基于机器视觉的自动扶梯防异物卡入预警系统研究

冯双昌，陈杰，欧阳惠卿，薛季爱

（上海市特种设备监督检验技术研究院,上海 200062）

0 引言

近年来，随着我国城市化进程的不断加快，自动扶梯使用量越来越大，广泛应用于商场、交通枢纽和医院等人流量密集场所[1]。自动扶梯给人们带来便捷服务的同时，也带来了许多的安全隐患和风险。自动扶梯的梯级和梳齿板之间存在一定的间隙，经常有硬币、螺钉、纽扣、垃圾等异物卡入该间隙，导致自动扶梯设备受损和人员受伤。据统计，该类事故占自动扶梯事故总量的40%左右[2]。因此非常有必要研发新装置或者采取新措施来减少此类事故的发生[3]。

1 当前存在的问题

特种设备安全技术规范TSG T7005-2012《电梯监督检验和定期检验规则-自动扶梯和自动人行道》中规定：当有异物卡入，并且梳齿与梯级不能正常啮合，导致梳齿板与梯级发生碰撞时，梳齿板保护装置应当动作，自动扶梯应当自动停止运行。自动扶梯的制造厂家为每台自动扶梯都配备了梳齿板保护装置，需要注意的是，受梳齿板保护装置结构限制，只有当有异物卡入较深并导致梳齿与梯级不能正常啮合且二者发生碰撞时，梳齿板保护装置才能发挥作用[4]。

随着使用频次和使用时间的增加，在用自动扶梯各结构部件存在不同程度变形、老化、动作响应迟滞等现象，导致梳齿板保护装置的触发力进一步增大，有时即使梯级受到严重损伤而梳齿板保护装置依然未能动作[5]。因此，对于自动扶梯梯级上的异物只有做到早发现、早清除、早预防，避免异物卡入梳齿板，才能从根本上杜绝此类事故[6]。

2 基于机器视觉的防异物卡入预警系统的设计

2.1 总体方案

随着计算机技术和图像处理理论的飞速发展，机器视觉在过程监测、成品检验和质量控制等领域得到了广泛应用[7]。机器视觉系统就是通过相机、扫描仪等成像装置捕获物体的图像，再将图像传送给计算机等图像处理装置，通过图像处理算法对图像中物体的形态、数量、尺寸等信息进行各种运算获取目标特征，最后根据分析结果来执行控制部件，对现场情况做出反应，具有安全可靠、效率高、可在恶劣环境下长时间工作等优点[8]。

为及时发现自动扶梯梯级上的异物，防止异物卡入梯级和梳齿板，基于机器视觉设计了自动扶梯防异物卡入预警系统。图1为自动扶梯防异物卡入预警系统设计方案。防异物卡入预警系统主要包括采集装置、控制装置和预警装置。

图1 自动扶梯防异物卡入预警系统设计方案

2.2 基本结构

图2所示为自动扶梯防异物卡入预警系统结构示意图。利用三部相机作为采集装置，对自动扶梯梯级上的异物状态进行采集。在自动扶梯出口和入口正上方分别设置高清相机，对异物到达自动扶梯出入口梳齿相交线处的状态进行监测。在自动扶梯中部正上方设置高清相机，全过程跟踪监测异物在梯级上的运行轨迹。

图2 自动扶梯防异物卡入预警系统结构示意图

控制装置通过数据线与采集装置相连，接收采集装置传送来的视频信息，并基于图像处理技术对视频信息进行处理、识别和判断。预警装置为语音提示器，分别设在自动扶梯级的出口和入口处。当接收到控制装置发来的预警信息后，发出语音预警。

2.3 分级预警

图3所示为异物状态图。异物状态可分为以下3种情况：1）异物在整个梯级上；2）异物未卡入梯级与梳齿板间隙，在梯级与梳齿板相交线处滚动；3）异物卡入梯级与梳齿板间隙，但梯级与梳齿板能够正常啮合，梳齿板保护装置未动作。当控制装置识别到梯级上存在异物时，将预警信息发送至预警装置和监控值班室。预警装置通过上语音提示器和下语音提示器发出语音提醒：在自动扶梯入口处播报“本自动扶梯发现异常，请勿乘坐”，在自动扶梯出口处播报“本自动扶梯发现异常，请立即离开”。当采集装置识别到自动扶梯上无乘用人员时，控制装置还会发出停梯指令，使自动扶梯停止运行，待值班人员到现场清除异物后方能重新投入运行。

图3 异物状态图

3 结语

基于机器视觉研发的自动扶梯防异物卡入预警系统，能够准确识别梯级上出现的异物，及时发出预警信号，避免自动扶梯受损和乘客受伤。与现有技术相比，其主要优点为：1）实现了对自动扶梯异物卡入的全程监测、自动识别和主动预警，提升了自动扶梯的安全水平；2）能够在异物卡入梯级和梳齿板间隙之前进行预警，比以往异物卡入后引发梳齿板保护装置动作更加合理、更加安全、更具前瞻性；3）许多自动扶梯附近已经安装了监控设备，可在此基础上进行调整和升级即可实现防异物卡入的预警功能，大大缩减经费投入。