CASO DI STUDIO: CONTEGGIO DEI PASSEGGERI ATTRAVERSO

Lo studio è stato condotto in Cina nel 2008 al fine di trovare un’alternativa ai metodi più diffusi per il conteggio dei passeggeri che salgono e scendono da un autobus, che sono basati su riprese video e sull’utilizzo di sensori di pressione. I principali problemi che sono stati riscontrati sono il costo elevato e l’influenza delle condizioni climatiche e ambientali per quanto riguarda i metodi che utilizzano le videocamere, mentre i metodi basati sui sensori difficilmente riescono a distinguere la direzione di passaggio.

Il metodo che viene proposto è basato sull’analisi della cinematica del corpo umano.

Per analizzare le caratteristiche cinematiche quando le persone salgono e scendono dalle scale di un autobus, gli autori hanno progettato un sistema per raccogliere i dati di pressione tra il piede e lo scalino. Questo sistema utilizza microprocessori della famiglia ARM per raccogliere in modo continuo i dati quando la gente sale e scende le scale. I dati sono memorizzati e inviati al computer di raccolta dati, poi vengono rappresentati graficamente e analizzati per estrarre un vettore che rappresenti le caratteristiche cinematiche.

Prove sperimentali mostrano che il tempo di passaggio sul pedale di una persona che sale o scende è maggiore di 300 ms. Pertanto se il tempo di passaggio è più breve, il corrispondente dato relativo alla pressione viene visto come un disturbo.

Secondo diversi studi, la camminata di una persona può essere divisa in due parti: la fase di supporto (supporting phase) e la fase di oscillazione (swing phase), come mostrato nella figura seguente.

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Figura 33 – Ciclo della camminata (Fonte: [35])

Si è notato che le proporzioni tra le due fasi non differiscono in modo significativo a seconda del sesso, dell’età o dell’altezza. Altri studi hanno provato che c’è una certa regola nella variazione di pressione tra il piede e il piano d’appoggio durante la camminata in piano. Il massimo valore di pressione si ha ad ogni passo quando il tallone è appoggiato al suolo. L’area della superficie di spinta aumenta con la diminuzione graduale dell’angolo tra il piede e il terreno e anche il valore della forza si riduce. Il valore della forza raggiunge il minimo quando il piede è completamente a terra; un altro massimo si ha quando il tallone si stacca dal suolo mentre la punta del piede è ancora a terra. Quindi, in tutto il ciclo, la componente di pressione di direzione verticale segue un andamento simmetrico con due apici. La pressione tra il piede e il suolo è piccola in direzione orizzontale e lungo gli assi destra-sinistra e avanti-indietro.

Secondo l’analisi appena descritta, il tempo in cui una persona rimane sulla scala corrisponde al minimo della curva pressione-tempo.

Il primo esperimento ha coinvolto 50 persone di diversa età, sesso e postura. L’altezza del gradino usato nell’esperimento è stata fissata a 15 cm. I grafici seguenti mostrano le curve pressione-tempo dopo la rimozione dei disturbi.

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Figura 34 – Grafico pressione-tempo relativi alla salita (Fonte: [35])

Figura 35 – Grafico pressione-tempo relativi alla discesa (Fonte: [35])

I grafici sopra riportati mostrano che l’andamento delle curve di pressione è simile quando diverse persone salgono o scendono da un gradino della stessa altezza. Non ci sono significative differenze tra le curve relative a persone diverse, ad eccezione del valore del picco, il valore del minimo e la durata del minimo. Il tempo che una persona permane sul gradino corrisponde alla durata del minimo nel grafico.

Il secondo esperimento ha coinvolto 50 persone di diversa età, sesso e postura. L’altezza dei gradini usati nell’esperimento è di 15, 20 e 25 cm e ogni persona è salita e scesa da ogni gradino 20 volte. I tre grafici seguenti mostrano le curve pressione-tempo relativi a una sola persona che sale sul gradino dopo la rimozione dei disturbi.

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Figura 36 – Grafici pressione-tempo relativi alla salita su un gradino di 15, 20 e 25 cm di altezza (Fonte: [35])

I tre grafici seguenti mostrano le curve pressione-tempo relativi a una sola persona che scende dal gradino dopo la rimozione dei disturbi.

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I risultati degli esperimenti mostrano che l’andamento dei grafici pressione-tempo sono simili per una persona che sale e scende da gradini di diversa altezza. Il primo picco della curva appare leggermente dopo quando il gradino diventa più alto.

In accordo con le analisi appena effettuate, si è trovato che i vettori che rappresentano le caratteristiche cinematiche della salita e della discesa sono i seguenti: l’intervallo di tempo che intercorre dall’inizio dell’onda al primo picco (T1), il valore del primo picco (F1), l’intervallo di tempo tra il secondo picco e la fine dell’onda (T2), il valore del secondo picco (F2) e le loro combinazioni: R1=F1/T1, R2=F2/T2, F3=F1-F2, R3=R1/R2.

Sono stati ottenuti 1000 gruppi di dati dagli esperimenti. I 560 esempi per l’addestramento sono stati selezionati casualmente da questi dati. La tabella seguente mostra i migliori risultati dell’addestramento SVM.

Model Training samples Recognition samples Recognition rate (%)

Getting on 218 217 99,5413

Getting off 342 333 97,3684

Total 560 550 98,2143

Tabella 31 – Percentuale di riconoscimento in fase di addestramento (Fonte: [35])

Dagli esperimenti sono stati ottenuti 4488 gruppi di dati e sono stati sottoposti al test SVM (precedentemente addestrato). I risultati sono riportati nella tabella seguente.

Model Test samples Recognition samples Recognition rate (%)

Getting on 2462 2375 94,4663

Getting off 2026 1843 90,9674

Total 4488 4218 93,984

Tabella 32 – Percentuale di riconoscimento in fase di test (Fonte: [35])

Dai risultati degli esperimenti si può dedurre che la percentuale di riconoscimento della discesa è inferiore rispetto alla salita. Questo può essere causato dalla grande differenza di pressione tra il piede e il suolo quando le persone scendono dal pedale. Questo problema può essere risolto usando un algoritmo appropriato per eliminare i disturbi.

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Dagli esperimenti si può vedere che la percentuale di riconoscimenti totali è del 93,98%: confrontato con altri metodi, il metodo proposto basato sulla cinematica del corpo umano è più efficiente e accurato.