基于視頻分析技術的車站大客流預警系統

吳麗娜

摘要：南京地鐵當前客流量逐年上升，對車站遇到大客流集中出現時通過實時的大客流預警，可以使運營人員對乘客安全、客運組織等方面出現的問題進行有效的處理，進而達到安全運營的目的。本文主要分析了車站大客流預警系統的實現，僅供參考。

關鍵詞：南京地鐵；大客流；預警系統；視頻分析技術

1.車站大客流預警的現狀與問題

如今，車站大客流預警主要是通過工作人員的工作經驗和特定區域的監控圖像來對突發大客流進行預警，并制定有效的疏散措施，但是這樣的大客流預警不僅缺乏客流量定性依據，而且存在工作人員的責任心、工作態度、巡視時間周期及及時察看視頻等一系列問題，從而影響車站大客流預警的整體效果。實際上，車站大客流預警一般是簡單的根據各車站進出站閘機所傳遞的信息來統計客流，但是這種預警統計方式所統計的客流量缺乏真實性和準確性，不能對車站大客流進行實時、動態的統計，最多只能顯示乘客進站、出站的人數與位置，同時在乘客換乘車站時也不能準確統計換乘通道中現有多少客流。對于這個問題，目前國內外還沒有現成的統計技術和方法可用。另一方面，大部分換乘樞紐站不能部署AFC系統，雖然可以布置，但是AFC客流數據存在延時性，對換乘通道的客流統計與實際客流量存在較大差異。

總之，目前國內外的地鐵運營方都缺乏對客流實時數據的準確統計，缺乏理論上的算法驗證，無論在精確度還是實時度方面，大客流的統計都是差強人意的，更談不上能通過對歷史客流數據的分析和挖掘來準確判斷和預警，幫助客運人員安排現場疏導。可以說在現有的技術條件下，地鐵運營方對整個路網實時客流（特別是換乘客流）的預警、統計分析技術與應用領域還是空白。

2.車站大客流預警的目的

車站大客流預警系統研究項目的開展，目的在于在南京地鐵的樞紐站，建立監測、預警、預案處置的綜合性危機解除機制。

利用現有攝像頭，可以對車站大客流進行檢測，并且對無法監測到的重要位置進行攝像頭的補充，最終實現對閘機口、售票區、站臺-站廳樓梯、一號線到二號線換乘通道、站臺等人流容易積壓區域監測預警。

利用智能視頻分析等技術手段，打破單一的依靠人員巡視應對突發大客流發出預警等問題，進行實時的、準確的、高效的客流信息分析、收集、預警，而且還可以有效啟動與該系統相對應的響應處置程序，這樣不僅可以有效提高大客流響應效率，而且還可以避免出現人員踩踏事故，有效降低事故造成的經濟損失。

實現本車站和地鐵OA內網中的管理人員，能夠實時查看地鐵客流數據、檢索歷史客流數據、及時推送與查看任意時刻的預警信息。

3.車站大客流預警系統的可行性

為了實施大客流預警系統，我們對車站的現有監控基礎設施條件作了前期調研。

3.1監控設施

南京地鐵閉路電視監控系統由車站本地監控、中心遠端監控和傳輸通道三部分組成。車站本地監控含前端攝像機組件（包括攝像機、護罩、支架、鏡頭、云臺等），信號處理系統（包括畫面處理器、矩陣控制鍵盤、視頻矩陣、隔離地變壓器、字符疊加分配器、后置視頻放大器、避雷器等），圖像記錄顯示系統（包括數字硬盤錄像機、專業視頻監視器等組成）。中心遠端監控由遠程多媒體控制服務器、錄像管理服務器、多媒體控制客戶端、專業視頻監視器等組成。傳輸通道主要是由以太網通道、OTN傳輸通道及線纜傳輸通道等組成。

每個車站的監控系統是電視聯網系統中的一個節點，可以獨立工作，實現本地的所有視頻管理和控制功能。它為每個車站的站廳與升降電梯等重要位置提供全視頻監視。

攝像機的視頻信號通過專用視頻電纜傳輸，最遠可達1公里。車站的監控系統的視頻矩陣，可提供足夠的路數的視頻輸入/輸出與以太網接口接入。

作為項目可行性的前期調研結果，南京地鐵現有的閉路電視監控系統在添加必要的監設備施后完全可以滿足構建大客流預警系統的基礎設施需求。

對于通道和上下車客流，通過垂直架設的攝像機可以有效避免遮擋的情況，分析服務器分析垂直架設的攝像機的圖像，對行人進行檢測并跟蹤，從而進行客流統計，計精度可以高達95%。

3.2網絡與通信條件

南京地鐵選購了西門子SBCS雙環結構OTN2600光纖網，其具有一定的自愈能力，可以作為整個地鐵運行過程中的通信城域網絡。西門子的OTN是支持多層協議的開放式的傳輸網絡，它可以根據數據、語音、視頻等業務的相關標準設計接口，使符合這些標準的設備可通過OTN節點機毫無限制地直接互聯，帶寬與可擴展性能可以實現對車站大客流的有效管理，如閉路電視監控系統、環境控制系統、公務/專業電話系統、電力控制系統、防災系統、AFC系統、OA系統、廣播服務系統等。每個車站系統都能獲得獨立穩定的2M bps帶寬的傳輸通道（提供一個E1接口）。

因為大客流預警系統將與地鐵AFC等其他系統一樣是借助于現有地鐵網路設施的一個相對南京地鐵公司網絡中的獨立網絡，南京地鐵現有網絡設施條件完全可以滿足構建大客流預警系統的網路與通信的需求。

4.大客流預警系統的安全體系與功能分析

大客流預警系統信息安全保密將以國際與國家制訂的準則與標準為依據，提供各種安全保密服務。

4.1軟件隱患防范

為軟件安全與保密，大客流預警系統在設計時使用正板軟件，正規使用第三方軟件，禁止使用“后門”程序（例如模擬事件實現第三方軟件的特定按鈕，當系統運行時你無法阻止使用者使用強力殺毒程序，而殺毒程序會把這種模擬事件程序作為病毒清除，而導致系統不能正常運行，甚至系統崩潰）。

4.2系統配置

該類隱患主要是不當的網絡結構和配置造成的信息傳輸故障。本系統使用成熟的設備，按系統要求嚴格配置，保證端到端防火墻或者防火墻到防火墻之間的安全，防止IP地址欺騙、發送郵件攻擊、網絡文件系統攻擊、網絡信息服務攻擊、掃描器攻擊、口令攻擊、嗅探攻擊、病毒和破壞性攻擊等，防止黑客通過尋找并利用網絡系統的脆弱性和軟件的漏洞，來進行身份標識、刺探竊取口令或避開計算機安全系統來對其進行控制，以實現對計算機網絡或數據庫的非法進入，竊取其中的信息。

4.3安全防范

大客流預警系統中存儲有大量的企業信息資源，對這類信息系統將采取嚴格防范措施保證其機密性、完整性、可用性、可控性。采用登錄口令、訪問權控制、身份認證、經授權的部分信息的特定范圍內公開訪問與處理、防止非法訪問系統，病毒入侵，篡改、黑客攻擊。

4.4數據備份

系統中信息的備份與恢復是提高數據完整性的基本措施，本系統的備份與恢復工作由系統自動完成，可設置系統每天在服務器之間互相備份數據庫數據。

4.5功能分析

通常情況下，大客流預警系統能夠實時計算、存儲、顯示、分析地鐵車站客運流量；提供多種形式的數據報表；統計查詢歷史數據；有效分析和挖掘數據信息，從而為管理者提供決策信息；管理者能夠借助系統PC終端來對任意時刻、任意時間段的客流數據進行查看；提供預警信息，并采取有效措施給予處理。

5.大客流預警系統結構

5.1大客流預警系統布線

大客流預警系統是獨立于現有車站監控系統，或者說是現有車站監控系統的子系統。

5.2大客流預警系統架構

實際上，大客流預警系統主要是由管理服務器、分析服務器與客戶端界面等部分組成。

管理服務器功能：統計報表、監控調用、分析客流數據、用戶管理、推送預警、查詢歷史數據等。

分析服務器功能：識別圖像中的客流數量，捕捉攝像機中的實時數據，并借助深度學習算法對數據進行分析，并把分析后的圖片信息、數據信息傳遞到管理服務器中。

大客流預警系統采用了B/S軟件結構，即所謂的瀏覽器/服務器架構，系統管理部分選擇了B/S結構，其具有維護方便、分布性強、開發簡單成本低、共享性好、通用性和易用性等優勢。

6.結語

綜上所述，地鐵大客流預警系統是多學科相互交融的復雜系統工程，其實現的主要難點是人頭數識別算法中特殊監控攝像頭（如球機型攝像頭）的動態性問題、現場光照的動態性變化問題、攝像頭角度、高度以及照射區域距離遠近人頭像素比例問題，在具體的實踐中，還需要更多數據分析和技術支持，才能確保系統的準確性和可靠性。

（作者單位：南京地鐵運營有限責任公司）