一种水上乐园滑道安全预警系统及方法
技术领域
本发明涉及智能预警技术领域，尤其涉及一种水上乐园滑道安全预警系统及方法。
背景技术
水上乐园滑道是一种圆筒形封闭式的游乐设施，一般采用塑料材质或钢化玻璃材质制成。水上乐园的滑道有的比较长，滑道入口处看不到滑道出口，所以当游客进入滑道后，在滑道入口处无法通过肉眼判断游客是否已经从滑道出口滑出，容易造成两位游客同时进入滑道。游客在使用滑道滑行时的速度可高达80公里/小时，如果在滑道内发生人与人之间的碰撞，后果不堪设想。
如何保障水上乐园水滑道的游客安全是非常重要的问题。由于存在高危险性，滑道在同一时刻管道内仅允许存在一位游客在里面，下一位游客必须等前面游客从滑道出口安全出来后方可进入。目前常采用的方法是在滑道的入口、出口分别安排管理员来监控，两者通过对讲机或彩旗沟通。也有的水上乐园采用在滑道的入口、出口安装自动化的滑道安全预警系统，通过出入口的显示灯判断滑道内是否安全。目前市面上水上乐园滑道安全预警系统产品很少，而且这些产品都是利用红外人体感应来检测滑道内是否有游客的。利用红外人体感应判断滑道内是否有游客存在很多缺陷，例如：(1)盲区多，由于红外线的传播是直线传播，所以现有产品只能检测一条直线上是否有人体移动，而且红外检测装置需要安装在垂直于人体移动路径上，存在很多检测盲区，容易造成漏检；(2)无法穿透障碍物，红外线无法穿透不透明的塑料滑道或钢化玻璃滑道等障碍物，无法大范围满足众多水上乐园设施的现场环境；(3)检测距离、范围较短，而且不能根据现场实际环境调节检测距离；(4)安装麻烦，红外检测需要成对匹配使用，一个发射红外线，一个接收红外线，人体通过发射红外线和接收红外线的装置之间，接收红外线的装置未接收到红外线时发出有人体通过的信号，这种安装模式在封闭式的水滑道环境不易安装、甚至要破坏水滑道设施的原有封闭性，有可能导致二次隐患。由于存在上述缺陷，目前市面上的滑道预警系统并不能满足实际需求，所以应用很少，大部分水上乐园还是采用滑道出入口安排工作人员用对讲机交流，但这样又会增加人力投入，使成本运营增加。
因此，有必要对现有技术改进以解决上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水上乐园滑道安全预警系统及方法，解决现有技术中游客使用水上乐园滑道时两人同时入滑道时无警报、易发生事故的技术问题。具体而言通过以下技术方案实现：
设计的一种水上乐园滑道安全预警系统，包括滑道、微波雷达人体检测模块、信号处理模块、中控模块和可以显示红灯或绿灯的红绿灯显示模块；水上乐园的滑道通常采用的是塑料或玻璃材质；所述微波雷达人体检测模块、信号处理模块和红绿灯显示模块包括2组，分别设置在滑道入口和出口，微波雷达人体检测模块用于检测滑道入口及出口处是否有移动物体，微波可以穿透玻璃和塑料材质，而无法穿透移动的人体；
所述微波雷达人体检测模块包括微波发射装置、微波接收装置、统计装置和信号输出装置，微波发射装置发射微波，当遇到移动的人体时，微波会反射回来，被微波接收装置接收，微波发射装置可以采用现有技术中的带有磁控管的电路，微波接收装置可以采用现有技术中的LS-5854数字微波接收机，所述统计装置用于统计微波发射装置发射的微波频率和微波接收装置接收的微波频率检测是否存在移动的物体并生成物体信号，物体信号包括有移动的物体信息或无移动的物体信息，可以利用开普勒效应判断滑道中是否有移动的人体，所述信号输出装置用于将物体信号输出，信号输出装置可以采用无线输出的方式将物体信号无线传递至信号处理模块；
所述信号处理模块用于将物体信号转化成数字信号并输出，当微波雷达人体检测模块检测到移动的物体时信号处理模块输出1信号，当微波雷达人体检测模块未检测到移动的物体时信号处理模块输出0信号；
所述中控模块用于生成信号函数F＝N×ξ(a，b)+ε(N)，N为信号处理模块输出值的和，a为滑道入口处信号处理模块输出的值，b为滑道出口处信号处理模块输出的值，ξ(a，b)为与a、b的值有关的参数，ε(N)为与N的值有关的参数，当a和b均为0时，ξ(a，b)取1，当a和b不全为0时，ξ(a，b)取0，当N为0时ε(N)取2，当N非0时ε(N)取0，中控模块还用于当F为非0偶数时，控制红绿灯显示模块显示绿灯，当F为0或奇数时控制红绿灯显示模块显示红灯；初始状态时，a＝0、b＝0且N＝0，此时ε(N)＝2，F＝2，是偶数，红绿灯显示模块显示绿灯；当游客从滑道入口进入时，a＝1、b＝0且N＝1，此时F＝0，红绿灯显示模块显示红灯；等游客从滑道入口滑离进入滑到内部时，a＝0、b＝0且N＝1，此时F＝1，是奇数，红绿灯显示模块显示红灯；当游客滑至滑道出口处时，a＝0、b＝1且N＝2，此时F＝0，红绿灯显示模块显示红灯；当游客完全滑出滑道后，a＝0、b＝0且N＝2，此时F＝2，是偶数，红绿灯显示模块显示绿灯。
进一步，所述水上乐园滑道安全预警系统还包括报警装置，报警装置可以采用设置在滑道上的声音警报发生器，中控模块还用于生成报警函数H＝Na-Nb，Na为滑道入口处信号处理模块输出值的和，Nb为滑道出口处信号处理模块输出值的和，当H≥2时，中控模块控制报警装置启动，当滑道入口进入一个人，信号处理模块会输出一次1信号，Na、Nb的值分别与从滑道入口处进入的人数和从滑道出口处出去的人数相等，H≥2时，即从滑道入口进入的人数比从滑道出口出去的人数多2个以上，也就是滑道内的游客尚未出滑道时又有游客进入滑道内，此时报警装置启动，提醒游客及工作人员注意情况。
进一步，所述水上乐园滑道安全预警系统还包括设置在滑道出口的提醒装置，中控模块还用于当b＝1时控制提醒装置启动，提醒装置可设置为闪烁灯，当滑道出口处的信号处理模块检测到移动的人体时b＝1，此时提醒装置启动，闪烁灯启动，提醒出口处将有游客滑出，提醒其他游客看到闪烁灯启动后不要在滑道出口处活动，避免发生碰撞事故。
进一步，所述信号处理模块包括三极管和RC电路，信号处理模块还用于将物体信号放大及去毛刺处理，三极管用于对物体信号进行放大处理，RC电路用于对物体信号进行滤波去毛刺处理。
进一步，所述水上乐园滑道安全预警系统还包括设置在信号处理模块上的可调电阻，可以控制用于控制输出数字信号的强弱，可调电阻与三极管及RC电路电连接，可以控制信号处理模块对物体信号的放大倍数，微波发射装置发射微波信号后，遇到较近物体返回后的微波信号较强，遇到较远物体返回后的微波信号较弱，当信号处理模块对物体信号放大倍数增大时，信号处理模块可以对更加微弱的微波信号进行处理，实质的结果是微波雷达人体检测模块可以测量较远距离的移动人体，通过调整可调电阻的电阻值，可以调整微波雷达人体检测模块测量的距离。
进一步，所述统计装置用于生成移动函数G＝|V1-V2|，V1为微波发射装置发射微波的频率，V2为微波接收装置接收微波的频率，利用开普勒原理判断是否有移动的物体，微波发射装置发射的微波被移动的物体反射后，再被微波接收装置接收，由于物体的运动，微波发射装置发射的微波频率和微波接收装置接收的微波的频率会不同，当G为0时统计装置生成表示无移动物体的物体信号，表示微波雷达人体检测模块未检测到滑道入口有游客进入或出口处有游客滑出，当G非0时统计装置生成表示有移动物体的物体信号，表示有游客正在从滑道入口处进入或从滑道出口处滑出。
进一步，所述信号处理模块采用LTV-816S-TA1-D3-TX光耦合器将物体信号转换为数字信号，LTV-816S-TA1-D3-TX光耦合器造价低，利用发光二极管和光感装置将物体信号转换为数字信号，使用寿命长，使用方便，部件常见，易于购买。
一种水上乐园滑道安全预警方法，包括如下步骤：
S1、利用微波雷达人体检测模块在滑道入口及出口检测是否有移动物体，微波雷达人体检测模块可以发射及接收微波，可以利用微波的开普勒效应判断是否有移动的物体；
S2、将微波雷达人体检测模块检测的结果信息转换为数字信号，利用光电耦合器可以实现数字信号的转换，如果检测到移动物体则生成1信号，如果未检测到移动物体则生成0信号；
S3、可以用计算机生成信号函数F＝N×ξ(a，b)+ε(N)并对F的值进行判断，N为数字信号输出值的和，a为滑道入口处数字信号的输出值，b为滑道出口处数字信号的输出值，当a和b均为0时，即滑道入口和出口处均未检测到游客移动，此时ξ(a，b)取1，当a和b不全为0时，即滑道入口或滑道出口处检测到移动的游客，此时ξ(a，b)取0，当N为0时，即处于初始状态，尚未有游客使用滑道，此时ε(N)取2，当N非0时，即已经有游客使用滑道后，ε(N)取0；
S4、可以利用计算机判断F的值，当F为非0偶数时，控制红绿灯显示模块显示绿灯，当F为0或奇数时控制红绿灯显示模块显示红灯；红绿灯模块显示绿灯时，滑道入口处可以进入游客，红绿灯模块显示红灯时，意味着滑道内有游客，滑道入口处不能进入游客。
本发明的积极有益的技术效果包括：
(1)利用微波雷达进行人体感应，可以进行360°检测，微波可以穿透钢化玻璃材质或塑料材质的滑道壁，但移动的人体可以反射微波，微波雷达检测范围大，盲区少；
(2)游客在滑道中速度较快，微波雷达灵敏度高，可以检测高速运动的人体；
(3)设置可调电阻，可以根据现场实际情况调整微波雷达人体检测模块检测的距离；
(4)本发明通过设置滑道、微波雷达人体检测模块、信号处理模块、中控模块和红绿灯显示模块，提供了一种利用微波检测水上乐园滑道内是否有游客的系统和方法，保证游客使用水上乐园滑道时的人身安全，实现了单人进入滑道内显示灯显示、多人同时进入滑道自动实时报警、滑道监测无人值守自动预警的功能，整个装置和方法形成一个统一的系统，确保水上乐园水滑道的使用安全。
本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例进行进一步的说明。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的系统流程图；
图2为本发明的滑道剖面图；
图3为本发明的部分电路图；
图4为本发明系统电源的电路图；
图中，1、滑道；2、红绿灯显示模块；3、微波雷达人体检测模块。
具体实施方式
实施例1：一种水上乐园滑道安全预警系统，如图1-4所示，包括滑道1、微波雷达人体检测模块3、信号处理模块、中控模块和可以显示红灯或绿灯的红绿灯显示模块2；水上乐园的滑道1通常采用的是塑料或钢化玻璃材质；所述微波雷达人体检测模块3、信号处理模块和红绿灯显示模块2包括2组，分别设置在滑道1入口和出口，如图1所示，微波雷达人体检测模块3可以设置在滑道1入口和出口处顶部，既能检测到通过滑道1入口或出口的游客，也可以防止游客直接接触微波雷达人体检测模块3，滑道1入口处的微波雷达人体检测模块3可以朝向滑道1内部斜下方发射微波，滑道1出口处的微波雷达人体检测模块3可以朝向滑道1内部斜上方发射微波，微波雷达人体检测模块3用于检测滑道1入口及出口处是否有移动物体，微波可以穿透玻璃和塑料材质，而无法穿透移动的人体，可以采用图4的电源电路为整个系统供电，图4中，外界供电为12V，C8、C9……C14为电容，C`为可调容量的电容，R11为电阻，D为发光二极管，作为电源指示灯使用，7805模块用于稳压控流，电路为整个系统提供稳定的5V电压；
所述微波雷达人体检测模块3包括微波发射装置、微波接收装置、统计装置和信号输出装置，微波发射装置发射微波，当遇到移动的人体时，微波会反射回来，被微波接收装置接收，微波发射装置可以采用现有技术中的带有磁控管的电路，微波接收装置可以采用现有技术中的LS-5854数字微波接收机，所述统计装置用于统计微波发射装置发射的微波频率和微波接收装置接收的微波频率检测是否存在移动的物体并生成物体信号，物体信号包括有移动物体的信息或无移动物体的信息，可以利用开普勒效应判断滑道1中是否有移动的人体，统计装置可以采用计算机，对比发射的微波信号的波长和接收的微波信号的波长，确定是否有移动的人体，所述信号输出装置用于将物体信号输出，信号输出装置可以采用无线输出的方式将物体信号无线传递至信号处理模块；
所述信号处理模块用于将物体信号转化成数字信号并输出，如图3所示，con为连接到主板的接口，L为光电耦合器，用于将物体信号转换为数字信号，Q为三极管，用于放大信号，LM358为集成模块，LD为微波雷达人体检测模块3的接口，R1、R2……R10均为固定电阻，C1、C2……C7均为固定电容，微波雷达人体检测模块3可以与LD连接，物体信号经过C3、R7和C1、R5组成的滤波电路后做滤波去毛刺处理，经过LM358和Q放大后再经过L转换为数字信号，由于微波雷达人体检测模块3接收的物体信号通常为脉冲信号，其余的电阻和电容用于保护电路、为元器件分压或滤直流，当微波雷达人体检测模块3检测到移动的物体时信号处理模块输出1信号，当微波雷达人体检测模块3未检测到移动的物体时信号处理模块输出0信号；本发明通过设置可调电阻R’，可以根据现场实际情况调整微波雷达人体检测模块检测的距离,能有效进一步提高该安全预警系统的检测准确性；并且，本发明利用微波雷达人体检测模块3可以与LD连接，对物体进行检测得到物体信号，物体信号经过C3、R7和C1、R5组成的滤波电路后做滤波去毛刺处理，能有效提高物体信号的检测可靠性，并经过LM358和Q放大后再经过L转换为数字信号，使得物体信号进一步得到准确放大并实时处理，能有效进一步提高该安全预警系统的检测准确性，达到高效检测预警的目的。
所述中控模块用于生成信号函数F＝N×ξ(a，b)+ε(N)，N为信号处理模块输出值的和，a为滑道1入口处信号处理模块输出的值，b为滑道1出口处信号处理模块输出的值，ξ(a，b)为与a、b的值有关的参数，ε(N)为与N的值有关的参数，当a和b均为0时，ξ(a，b)取1，当a和b不全为0时，ξ(a，b)取0，当N为0时ε(N)取2，当N非0时ε(N)取0，中控模块可以采用现有技术中的计算机，中控模块还用于当F为非0偶数时，控制红绿灯显示模块2显示绿灯，当F为0或奇数时控制红绿灯显示模块2显示红灯；初始状态时，a＝0、b＝0且N＝0，此时ε(N)＝2，F＝2，是偶数，红绿灯显示模块2显示绿灯；当游客从滑道1入口进入时，a＝1、b＝0且N＝1，此时F＝0，红绿灯显示模块2显示红灯；等游客从滑道1入口滑离进入滑到内部时，a＝0、b＝0且N＝1，此时F＝1，是奇数，红绿灯显示模块2显示红灯；当游客滑至滑道1出口处时，a＝0、b＝1且N＝2，此时F＝0，红绿灯显示模块2显示红灯；当游客完全滑出滑道1后，a＝0、b＝0且N＝2，此时F＝2，是偶数，红绿灯显示模块2显示绿灯；当第一名游客滑出滑道1后，第二名游客可以进入滑道1，中控模块继续上述计算判断步骤。本发明利用所述中控模块所生成的信号函数，能有效进一步提高该安全预警系统的检测准确性，达到高效检测预警的目的。
本实施例中，所述水上乐园滑道安全预警系统还包括报警装置，报警装置可以采用设置在滑道1上的声音警报发生器，中控模块还用于生成报警函数H＝Na-Nb，Na为滑道1入口处信号处理模块输出值的和，Nb为滑道1出口处信号处理模块输出值的和，当H≥2时，中控模块控制报警装置启动，当滑道1入口进入一名游客，信号处理模块会输出一次1信号，Na、Nb的值分别与从滑道1入口处进入的游客人数和从滑道1出口处出去的游客人数相等，H≥2时，即从滑道1入口进入的人数比从滑道1出口出去的人数多2个以上，也就是滑道1内的游客尚未出滑道1时又有游客进入滑道1内，此时报警装置启动，提醒游客及工作人员注意情况。
本实施例中，所述水上乐园滑道安全预警系统还包括设置在滑道出口的提醒装置，中控模块还用于当b＝1时控制提醒装置启动，提醒装置可设置为闪烁灯，提醒装置可以与图2中的红绿灯显示模块2连接，当滑道1出口处的信号处理模块检测到移动的人体时b＝1，此时提醒装置启动，闪烁灯启动，提醒出口处将有游客滑出，提醒其他游客看到闪烁灯启动后不要在滑道1出口处活动，避免发生碰撞事故。
本实施例中，所述水上乐园滑道安全预警系统还包括设置在信号处理模块上的可调电阻R`，可以控制用于控制输出数字信号的强弱，可调电阻与三极管及RC电路电连接，可以控制信号处理模块对物体信号的放大倍数，微波发射装置发射微波信号后，遇到较近物体返回后的微波信号较强，遇到较远物体返回后的微波信号较弱，当信号处理模块对物体信号放大倍数增大时，信号处理模块可以对更加微弱的微波信号进行处理，实质的结果是微波雷达人体检测模块3可以测量较远距离的移动人体，通过调整可调电阻的电阻值，可以调整微波雷达人体检测模块3测量的距离；也可以通过控制R`的值，调整提醒装置的启动距离，通过控制微波雷达人体检测模块3可以检测的距离，游客滑到离滑道1确定的距离后，闪烁灯闪烁。
本实施例中，所述统计装置还用于生成移动函数G＝|V1-V2|，V1为微波发射装置发射微波的频率，V2为微波接收装置接收微波的频率，利用开普勒原理微波雷达人体检测模块3可以判断是否有移动的物体，微波发射装置发射的微波被移动的物体反射后，再被微波接收装置接收，由于物体的运动，微波发射装置发射的微波频率和微波接收装置接收的微波的频率会不同，如图2所示，从滑道1入口滑走的游客是远离微波雷达人体检测模块3的，会使接收的微波频率低于发射的微波频率，从滑道1出口滑出的游客是接近微波雷达人体检测模块3的，会使接收的微波频率高于发射的微波频率，当G为0时统计装置生成表示无移动物体的物体信号，表示微波雷达人体检测模块3未检测到滑道1入口有游客进入或出口处有游客滑出，当G非0时统计装置生成表示有移动物体的物体信号，表示有游客正在从滑道1入口处进入或从滑道1出口处滑出。
本实施例中，所述信号处理模块采用LTV-816S-TA1-D3-TX光耦合器将物体信号转换为数字信号，LTV-816S-TA1-D3-TX光耦合器造价低，利用发光二极管和光感装置将物体信号转换为数字信号，原理简单，使用寿命长，使用方便，部件常见，易于购买。
实施例2：一种水上乐园滑道安全预警方法，可以采用上述的系统模块，包括如下步骤：
S1、利用微波雷达人体检测模块3发射及接收微波，利用微波的开普勒效应判断在滑道1入口及出口检测是否有移动的物体，并输出包括有移动物体的信息或无移动物体的信息的物体信号；
S2、将微波雷达人体检测模块3检测的物体信息转换为数字信号，可以利用光电耦合器可以实现数字信号的转换，如果检测到移动物体则生成1信号，如果未检测到移动物体则生成0信号；
S3、可以用计算机生成信号函数F＝N×ξ(a，b)+ε(N)并对F的值进行判断，N为数字信号输出值的和，a为滑道1入口处数字信号的输出值，b为滑道1出口处数字信号的输出值，由于已经转换成数字信号，a和b的值只能是1或0，当a和b均为0时，即滑道1入口和出口处均未检测到游客移动，此时ξ(a，b)取1，当a和b不全为0时，即滑道1入口或滑道1出口处检测到移动的游客，此时ξ(a，b)取0，当N为0时，即处于初始状态，尚未有游客使用滑道1，此时ε(N)取2，当N非0时，即已经有游客使用滑道1后，ε(N)取0；
S4、可以利用计算机判断F的值，当F为非0偶数时，控制红绿灯显示模块2显示绿灯，当F为0或奇数时控制红绿灯显示模块2显示红灯；红绿灯模块显示绿灯时，滑道1入口处可以进入游客，红绿灯模块显示红灯时，意味着滑道1内有游客，滑道1入口处不能进入游客。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
