一種高鐵多功能旋轉座椅設計

宋京

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一種高鐵多功能旋轉座椅設計

宋京

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

為了高鐵座椅舒適化及操作便捷性，文章設計了一種多功能旋轉座椅，設計包括：整體座椅旋轉功能，到站提醒功能，以及通過攝像頭人臉識別算法，疲勞檢測算法判斷座位是否有乘客及其是否處在疲勞狀態以便進行久坐提醒及降低顯示屏功耗等動能。為高鐵座椅高效化提供一種解決方案。

旋轉；多功能；座椅；人臉識別

前言

近年來，我國高鐵建設迅速發展，我們發現平常高鐵出行中乘務員對每個乘客的到站信息并不是很了解；還是有乘客做過站的情況出現；有些乘客一坐就是幾個小時，容易疲勞，沒有為乘客提供提醒功能，當座椅需要調整方向時，需要工作人員耗費大量時間去人工調整。基于以痛點，本文設計此高鐵多功能旋轉座椅，具有一定的現實意義。

1 機械結構設計

機械結構如下圖1所示，座位的靠背反面安裝有液晶屏1，液晶屏內置車票二維碼掃描器；振動器3安裝于座椅靠背正面；小型旋轉攝像頭13安裝于座椅上方的行李架上并傾斜一定角度，座位旋轉盤7通過定位銷與座位架6底部連接，在座位旋轉盤7與底座8之間安裝有步進電機9和兩個絲桿螺母機構5，步進電機9頂端旋轉部分與旋轉盤7連接，絲桿螺母機構5頂部與座位架6連接。

圖1

2 算法設計

識別座位是否有乘客及其是否處在疲勞狀態包括運用AdaBoost算法進行人臉檢測：AdaBoost算法是一種迭代算法，即針對同一個訓練集訓練不同的分類器，即弱分類器，然后把這些弱分類器集合起來，構成一個更強的最終分類器。給定一系列訓練樣本(1,1)，(2,2)，.......(p,q)，其中1=0表示其為非人臉樣本，1=1表示人臉樣本，為總共的訓練樣本數。

對每個特征f，訓練一個弱分類器（,,,）；計算對應所有特征的若分類器的加權r錯誤率ζ ：

（3）選取最佳的弱分類器h（）

（4）最后的強分類為：

經上述算法處理后，可得到三個或兩個人臉部分圖像，需對人臉圖像進行標號和單獨處理，運用模板匹配算法進行人眼粗定位：設模板匹配系數為()：

其中：

由于人眼近似于圓形，便可以運用極坐標變化進行人眼瞳孔精確定位和狀態識別：

對粗定位區域進行邊緣點檢測，并保存它的坐標（X,Y）；設角度與半徑r的變化范圍；

計算出在單位時間內圖像幀的總數量，與人臉位置坐標不變的圖像幀總數量的比值：

將W值與實驗模板中人在疲勞狀體下的1值比較，判斷乘客是否進入疲勞狀態。

計算出在單位時間內圖像幀的總數量，與眼睛閉合狀態圖像幀的總數量的比值：

將T值與實驗模板中人在疲勞狀體下的1值比較，判斷乘客是否進入疲勞狀態。

判斷出無乘客或乘客進入疲勞狀態后，液晶顯示屏自動進入免打擾模式，但震動系統仍需繼續運行。

3 旋轉設計

座位旋轉盤通過定位銷與座位架底部連接，在座位旋轉盤與底座之間安裝有步進電機和兩個絲桿螺母機構，步進電機頂端旋轉部分與旋轉盤連接，絲桿螺母機構頂部與座位架連接。電機配合絲桿螺母機構在座位啟動旋轉后，自動下降至座位旋轉盤下一段距離，待座椅旋轉結束方向固定后，回升至原先位置實現座位固定。步進電機精確控制座位旋轉角度實現座位180°旋轉。經查高鐵車廂橫向尺寸總長1=2410，二等座三人座椅橫向尺寸2=1420，二人座椅橫向尺寸3=930，整個車廂座椅同時旋轉，座椅之間在旋轉過程中始終保持平行狀態，所以不存在縱向干涉問題，以座椅中心為旋轉中心，座椅旋轉過程中所形成的兩個半圓直徑之和為4=23502410=1，所以也不存在橫向干涉問題。

4 結論

與現有技術相比，本設計可以使乘客體驗更舒適，使列車更智能，效率更高，管理更方便，減少人工成本。

[1] 金傳洋,孫劍橋,邱雪歡,張惠民.基于PCA算法的人臉識別算法設計與實現[J].福建電腦,2018,34(11):108-109+117.

[2] 仇維斌,陳輝,嚴巖.高速列車座椅自動旋轉控制器設計[J].微特電機,2017,45(06):87-89+97.

Design of a High-speed Rail Multi-function Rotary Seat

Song Jing

( School of Automobile, Chang'an University, shaanxi Xi'an 710064 )

For high iron seat comfort and convenience operation, this paper designs a multi-function rotating seats, design includes: overall seat rotate function, remind function, and through the camera face recognition algorithm, a passenger and its fatigue detection algorithm to determine whether a seat is a state of fatigue for sedentary remind and reduce the power consumption of the display screen and other kinetic energy.It provides a solution for the high efficiency of high speed rail seats.

Rotation; multi-function; seat; face recognition

A

1671-7988(2019)03-149-02

U238

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1671-7988(2019)03-149-02

U238

宋京(1994.7-)，男，陜西渭南，碩士，學生，研究方向智能機械。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.049