多功能集成的高精度客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

文/史聰靈 車洪磊 何競(jìng)擇 胥旋

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營格局的形成、客流規(guī)模的不斷增加，大客流風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，在突發(fā)情況下極易發(fā)生踩踏等安全事故。中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院聯(lián)合相關(guān)單位研制了多功能集成的高精度客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)客流數(shù)量、區(qū)域客流密度、異常行為的秒級(jí)高精度識(shí)別統(tǒng)計(jì)以及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控預(yù)警，有效防范突發(fā)事件下人員踩踏風(fēng)險(xiǎn)，為提高城市軌道交通的客流疏運(yùn)安全提供了技術(shù)支撐。

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營時(shí)代的到來，大客流疏運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)與日俱增，在突發(fā)情況下極易發(fā)生踩踏等安全事故。城市軌道交通大客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)是為了有效防范各類突發(fā)事件人員聚集踩踏風(fēng)險(xiǎn)，而開展實(shí)施的一整套技術(shù)解決方案。

當(dāng)前，城市軌道交通的綜合監(jiān)控系統(tǒng)雖然可對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、AFC 等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)集中監(jiān)視和控制；但還無法實(shí)時(shí)對(duì)站內(nèi)客流流量、密度等進(jìn)行高精度、定量化的監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。為此中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院聯(lián)合相關(guān)單位研制了具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多功能高精度客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。

多功能高精度客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)核心是集成了基于光強(qiáng)度調(diào)制技術(shù)（MLI）及飛行時(shí)間法（ToF）原理、動(dòng)靜態(tài)幀智能識(shí)別技術(shù)、行為智能分析技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)客流數(shù)量、區(qū)域客流密度等秒級(jí)識(shí)別統(tǒng)計(jì)（準(zhǔn)確度可達(dá)99%）以及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控預(yù)警。如圖1 所示，可廣泛應(yīng)用于地鐵車站、機(jī)場(chǎng)、火車站等人員密集場(chǎng)所。

基于MLI&ToF 原理的高精度客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是，高精度ToF 圖像采集，圖像噪聲抑制與人物分割，動(dòng)靜態(tài)幀的自動(dòng)學(xué)習(xí)和智能識(shí)別技術(shù)，以及人物行為分析，如圖2、圖3 所示。

圖1 高精度客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 基于MLI&ToF原理的監(jiān)控預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)

圖3 動(dòng)靜態(tài)幀智能識(shí)別技術(shù)

主要功能

第一，在出入口人流量計(jì)數(shù)，在通道、站廳、站臺(tái)等不同區(qū)域的出入口處布置人流量高精度計(jì)數(shù)傳感器，實(shí)時(shí)采集客流數(shù)量和通行速度等基礎(chǔ)參數(shù)，識(shí)別精度達(dá)到99%以上，形成對(duì)節(jié)點(diǎn)流量的高精度統(tǒng)計(jì)。

第二，區(qū)域內(nèi)人員密度統(tǒng)計(jì)，通過自動(dòng)學(xué)習(xí)和動(dòng)靜態(tài)幀智能分析技術(shù)，可集成現(xiàn)有已安裝的視頻系統(tǒng)，提高了基于視頻識(shí)別的人群密度識(shí)別精度，密度識(shí)別精度達(dá)到95%以上。

第三，人群密度自動(dòng)分級(jí)報(bào)警，系統(tǒng)集成了監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人群密度的分級(jí)報(bào)警模型，對(duì)人群密度、區(qū)域可容納量、排隊(duì)等進(jìn)行報(bào)警，提供可預(yù)設(shè)、可修正的分級(jí)報(bào)警算法。

第四，疏散時(shí)間計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的客流量和通道通行能力，根據(jù)快速人員疏散計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)人員疏散時(shí)間的快速計(jì)算，確保應(yīng)急狀態(tài)下能夠有序疏散。

第五，異常行為報(bào)警及計(jì)數(shù)，系統(tǒng)集成監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人群異常行為分析算法，對(duì)尾隨、區(qū)域入侵，徘徊，人員聚集，逆向行進(jìn)有標(biāo)記和計(jì)數(shù)功能。

圖4 地鐵客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)界面

第六，安全員需求估計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)客流分布和通行、異常行為等情況，智能估計(jì)各區(qū)域安全員需求。并根據(jù)實(shí)際安全員人數(shù)，合理調(diào)配人員，重點(diǎn)監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)集中區(qū)域。

第七，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢，實(shí)現(xiàn)客流曲線的秒、分、小時(shí)、天、周、月等不同時(shí)間間隔的報(bào)表存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢、對(duì)比分析等，如圖4 所示。

第八，各站風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)排序，根據(jù)各個(gè)車站的客流量以及通道情況等，利用大客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)可自動(dòng)計(jì)算各站的大客流風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

第九，預(yù)警并聯(lián)動(dòng)預(yù)案，根據(jù)分級(jí)預(yù)警自動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案聯(lián)動(dòng)，應(yīng)急預(yù)案包括站外指示、信息發(fā)布、站外限流等。

第十，大數(shù)據(jù)分析，與大數(shù)據(jù)平臺(tái)做好數(shù)據(jù)接口，客流監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入運(yùn)營總部大數(shù)據(jù)平臺(tái)，進(jìn)行客流數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)分析，并在后期與設(shè)備狀態(tài)、AFC 等其他大數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

大客流監(jiān)控預(yù)警歷代技術(shù)對(duì)比表

主要優(yōu)勢(shì)

地鐵大客流監(jiān)控預(yù)警技術(shù)經(jīng)過了四代技術(shù)創(chuàng)新，精準(zhǔn)度更高、可靠性更好，大客流監(jiān)控預(yù)警歷代技術(shù)對(duì)比，見上表所示。

首先，獨(dú)特的追蹤與探測(cè)功能。可在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)精確跟蹤及記錄人的移動(dòng)軌跡，與被動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)、掃描成像系統(tǒng)或二維視頻成像系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的人員追蹤能力更強(qiáng)，工作速度更快，計(jì)數(shù)精度更高，能夠準(zhǔn)確分析現(xiàn)場(chǎng)人流情況。

其次，無與倫比的精準(zhǔn)度——99%。算法專門針對(duì)各種復(fù)雜情況設(shè)計(jì)，包括隨身攜帶行李，拖曳箱包，各種發(fā)飾和帽子，多人緊貼等，經(jīng)過大量測(cè)試以確保能夠?qū)θ藛T進(jìn)行可靠的個(gè)體探測(cè)、追蹤和統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。

最后，多種光線條件下運(yùn)行，確保高可靠性。由于傳感器自帶光源和獨(dú)創(chuàng)的MLI 技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的照明條件和照明變化無特殊要求，特別是在完全黑暗的環(huán)境中，準(zhǔn)確率不降低。

應(yīng)用價(jià)值

高精度客流監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)通過在車站各出入口、步行梯及自動(dòng)扶梯、換乘通道、站臺(tái)、站廳、屏蔽門等位置設(shè)置高精度監(jiān)控點(diǎn)位，同時(shí)，利用獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的視頻分析算法，可集成現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，改造集成費(fèi)用大大降低。實(shí)現(xiàn)了對(duì)大客流運(yùn)行中的節(jié)點(diǎn)客流數(shù)量、排隊(duì)長度、區(qū)域客流密度、異常行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。系統(tǒng)根據(jù)客流動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)掌控客流趨勢(shì)，減小了客流疏運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。本技術(shù)的應(yīng)用為車站大客流動(dòng)態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)預(yù)警和限流提供科學(xué)支撐，保障了地鐵車站客流疏運(yùn)安全。[本文作者單位系中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院交通安全研究所。本文得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（71774148），中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（2019JBKY12、2019JBKY02），中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院“萬人計(jì)劃”入選人才特殊支持經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（WRJH201801）等項(xiàng)目資助，作者在此表示感謝。]