mmWave传感器改进了人工智能算法，可以更有效地使用电梯

[音乐播放] 你好。 我的名字是Gustavo Martinez， 我在德州仪器的系统工程 和营销团队工作。 现代电梯系统努力减少乘客等待时间 并提高整个建筑物中人员 移动的效率。 将电梯送到空楼 会增加乘客等待时间并浪费能源。 依赖于简单运动感测的系统 不能区分等待电梯的一个 或多个人。 单独计算等待电梯人数的 能力可以实现 更有效的电梯调度， 从而改善乘客体验 以及更低的能量使用和运营成本。 在本次培训中，我将讨论毫米波传感器 如何用于改进电梯控制系统算法， 以减少乘客等待时间 和能耗。 这是演示文稿的安排。 我将首先简要介绍一下今天的电梯 控制系统。 接下来，我将讨论两项研究， 探讨人员计数技术在电梯 控制系统中的应用。 接下来，我将介绍人员计数系统的 系统框图，并讨论适用于电梯的 一些内容。 最后，我将概述毫米波传感器 并查看现有的性能数据和测试结果。 电梯控制系统的关键功能 是将一个或多个电梯厢分派到 多个楼层的服务电梯呼叫。 电梯控制系统努力 使正在使用电梯人的 总目的地时间最小化。 目的地时间是一个人 到达目的地楼层所需的 总时间。 这个时间包括电梯到达呼叫楼层 所需的时间， 人们登上电梯所需的时间 以及到目的地楼层的时间。 为了减少目的地时间， 电梯控制系统必须最小化 使用电梯系统所有人的平均等待时间和乘坐时间。 它还必须平衡电梯厢中的拥挤程度， 以减少或消除电梯过满 或过空的可能性。 这些系统面临的一些挑战 是多个电梯的协调，对电梯运动的限制 - 也就是说，一旦电梯下楼，上楼服务可能 不能提供 - 而且不完整的信息，例如客运量每个楼层 等待的模式和乘客数量。 最后一个挑战将是本演讲的 主要焦点。 电梯控制系统是从最初 使用的电梯发展而来的。 一些早期电梯雇用一个人 来操作电梯厢。 事实上，这个系统甚至在今天也在使用。 从那时起，现代电梯控制系统 已经发展并且现在使用不同的方法来维修电梯厢。 某些系统根据一天中的时间 确定服务呼叫的优先级。 例如，在办公楼中，当大多数人 将到达工作地点时， 即向上移动的方式 被优先考虑。 同样，在晚上，当大多数人 将要下班时，系统会优先考虑 低速或向下移动的方式。 在午餐时间，系统可以平衡上升和下降的 方式。 其他系统通过分析 数天或数周的电梯运动来学习移动模式。 这些系统使用神经网络或模糊逻辑 来确定将电梯厢移到何处。 有些系统使用键盘或触摸屏 替换每层楼的简单向上或向下按钮， 允许用户指定他或她的目的地楼层。 事先知道目的地楼层 允许电梯控制系统 将单个电梯轿厢分配给前往同一楼层 或一组楼层的服务呼叫 并避免过多的中间停靠。 所有这些系统都受到两个限制。 第一，他们没有关于在给定楼层 等待电梯的总人数的信息， 第二，他们对电梯轿厢内的 乘客的信息有限。 例如，乘客进入目的地楼层的电梯调度 系统取决于所有乘客 输入楼层号码。 系统无法区分何时为一组人 输入目的地楼层。 这可能导致发送电梯厢附近的容量， 这不能处理该组。 这会造成所有乘客的延误。 这两个限制是本演示文稿的重点。 现在让我们讨论 两项研究，这些研究考察了人们在电梯 控制系统中的使用和影响。 第一项研究由位于韩国首尔的 两位计算机科学家完成。 他们的题为《带摄像机的自适应电梯群控制》 的论文提出了一种系统， 其中根据交通流量的变化 更新调度算法。 调度功能对输入进行操作， 例如汽车和呼叫楼层之间的距离， 汽车的当前楼层目的地 及其与呼叫楼层的距离， 电梯内的人数 以及楼层之间的呼叫数量。 电梯位置和目的地楼层。 在他们的模拟中，如果确定一个电梯厢 将无法处理等待电梯的所有人， 则系统将发送多个电梯。 系统自适应，因为如果检测 到流量模式的显着变化，则将更新调度 功能。 通过重量等级近似计算 电梯内部的人数并通过计算 等待电梯的人数 来启用该输送 模式监视。 在他们的研究中，研究人员提出使用监视器 来计算人数。 论文的一个限制 即使人数统计， 上行和下行的人数 也是未知的，必须加以预测。 在回顾了多次模拟的结果后， 本文得出以下结论。 首先，使用监视器可以显著 减少平均等待时间。 实际上，与无监视器的系统相比， 本文发现等待时间减少了8％， 但指出当电梯太轻或太重时 没有明显的改善。 该研究还发现，在基于监视器的系统中， 每层楼的等待客户平均数量减少， 电梯的使用更均衡。 也就是说，每个电梯厢中的人数 更均匀地分布，从而减少 每个电梯厢中的拥挤程度。 本研究中另一个有趣的结论是， 人数统计的影响 是一致的，与交通量无关。 换句话说，仅实现了人数统计功能的系统 可以实现平均等待时间 和电梯拥挤的显著降低。 另一项名为“带摄像机的电梯群控 系统的节能算法”的研究探讨了 通过在电梯系统中 使用人数来实现的节能。 该研究考察了一种方法， 其中计算每个电梯厢维修电梯呼叫 所需的成本或能源。 然后派遣成本最低的车 来维修。 该文件建议使用摄像头 来实时计算每层楼 等候的人数。 与上一篇论文一样，这篇文章指出， 即使采用这种系统，向上和向下乘客的 数量也是未知的， 必须加以预测。 作者比较了三个系统的 平均等待时间和能耗。 其中最小等待时间 优先于其他所有优先级， 另一个优先考虑能源消耗， 最后是人数统计信息。 该研究发现，在没有人数信息的情况下 优先考虑能源消耗的系统 实际上降低了20％的能源消耗， 但却增加了等待时间。 但是，使用人数统计信息的系统 能够将20％的能耗提高 与等待时间的显著降低相匹配。 总之，这两篇论文的主要结论 是人员统计信息可以 减少乘客等待时间 并减少能源消耗。 这两项研究提出使用摄像头 来实现人数统计。 但是，正如我们将看到的， 毫米波雷达技术 等其他技术可用于实现相同的功能。 现在让我们更详细地了解 人数统计和跟踪系统。 此幻灯片显示了人员统计系统的 完整系统框图。 实际的人数统计和跟踪功能 可以通过多种方式实现。 前面讨论的研究假设了一个基于摄像头的系统。 然而，这些系统可能成本高， 需要大量数据处理， 并且可以在隐私问题上可能 造成忧虑。 另一种选择是毫米波雷达，或mmWave。 在该系统中，人员计数和跟踪功能 完全在毫米波传感器内实现。 结果传递给微处理器或微控制器， 微处理器或微控制器然后 可以通过有线连接（例如以太网） 或无线使用无线电 将该信息与任何其他数据 一起传送到电梯控制系统。 顺便说一句，您可以在TI.com上 找到此框图和其他内容，以及参考设计，培训视频 和其他有用信息。 在我们的电梯中，人员计数传感器单元 需要安装在每个楼层上， 每个传感器都需要 具有以下关键规格。 大厅或楼层中传感器的 视野需要在120度到180度之间。 对于直接安装在头顶上的 传感器电梯厢， 视野需要高达180度。 对于大厅或楼层，传感器的检测范围 需要高达5米， 对于电梯厢而言，高达3米。 在分辨率方面，传感器 需要在一平方米的区域内检测 多达五个人。 然而，正如我们稍后将看到的，在这个小区域 有五个人可能会有点不舒服。 传感器需要近乎实时地 提供人数统计信息，因此需要 不到一秒的检测速度。 电梯用例中的一些关键 包括可能使图像或视频捕获 不可接受的乘客/用户隐私， 可以巧妙地忽略仅仅通过 电梯行走的人的准确人数， 以及可以连接到电梯的通信接口。 现有基础设施使得 传感信息可以发送到 电梯主控制器。 该接口可以是有线或无线。 现在让我们来看看使用毫米波传感器 进行计数和跟踪的人员。 TI的毫米波传感器系列 是单芯片解决方案， 在我们的前端集成了DSP和MCU。 与分立式多芯片解决方案相比， 这些可编程单芯片 传感器尺寸更小，功耗更低， 设计更简单。 毫米波传感器已经展示了应用， 包括流量水平传感，交通监控 以及人员跟踪和计数。 通过使用这些传感器，构建系统 可以添加识别，跟踪和计数 各种设置中的人员的功能。 目前，TI的毫米波传感器产品 系列包括以下产品。 IWR1443是一款入门级传感器， 主要用于运动检测。 IWR1642传感器，支持人员计数 和跟踪，但具有 77千兆赫兹的工作频段，根据使用国家的不同， 可能位于受限制的频段内。 最新的处理器IWR6843 也支持人数统计和跟踪， 但具有60千兆赫兹的工作频段， 避免了这些频段限制。 现在让我们来看看毫米波 人数统计和跟踪的一些 性能测试和结果。 这个简短的剪辑显示人们在计算和 跟踪行动。 在上图中，我们可以看到传感器生成的 点云数据，以及每个人 在房间内移动 时的轨迹。 在下图中，我们可以看到 传感器如何将点云数据 分解为三个不同的人。 请注意，传感器不会生成任何 个人信息或可识别信息。 传感器仅传达它检测到的人数 和位置。 使用毫米波雷达传感器 （TIDEP-01000）跟踪和计算参考 设计的人员是探索此功能的绝佳资源。 它提供软件并描述 如何设置毫米波评估板 以快速启动和运行人员计数系统。 TIDEP-01000包括计算人口密度 和人数计算准确性的测试用例。 它还描述了如何扩展传感器的检测范围。 该文件描述了一种测试装置， 其中传感器安装在三脚架上 并升高到1.8到2.2米的高度。 传感器朝向相关场景的 间接视图的方向， 并且以大约10到30度的角度向下倾斜。 此表显示了计算场景中给定人数时 毫米波传感器的精度。 精度定义为计数正确 或在特定范围内的 帧的百分比。 使用3,000帧数据 （对应于150秒）来计算准确度。 数据显示，在正负两个人的范围内， 毫米波传感器能够检测多达9个人， 准确率为84％。 在计算密度方面，该测试 表明毫米波传感器 可以检测到每平方米约三人。 通过对毫米波传感器参数进行一些调整， 可以实现更高的人群密度。 请注意，一平方米的三个人 已经非常拥挤。 象一下，在同一个空间里有四到五个人。 就射程而言，传感器能够探测到 14米或45英尺的人，这对于电梯大厅来说 已经足够了。 可以使用毫米波添加到人数计数系统的 另一个特征是能够忽略 通过电梯行走的对象 而不是走向或等待电梯的人。 在这里，我们看到一个自动门示例 来演示此功能。 从顶部看到的LED灯条模拟了一扇推拉门。 当一个人走向它时门打开， 当人走过时它仍然关闭。 此功能可用于繁忙的电梯大厅， 以更准确地计算等待 电梯的人数。 另一个有用的特征是对象分类。 在这里，我们可以看到检查员 忽略了移动物体，如风扇和搬运的植物。 这使它可以更准确地计算 场景中的人数。 更重要的是，该功能完全在 传感器上执行，无需 单独的微处理器。 如前所述，一旦确定了人数信息， 就必须将该信息发送到 电梯控制系统， 使得它可以在调度电梯厢时 使用该信息。 TIDA-010022参考设计演示了计算传感器节点的 无线网络，所有传感器节点都通过低于1千兆赫 的链路进行通信。 网络由中央设备或收集器 以及一个或多个传感器节点组成。 收集器执行网络 协调器的功能。 它启动网络，允许设备加入网络， 并从传感器节点接收数据。 传感器节点加入由收集器启动的网络。 它们将数据报告发送给收集器 并对收集器发送的跟踪消息做出响应。 传感器节点也从收集器的消息中提取， 允许双向通信。 每个传感器节点发送检测到的总人数 和每个主题的x，y位置。 其他技术（如Wi-Fi和蓝牙） 也可用于链接传感器节点。 现在让我们回顾一下关键规格和关注点列表。 对于视场，毫米波传感器 使用标准评估模块 可以达到120度。 电梯大厅可能需要高达180度。 幸运的是，视场是物理天线的一个功能， 可以使用镜头进行扩展。 该传感器的射程可达6米，可扩展至14米， 应能够满足大多数 大堂和电梯厢的检测范围。 我们之前讨论过每平方米五人的 检测分辨率。 默认情况下，传感器每平方米最多可支持三个人。 但是，通过调整雷达参数， 可以提高分辨率。 人数统计软件的默认帧速率 为每秒20帧。 这将使其满足大多数电梯系统 所需的检测速度。 我们已经看到毫米波传感器 不会产生其他可识别数据的图像。 隐私不是这些传感器的关注点。 传感器最多可以检测9个人，正负两个， 精度为84％。 通过调整可以获得更高精度。 最后，雷达数据可以通过 无线或有线链路轻松传输。 总之，我们已经看到电梯控制系统 可以通过使用人数统计数据 来减少乘客等待时间并减少能量消耗。 毫米波传感器 将模拟和数字组件集成到 一个低功耗，小型单芯片解决方案中， 可以对包括人在内的物体进行计数， 跟踪和分类。 人数统计和跟踪使用 毫米波传感器的系统可以满足 电梯系统的要求。 最后，现有的硬件和软件示例 允许任何人快速掌握毫米波传感器的 速度。 有关此技术和其他技术的更多信息， 请访问TI.com/IWR或TI.com/BuildingAutomation。