軌道交通客流監控系統的設計分析

■宋厚尊 ■天津城投樞紐運營管理有限公司，天津 300010

城市軌道交通是解決我國城市交通擁堵問題的主要手段，我國許多大型城市都致力于發展軌道交通。雖然城市軌道交通解決了擁堵問題，方便了人們出行，但也增加了城市管理和安全保障工作難度。尤其在我國多數城市軌道交通無法滿足客流需求的情況下，極容易導致擁堵或故障，容易引起擁擠踩踏事故。因此，實施采集客流量信息，為采取安全措施提供依據，是解決城市軌道交通安全隱患的關鍵。車傳統閉路電視監控系統相比，視頻監控計的主動性和自動化更強，更適合用于城市交通客流監控。因此本文針對基于視頻的軌道交通客流系監控統設計進行分析。

1 軌道交通客流特點及監控系統功能

軌道交通客流監控系統設計應考慮軌道交通客流的特點，并根據軌道交通客流特點進行設計。根據我國各個城市軌道交通客流站的實際情況，我國城市軌道交通客流存在以下特點。一是高峰期時段客流量極大，站臺內人口密度高，人群發生擁堵、阻滯的幾率高;二是客流流動性極大，非行人活動物體多;三是客流集中，并主要集中在站臺、出入庫及換乘通道等幾個區域;四是行人姿態各異，光線、陰影對監控的干擾大［1］。基于以上特點，基于視頻的軌道交通客流監控系統需要根據客流變化實現動態采集，計算并提取圖像數據，識別行人，從而完成對客流安全狀態的判別。此外，由于軌道交通站內分區設置明顯，監控攝像頭的數量、高度和角度需根據不同區域的功能進行安裝，并能實現對系統整體的統一管理。

軌道交通客流監控系統的功能為對車站內主要客流幾種區域進行監控，并根據對監控視頻圖像進行分析、處理和識別，根據識別數據確定客流安全狀態等級，為工作人員采取安全管理措施提供參考，確保交通運輸安全。根據軌道交通客流特點及監控系統的任務功能，客流監控系統應具備實時性、準確性和穩定性特點。實時性是指系統應實時采集客流視頻，實時分析客流視頻，實時反饋視頻數據［2］。準確性是指系統應提高行人識別的準確度，減少誤判。穩定性是指系統應能夠長期可靠運行，系統自身發生故障或因其它因素引起停止運行的幾率低。

2 軌道交通客流監控系統設計

2．1 硬件系統平臺設計

根據客流監控系統的功能，軌道交通控制系統可采用以下硬件平臺結構設計，攝像機采集客流視頻，依次經數字硬盤刻錄機、計算機處理后，由顯示器顯示客流狀況，達到對客流狀況的實施監控。監控系統硬件平臺設計結構如見圖1。

2．1．1 攝像機

攝像機負責客流圖像采集。以組成元件進行劃分，攝像機分為CCD和CMOS兩類［3］。由于軌道交通站內存在許多不穩定因素，對視頻圖像的影響較大，攝像機應具備更高的成像能力才能滿足要求。而CCD具有集成度高、能耗小的特點，CCD攝像機更適合作為監控系統的圖像傳感器。由于不同安裝角度和高度對攝像機拍攝的質量有很大影響，因而為提高圖像質量，方便圖像處理，可將攝像機設置在站內設施頂部，不僅可以減少來往行人的遮擋，增加圖像處理難度;還能提高攝像機監控范圍，減少攝像機使用數量。

2．1.2 數字硬盤刻錄機

數字硬盤刻錄機的作用在于將模擬視頻信號轉換為數字視頻信號，并存儲轉換后的視頻信號［4］。數字硬盤刻錄機不僅具備信號轉換和存儲功能，還能提供圖像錄制、播放及管理功能。

2．1.3 計算機

計算機是整個系統運行的載體，圖像處理、監控和管理等行為均在計算器平臺完成。

2．1.4 顯示器

顯示器負責呈現轉換和計算機處理后的視頻圖像，以實現一對一或一堆多的視頻監視功能，工作人員可以通過顯示器實現對站內各區域客流狀況的實施監控。

2．2 軟件系統設計

攝像頭采集客流圖像后，需要使用圖像處理軟件對客流模擬視頻信號進行后續分析和識別。該軌道交通客流監控系統的軟件系統采用基于Visua1 C++和MATLAB混合編程實現。Visua1 C++是當前主流應用程序開發環境之一，具有功能強大、執行速度快、效率高的特點。但是缺點也比較明顯，Visua1 C++進行科學計算的函數庫不豐富，讀取和現實圖像數據的程序繁瑣。Mat1ab是將各類數據分析、矩陣計算、信號處理和圖形顯示結合于一體的軟件，Mat1ab可調用大量高精度函數，是一種清潔、高效的編程工具。但是，由于Mat1ab使用解釋性語言，Mat1ab的執行速度和應用范圍受受到極大限制，因此本研究采用Visua1 C++和Mat1ab聯合進行系統軟件平臺設計［5］。在該軌道交通客流監控系統設計中，Visua1 C++和Mat1ab混合編程采用Ma1tab引擎方式和動態連接庫的方式實現混合編程。

2．2.1 Maltab引擎

Ma1tab引擎是指一組支持C/C++、Fortran等語言的接口函數，實現在其他編程環境中對Ma1tab進行控制。接口函數主要包括打開或關閉一個Ma1tab對話框、向Ma1tab環境發送命令、寫入數據或讀取數據。Ma1tab引擎方式設置主要包括數據類型mxArray、引擎函數和Mat1ab環境的配置。mxArray類型是Mat1ab引起函數中所欲與變量有關的數據類型，引擎函數可以實現VC對Mat1ab的控制，常用函數有engEva1－String、engOpen、engGetVariab1e 等［6］。Mat1ab 環境的配置分為以下步驟，分別為注冊Mat1ab、在VC中配置混合編程環境依次引入engine．h頭文件和Mat1ab對應庫文件。

2．2.2 編譯動態鏈接庫

使用Mat1ab的編譯器將M文件編譯成動態鏈接庫，并于Visua1 Studio中調用。實現過程:首先建立M文件“myfun”，再生成C++開發過程所需的程序和發布時所需的文件，創建MFC應用程序作為調用程序。

3 結語

本文只對監控系統設計進行簡要分析，還有很多工作需進一步探索和完善。如系統實時性對識別精度的影響、視頻監控的單目視覺方式帶來的遮擋問題等，還需要再未來的實驗和實際工作中不斷完善。

［1］陳小鴻，王翔，李佳等．城市軌道交通客流增長滯后性與預測方法研究［J］．城市軌道交通研究，2014，17(11):22 －27．

［2］李瀟瀟，朱艷．軌道交通綜合監控系統前端處理器接入方案比選［J］．鐵路計算機應用，2014，13(11):48 －50．

［3］譚筠梅，王履程，雷濤等．城市軌道交通智能視頻分析關鍵技術綜述［J］．計算機工程與應用，2014，17(4):1 －6．

［4］譚筠梅，王履程，雷濤等．城市軌道交通智能視頻分析關鍵技術綜述［J］．計算機工程與應用，2013，15(10):584 －585．

［5］陳志兵，倪瑋．城市軌道交通綜合監控系統的技術發展［J］．城市建設理論研究(電子版)，2015，03(5):3724 －3725．

［6］李天輝．城市軌道交通綜合監控系統的技術發展［J］．自動化博覽，2013，44(10):80－84．