_th）、且持续时间超过预设最短持续时间（t_min）时，判定发生摔倒。

15、优选地，所述预设时间窗口（t_th）为0.5s～2s；所述预设加速度阈值（a_th）≥1m/s²，所述预设速度阈值（v_th）>0.5 m/s且大于梯级运行速度，所述预设最短持续时间（t_min）为0.3s。

16、优选地，所述摔倒判别控制器与自动扶梯控制系统连接，被配置为在输出摔倒判定结果后向自动扶梯控制系统发出减速停梯指令，以使自动扶梯控制系统通过变频器按预设减速度曲线控制主驱动电机减速并制动。

17、本发明还一种自动扶梯乘客摔倒检测方法，包括以下步骤：

18、步骤s1，在自动扶梯两侧内侧板上沿竖向分层安装至少两层对射传感器，使上层对射传感器（h1）的安装高度距梯级踏面800mm～1000mm、下层对射传感器（h3）的安装高度距梯级踏面100mm～200mm；并在自动扶梯内侧板上安装微波雷达传感器；

19、步骤s2，实时采集各层对射传感器的遮挡状态信号，和微波雷达传感器信号，微波雷达传感器利用多普勒效应持续检测覆盖区域内乘客的运动速度和运动方向；

20、步骤s3，基于所述对射传感器的遮挡状态时序信号进行第一摔倒判别，并基于所述微波雷达传感器输出的运动速度和运动方向信号进行第二摔倒判别；

21、步骤s4，依据所述第一摔倒判别和所述第二摔倒判别的结果，按预设融合策略输出最终的摔倒判定结果；

22、步骤s5，根据所述最终的摔倒判定结果控制自动扶梯减速并停止。

23、优选地，步骤s4中，所述预设融合策略为以下任一种：

24、高灵敏度模式：所述第一摔倒判别和所述第二摔倒判别中任一判定摔倒时即触发减速停梯响应；

25、分级响应模式：所述第一摔倒判别和所述第二摔倒判别中任一判定摔倒时先触发减速和声光报警，两者均判定摔倒时再触发减速停梯响应；

26、高可靠性模式：所述第一摔倒判别和所述第二摔倒判别均判定摔倒时才触发减速停梯响应。

27、优选地，步骤s3中，所述第一摔倒判别包括：

28、监测上层对射传感器（h1）的遮挡状态是否在预设时间窗口（t_th）内由被遮挡变为未遮挡；

29、当上层对射传感器（h1）在所述预设时间窗口内由被遮挡变为未遮挡、且下层对射传感器（h3）保持被遮挡状态时，判定发生摔倒。

30、优选地，步骤s3中，所述第二摔倒判别包括：

31、当检测到人体向下的运动速度变化率超过预设加速度阈值（a_th）、且运动方向为沿扶梯向下、且运动速度超过预设速度阈值（v_th）、且持续时间超过预设最短持续时间（t_min）时，判定发生摔倒。

32、优选地，所述预设时间窗口（t_th）为0.5s～2s。

33、优选地，所述预设加速度阈值（a_th）≥1 m/s²，所述预设速度阈值（v_th）>0.5 m/s且大于梯级运行速度，所述预设最短持续时间（t_min）为0.3s。

34、优选地，所述对射传感器沿自动扶梯运行方向间隔设置多组，相邻两组间距为1～3个梯级间距；所述微波雷达传感器沿自动扶梯运行方向每隔约2m安装一个。

35、优选地，步骤s5中，所述自动扶梯控制系统通过变频器按s形减速曲线控制主驱动电机减速，减速度不超过1.0 m/s²，减速至低速后工作制动器动作使自动扶梯完全停止。

36、优选地，所述自动扶梯停止后进入闭锁状态，需手动复位后方可恢复运行；且步骤s5中在发出减速停梯指令的同时启动声光报警和语音告警。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、1. 低成本、无隐私争议：采用对射传感器和微波雷达传感器替代摄像头，不采集乘客图像，无隐私争议，系统硬件成本约为视觉方案的30%～50%，无需配备边缘计算设备。

39、2. 固定部件安装、维护简便：两类传感器均安装在自动扶梯内侧板（固定部件）上，可直接使用固定线路供电和有线通信，无需为移动梯级解决独立供电和无线通信问题，系统复杂度低、维护方便。

40、3. 双原理融合、可靠性高：对射传感器和微波传感器基于不同物理原理（光束遮挡 vs 多普勒效应）工作，互为补充、互相验证。对射传感器擅长检测人体高度突变导致的遮挡状态变化，微波传感器擅长检测运动速度和方向的突变，二者融合可覆盖单一传感器的检测盲区，显著提高系统可靠性，降低误报率。

41、4. 多种融合策略适应不同场景：提供高灵敏度模式、分级响应模式、高可靠性模式三种融合策略，可根据应用场景的安全要求和运行效率需求灵活选择。例如医院、老人活动场所适用高灵敏度模式；商场、车站等人流密集场所适用分级响应模式；对误报率敏感的场景适用高可靠性模式。

42、5. 分级响应、平衡安全与效率：分级响应模式下，任一传感器判定摔倒即触发减速和声光报警，两者均判定时才触发完全停梯，既保障摔倒乘客得到及时响应，又避免因误报导致扶梯频繁停梯影响运行效率。

43、6. 环境适应性强：对射传感器不受光照条件影响，微波传感器具备穿透灰尘、水雾的能力，二者融合可适用于室外、地下通道、潮湿环境等各类复杂运行环境。

44、7. 联动控梯保障安全：检测到摔倒后立即联动扶梯控制系统按s形减速曲线减速并制动停梯，同时启动声光报警和语音告警，并进入闭锁状态需手动复位，避免二次伤害。