馮雙昌，陳杰，歐陽(yáng)惠卿，薛季愛(ài)

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院,上海 200062）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，自動(dòng)扶梯使用量越來(lái)越大，廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、交通樞紐和醫(yī)院等人流量密集場(chǎng)所[1]。自動(dòng)扶梯給人們帶來(lái)便捷服務(wù)的同時(shí)，也帶來(lái)了許多的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。自動(dòng)扶梯的梯級(jí)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(dòng)扶梯設(shè)備受損和人員受傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該類事故占自動(dòng)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(lái)減少此類事故的發(fā)生[3]。

1 當(dāng)前存在的問(wèn)題

特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG T7005-2012《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則-自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道》中規(guī)定：當(dāng)有異物卡入，并且梳齒與梯級(jí)不能正常嚙合，導(dǎo)致梳齒板與梯級(jí)發(fā)生碰撞時(shí)，梳齒板保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)動(dòng)作，自動(dòng)扶梯應(yīng)當(dāng)自動(dòng)停止運(yùn)行。自動(dòng)扶梯的制造廠家為每臺(tái)自動(dòng)扶梯都配備了梳齒板保護(hù)裝置，需要注意的是，受梳齒板保護(hù)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(jí)不能正常嚙合且二者發(fā)生碰撞時(shí)，梳齒板保護(hù)裝置才能發(fā)揮作用[4]。

隨著使用頻次和使用時(shí)間的增加，在用自動(dòng)扶梯各結(jié)構(gòu)部件存在不同程度變形、老化、動(dòng)作響應(yīng)遲滯等現(xiàn)象，導(dǎo)致梳齒板保護(hù)裝置的觸發(fā)力進(jìn)一步增大，有時(shí)即使梯級(jí)受到嚴(yán)重?fù)p傷而梳齒板保護(hù)裝置依然未能動(dòng)作[5]。因此，對(duì)于自動(dòng)扶梯梯級(jí)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(jī)器視覺(jué)的防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 總體方案

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理理論的飛速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)在過(guò)程監(jiān)測(cè)、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[7]。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)就是通過(guò)相機(jī)、掃描儀等成像裝置捕獲物體的圖像，再將圖像傳送給計(jì)算機(jī)等圖像處理裝置，通過(guò)圖像處理算法對(duì)圖像中物體的形態(tài)、數(shù)量、尺寸等信息進(jìn)行各種運(yùn)算獲取目標(biāo)特征，最后根據(jù)分析結(jié)果來(lái)執(zhí)行控制部件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)時(shí)間工作等優(yōu)點(diǎn)[8]。

為及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)扶梯梯級(jí)上的異物，防止異物卡入梯級(jí)和梳齒板，基于機(jī)器視覺(jué)設(shè)計(jì)了自動(dòng)扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)。圖1為自動(dòng)扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.2 基本結(jié)構(gòu)

圖2所示為自動(dòng)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(jī)作為采集裝置，對(duì)自動(dòng)扶梯梯級(jí)上的異物狀態(tài)進(jìn)行采集。在自動(dòng)扶梯出口和入口正上方分別設(shè)置高清相機(jī)，對(duì)異物到達(dá)自動(dòng)扶梯出入口梳齒相交線處的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在自動(dòng)扶梯中部正上方設(shè)置高清相機(jī)，全過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)異物在梯級(jí)上的運(yùn)行軌跡。

圖2 自動(dòng)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(guò)數(shù)據(jù)線與采集裝置相連，接收采集裝置傳送來(lái)的視頻信息，并基于圖像處理技術(shù)對(duì)視頻信息進(jìn)行處理、識(shí)別和判斷。預(yù)警裝置為語(yǔ)音提示器，分別設(shè)在自動(dòng)扶梯級(jí)的出口和入口處。當(dāng)接收到控制裝置發(fā)來(lái)的預(yù)警信息后，發(fā)出語(yǔ)音預(yù)警。

2.3 分級(jí)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(gè)梯級(jí)上；2）異物未卡入梯級(jí)與梳齒板間隙，在梯級(jí)與梳齒板相交線處滾動(dòng)；3）異物卡入梯級(jí)與梳齒板間隙，但梯級(jí)與梳齒板能夠正常嚙合，梳齒板保護(hù)裝置未動(dòng)作。當(dāng)控制裝置識(shí)別到梯級(jí)上存在異物時(shí)，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(guò)上語(yǔ)音提示器和下語(yǔ)音提示器發(fā)出語(yǔ)音提醒：在自動(dòng)扶梯入口處播報(bào)“本自動(dòng)扶梯發(fā)現(xiàn)異常，請(qǐng)勿乘坐”，在自動(dòng)扶梯出口處播報(bào)“本自動(dòng)扶梯發(fā)現(xiàn)異常，請(qǐng)立即離開”。當(dāng)采集裝置識(shí)別到自動(dòng)扶梯上無(wú)乘用人員時(shí)，控制裝置還會(huì)發(fā)出停梯指令，使自動(dòng)扶梯停止運(yùn)行，待值班人員到現(xiàn)場(chǎng)清除異物后方能重新投入運(yùn)行。

圖3 異物狀態(tài)圖

3 結(jié)語(yǔ)

基于機(jī)器視覺(jué)研發(fā)的自動(dòng)扶梯防異物卡入預(yù)警系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別梯級(jí)上出現(xiàn)的異物，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，避免自動(dòng)扶梯受損和乘客受傷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)為：1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)扶梯異物卡入的全程監(jiān)測(cè)、自動(dòng)識(shí)別和主動(dòng)預(yù)警，提升了自動(dòng)扶梯的安全水平；2）能夠在異物卡入梯級(jí)和梳齒板間隙之前進(jìn)行預(yù)警，比以往異物卡入后引發(fā)梳齒板保護(hù)裝置動(dòng)作更加合理、更加安全、更具前瞻性；3）許多自動(dòng)扶梯附近已經(jīng)安裝了監(jiān)控設(shè)備，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整和升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)防異物卡入的預(yù)警功能，大大縮減經(jīng)費(fèi)投入。