本發明涉及閘機一體化控制，具體為一種基于人工智能的閘機一體化控制系統及方法。
背景技術：
1、閘機，是一種通道阻擋裝置（通道管理設備），主要應用于城市軌道交通管理、收費檢票閘機系統，用于管理人流并規范行人出入。
2、現有的收費檢票閘機系統在管理并規范行人出入時，無法對行人單獨通過閘機的能力進行預測，這使得單獨通過閘機能力較弱的行人出入閘機時，可能存在未通過閘機，閘機已關閉，以及閘機夾人的情況，降低了收費檢票閘機的工作效率，以及降低了行人的使用體驗感，同時，現有的收費檢票閘機無法對行人的尾隨通過情況進行有效預測，導致攜帶兒童的行人在兒童通過閘機后，自己無法通過閘機或增大自己被閘機傷害的可能性，且上述危險事件經常發生，降低了收費檢票閘機系統的安全性z。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種基于人工智能的閘機一體化控制系統及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。
2、為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于人工智能的閘機一體化控制方法，所述方法包括：
3、s10：當閘機識別通過授權信息成功后，中央控制器控制光電感應模塊和紅外檢測模塊對待通過人員的身高特征值、形態特征和運動速度進行確定，基于確定結果，對待通過人員單獨通過閘機的能力進行預測，中央控制器分別與紅外檢測模塊、光電感應模塊和可調減速器電性連接；
4、s20：根據后一位待通過人員的運動特征，對后一位待通過人員的尾隨通過系數進行預測，后一位待通過人員表示在待通過人員通過閘機后緊跟著通過閘機的人員；
5、s30：中央控制器根據s10中預測的待通過人員單獨通過閘機的能力，以及s20中預測的后一位待通過人員的尾隨通過系數，對可調減速器的傳動比進行控制；
6、s40：對中央控制器控制可調減速器恢復至標準狀態的時間進行確定。
7、進一步的，所述s10包括：
8、s101：當閘機識別通過授權信息成功后，中央控制器控制光電感應模塊和紅外檢測模塊開始工作，光電感應模塊為對射式光電傳感器，閘機內側設置有多個光電感應模塊，紅外檢測模塊為被動式紅外探測器，紅外檢測模塊設置在閘機內側靠近閘機進口處的位置，紅外檢測模塊的安裝傾角α={(π/2)+(β/2)+arctan[(h-h)/l]}，以紅外檢測模塊為原點向正東方向做一條射線，該射線為安裝傾角的基準線，紅外檢測模塊的探測距離為√(l2+x2)，其中，β表示紅外檢測模塊的探測角度值，h表示閘機允許免費通過的最高身高值，h表示紅外檢測模塊距離地面的垂直距離值，l表示閘機通道寬度值的一半，π=180°，x表示紅外檢測模塊安裝位置距離閘機進口處的最短距離，√表示根號；
9、利用紅外檢測模塊對待通過人員的身高特征值進行確定，相比較直接使用高清攝像頭采集的圖像信息對待通過人員的身高值進行測量而言，減少了對圖像的數據處理過程，效率更高；
10、s102：當位于閘機進口處的光電感應模塊感應到待通過人員時，中央控制器控制閘翼開啟，當位于閘翼正上方的光電感應模塊感應到待通過人員時，對待通過人員從閘機進口處運動到閘翼處的運動時間t進行確定，結合閘機進口處到閘翼處的距離s，對待通過人員的運動速度進行確定，確定的運動速度=s/t；
11、利用光電感應模塊對待通過人員從閘機進口運動至閘翼處產生的光影像集進行獲取，通過互聯網技術對獲取的光影像集進行匹配，基于匹配結果對待通過人員的形態特征進行確定，光影像集指光電感應模塊采集的光影像的集合，形態特征指待通過人員通過閘機時借助的通行工具和攜帶的物品體積，借助的通行工具包括輪椅、拐杖、嬰兒車等；
12、當位于閘機進口處的光電感應模塊感應到待通過人員時，紅外檢測模塊對待通過人員散發出的紅外熱能進行探測，若紅外檢測模塊能夠探測到紅外熱輻射能量的變化，則表示待通過人員的身高≥h，此時認為待通過人員的身高特征值y=h，若紅外檢測模塊無法探測到紅外熱輻射能量的變化，則表示待通過人員的身高＜h，此時認為待通過人員的身高特征值y=u，u表示根據獲取的光影像集得到的待通過人員的身高值，將表示待通過人員的光影像的最高點對應的高度值作為待通過人員的身高值；
13、s103：根據s102中確定的待通過人員的身高特征值、形態特征和運動速度，對待通過人員單獨通過閘機的能力進行預測，具體的預測公式為:
14、當待通過人員攜帶的物體體積f≤標準體積f時：
15、s=α*(y/h)+η*<(2s/t′)/(s/t)>+τ*[(σεi)/m]；
16、當待通過人員攜帶的物體體積f＞標準體積f時：
17、s={α*(y/h)+η*<(2s/t′)/(s/t)>+τ*[(σεi)/m]}*(f/f)；
18、其中，α、η、ε均表示比例系數，且α+η+ε=1，t′表示標準情況下閘翼處于打開狀態的停留時間值，i=1,2,…,m，表示形態特征對應的編號，m表示編號總數，σεi=ε1+ε2+…+εm，當待通過人員具有編號為i的形態特征時，εi=0，當待通過人員不具有編號為i的形態特征時，εi=1，當(2s/t′)/(s/t)≥1時，<(2s/t′)/(s/t)>=1，當(2s/t′)/(s/t)＜1時，<(2s/t′)/(s/t)>=(2s/t′)/(s/t)，s表示待通過人員單獨通過閘機的能力值。
19、進一步的，所述s20包括：
20、s201：當位于閘翼處的光電感應模塊感應到待通過人員通過時，若位于閘機進口至閘翼之間設置的光電感應模塊能夠采集到光影像，則根據采集的實時光影像對后一位待通過人員的運動特征進行確定，若位于閘機進口至閘翼之間設置的光電感應模塊未能采集到光影像，則表示后一位待通過人員無運動特征，此時后一位待通過人員的平均運動速度v=0，運動傾向值k=0；
21、s202：根據s201中采集的實時光影像對后一位待通過人員的運動特征進行確定，運動特征包括平均運動速度和運動傾向，具體的確定方法為：
22、若采集到的實時光影像顯示后一位待通過人員存在前進狀態，則表示后一位待通過人員的運動傾向為尾隨待通過人員通過閘機，此時后一位待通過人員的運動傾向值k=(2/t′)*{∑ceil[(lj＋1-lj)/lj]}*t，其中，j=1,2,…,[(2/t′)-1]/t，表示實時光影像的采集次數對應的編號，t表示光電感應模塊單次采集光影像所耗費的時間，[(2/t′)-1]/t表示實時光影像的采集總次數，lj表示第j次采集的實時光影集顯示的后一位待通過人員的前進距離值，lj+1表示第j+1次采集的實時光影像顯示的后一位待通過人員的前進距離值，ceil()表示向上取整函數，0＜lj＋1＜2*lj；
23、若采集的實時光影像顯示后一位待通過人員一直處于靜止狀態，則表示后一位待通過人員的運動傾向為掃碼通過閘機，此時后一位待通過人員的運動傾向值k＝0；
24、根據采集的實時光影像，利用距離時間速度公式，對后一位待通過人員的平均運動速度進行確定；
25、s203：根據s202中確定的后一位待通過人員的運動特征，對后一位待通過人員的尾隨通過系數進行預測，具體的預測公式為：
26、g＝k*[v/(2s/t′)]；
27、其中，k表示后一位待通過人員對應的運動傾向值，v表示確定的后一位待通過人員的平均運動速度，g表示預測的后一位待通過人員的尾隨通過系數。
28、尾隨通過系數指閘翼打開后，后一位待通過人員尾隨待通過人員在閘翼此次打開時間段共同通過閘機的概率。
29、進一步的，所述s30對可調減速器的傳動比進行控制的具體方法為：
30、當g≤設定閾值時，中央控制器根據s103中預測的待通過人員單獨通過閘機的能力，對可調減速器的傳動比進行控制，中央控制器控制可調減速器的傳動比設置為=(2t/t′)*d；
31、當g＞設定閾值時，中央控制器根據s103中預測的待通過人員單獨通過閘機的能力，以及s203中預測的后一位待通過人員的尾隨通過系數，對可調減速器的傳動比進行控制，中央控制器控制可調減速器的傳動比設置為={{2t+<(s/`v)-t>}/t′}*d，其中，d表示可調減速模塊在標準狀態下的傳動比，當(s/`v)-t≥0時，<(s/`v)-t>=(s/`v)-t，當(s/`v)-t＜0時，<(s/`v)-t>=0。
32、根據待通過人員單獨通過閘機的能力，以及后一位待通過人員的尾隨通過系數綜合判斷后一位待通過人員是否為逃避檢票尾隨人員，既可以對逃避檢票人員進行精準識別，也可以對免檢票尾隨人員進行有效識別，在提高系統安全性的情況下，保證閘機的通過效率。
33、進一步的，所述s40對中央控制器控制可調減速器恢復至標準狀態的時間進行確定的具體方法為：
34、當g≤設定閾值時，中央控制器控制可調減速器恢復至標準狀態的時間為位于閘機出口處的光電感應模塊感應到待通過人員通過的時間；
35、當g＞設定閾值時，中央控制器控制可調減速器恢復至標準狀態的時間為位于閘機出口處的光電感應模塊感應到后一位待通過人員通過的時間。
36、一種基于人工智能的閘機一體化控制系統，所述系統包括閘機單獨通過能力預測模塊、尾隨通過系數預測模塊、傳動比確定模塊和狀態恢復模塊；
37、所述閘機單獨通過能力預測模塊用于在閘機識別通過授權信息成功后，中央控制器控制光電感應模塊和紅外檢測模塊對待通過人員的身高特征值、形態特征和運動速度進行確定，基于確定結果，對待通過人員單獨通過閘機的能力進行預測，并將預測的待通過人員單獨通過閘機的能力值傳輸至傳動比確定模塊；
38、所述尾隨通過系數預測模塊用于根據后一位待通過人員的運動特征，對后一位待通過人員的尾隨通過系數進行預測，并將預測的后一位待通過人員的尾隨通過系數傳輸至傳動比確定模塊和狀態恢復模塊；
39、所述傳動比確定模塊用于對閘機單獨通過能力預測模塊傳輸的能力值，以及尾隨通過系數預測模塊傳輸的尾隨通過系數進行接收，基于接收信息，利用中央控制器對可調減速器的傳動比進行控制；
40、所述狀態恢復模塊用于對尾隨通過系數預測模塊傳輸的尾隨通過系數進行接收，根據接收信息，結合待通過人員或后一位待通過人員通過位于閘機出口處的光電感應模塊的時間，對中央控制器控制可調減速器恢復至標準狀態的時間進行確定。
41、進一步的，所述閘機單獨通過能力預測模塊包括通過授權信息識別單元、運動速度確定單元、形態特征確定單元、身高特征值確定單元和閘機單獨通過能力預測單元；
42、所述通過授權信息識別單元對待通過人員的通過授權信息進行識別，中央控制器根據識別成功信息，控制光電感應模塊和紅外檢測模塊開始工作；
43、所述運動速度確定單元在位于閘機進口處的光電感應模塊感應到待通過人員時，中央控制器控制閘翼開啟，當位于閘翼正上方的光電感應模塊感應到待通過人員時，對待通過人員從閘機進口處運動到閘翼處的運動時間進行確定，結合閘機進口處到閘翼處的距離，對待通過人員的運動速度進行確定，并將確定的運動速度傳輸至閘機單獨通過能力預測單元；
44、所述形態特征確定單元利用光電感應模塊對待通過人員從閘機進口運動至閘翼處產生的光影像集進行獲取，通過互聯網技術對獲取的光影像集進行匹配，基于匹配結果對待通過人員的形態特征進行確定，并將確定的形態特征傳輸至閘機單獨通過能力預測單元；
45、所述身高特征值確定單元在位于閘機進口處的光電感應模塊感應到待通過人員時，紅外檢測模塊對待通過人員散發出的紅外熱能進行探測，根據紅外檢測模塊能夠探測到紅外熱輻射能量的變化情況，對待通過人員的身高特征值進行確定，并將確定的身高特征值傳輸至閘機單獨通過能力預測單元；
46、所述閘機單獨通過能力預測單元對運動速度確定單元傳輸的運動速度、形態特征確定單元傳輸的形態特征，以及身高特征值確定單元傳輸的身高特征值進行接收，根據接收信息，對待通過人員單獨通過閘機的能力進行預測，并將預測的待通過人員單獨通過閘機的能力值傳輸至傳動比確定模塊。
47、進一步的，所述尾隨通過系數預測模塊包括判斷單元、運動特征確定單元和尾隨通過系數預測單元；
48、所述判斷單元在位于閘翼處的光電感應模塊感應到待通過人員通過時，根據位于閘機進口至閘翼之間設置的光電感應模塊是否能夠采集到光影像，判斷后一位待通過人員是否存在運動特征，若判斷后一位待通過人員不存在運動特征，則表示后一位待通過人員的平均運動速度和運動傾向值均為0，并將采集到的光影像傳輸至運動特征確定單元，將確定的平均運動速度和運動傾向值傳輸至尾隨通過系數預測單元；
49、所述運動特征確定單元對判斷單元傳輸的光影像進行接收，根據采集的光影像對后一位待通過人員的運動傾向值和平均運動速度值進行確定，并將確定的運動傾向值和平均運動速度傳輸至尾隨通過系數預測單元；
50、所述尾隨通過系數預測單元對判斷單元傳輸的平均運動速度和運動傾向值，以及運動特征確定單元傳輸的運動傾向值和平均運動速度進行接收，基于接收信息，對后一位待通過人員的尾隨通過系數進行預測，并將預測的尾隨通過系數傳輸至傳動比確定模塊。
51、進一步的，所述傳動比確定模塊包括對比單元、第一確定單元和第二確定單元；
52、所述對比單元對尾隨通過系數預測單元傳輸的預測的尾隨通過系數進行接收，將接收的尾隨通過系數與設定閾值進行比較，并將比較結果傳輸至第一確定單元和第二確定單元；
53、所述第一確定單元對對比單元傳輸的尾隨通過系數≤設定閾值的比較結果，以及閘機單獨通過能力預測單元傳輸的能力值進行接收，中央控制器根據接收的能力值，對可調減速器的傳動比進行控制；
54、所述第二確定單元對對比單元傳輸的尾隨通過系數＞設定閾值的比較結果、閘機單獨通過能力預測單元傳輸的能力值，以及尾隨通過系數預測單元傳輸的尾隨通過系數進行接收，中央控制器根據接收的能力值和尾隨通過系數，對可調減速器的傳動比進行控制。
55、進一步的，所述狀態恢復模塊對尾隨通過系數預測單元傳輸的預測的尾隨通過系數進行接收，當接收的尾隨通過系數≤設定閾值，在位于閘機出口處的光電感應模塊感應到待通過人員通過時，中央控制器控制可調減速器恢復至標準狀態，當接收的尾隨通過系數＞設定閾值，在位于閘機出口處的光電感應模塊感應到后一位待通過人員通過的時間，中央控制器控制可調減速器恢復至標準狀態。
56、與現有技術相比，本發明所達到的有益效果是：
57、1.本發明通過利用紅外檢測模塊和光電感應模塊對待通過人員的身高特征值、形態特征和運動速度進行確定，根據確定信息對待通過人員單獨通過閘機的能力進行預測，在此過程中，紅外檢測模塊和光電感應模塊對相較于高清攝像頭而言對數據的處理效率較高，能夠很好的做到對待通過人員實時監控的效果，保證預測結果更加精確。
58、2.本發明利用光電感應模塊在閘機進口至閘翼之間對后一位待通過人員的光影像進行實時采集，根據實時采集的光影像，對后一位待通過人員的運動特征進行確定，基于確定結果，對后一位待通過人員的尾隨通過系數進行預測，結合預測的待通過人員單獨通過閘機的能力，既可以對尾隨人員進行精準識別，也可以對前后待通過人員之間的關系進行判斷，閘機基于判斷結果能夠對可調減速器的轉速比進行調整，有利于減少閘機夾人的情況發生，進一步提高了系統的安全性。
59、3.本發明根據前后待通過人員從閘機進口處運動到閘翼處的運動時間，對可調減速器的傳動比進行控制，減少了數據處理量，保證單獨通過閘機能力較低，且無尾隨人員陪伴的待通過人員能夠安全通過閘機，以及保證單獨通過閘機能力較低的待通過人員和尾隨通過人員能夠共同安全通過閘機，進一步提高了系統的安全性，以及進一步提高了閘機的工作效率。