城市軌道交通自動扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

羅情平，房斌，唐連波

（青島地鐵集團有限公司，山東 青島 266100）

1 研究背景

隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，自動扶梯數(shù)量不斷增加。目前，青島地鐵已擁有超過1000 部自動扶梯，它們每天輸送著超過1000 萬人次客流。多數(shù)自動扶梯上的危險狀態(tài)是由于人員的滑倒和跌倒導(dǎo)致。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)生在自動扶梯上的客傷占到青島地鐵客傷總數(shù)的70%，平均每年約130 起。如何有效避免客傷，提高運營效率成為人們競相研究的重要課題。調(diào)研現(xiàn)階段地鐵自動扶梯運營管理主要存在以下幾方面的問題：（1）大量視頻數(shù)據(jù)需要人工監(jiān)視，效率低、效果差、應(yīng)急響應(yīng)慢；（2）自動扶梯日常巡視消耗人工多；（3）自動扶梯無法對異常的人流狀態(tài)進行檢測并調(diào)整；（4）扶梯語音播報舒適性不好；（5）監(jiān)控信息不能有效地指示、指導(dǎo)站務(wù)管理人員的處理。針對以上問題，期望通過在地鐵車站內(nèi)安裝自動扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)，利用先進的智能分析、圖像識別技術(shù)，幫助地鐵運營單位實現(xiàn)自動扶梯的運營管理從“信息化”向“智能化”躍升、達到提高管理能級、提升管控能力的目標(biāo)。

2 系統(tǒng)功能

2.1 乘客摔倒、逆行檢測及遠程緊急停止控制

通過安裝在自動扶梯下方的高清數(shù)字攝像頭與圖像分析服務(wù)器，實時判斷自動扶梯上是否存在乘客摔倒或逆行等危險行為。如判斷發(fā)生乘客摔倒或逆行等危險行為，將實時視頻在監(jiān)控終端界面上顯示，提醒該自動扶梯可能存在乘客摔倒或逆行等危險行為，由運營管理人員通過車控室內(nèi)的遠程急停按鈕停梯，或通知運營巡視人員人工停梯。

其中，系統(tǒng)定義的正常模型信息如下：

（1）乘客摔倒：乘客發(fā)生突發(fā)、不自主的、非故意的體位改變，倒在運行的自動扶梯梯級上。當(dāng)乘客身體背部或頭部接觸梯級時，則被認定為乘客摔倒事件。

（2）乘客逆行：乘客在以名義速度運行的自動扶梯上，以超過1m/s 的速度步行，且步行方向與自動扶梯運行方向相反，步行距離超過3 個梯級，則被認定為乘客逆行事件。

2.2 出口擁堵檢測及遠程緊急停止控制

通過安裝在自動扶梯出口處的擁堵檢測雙目攝像頭檢測是否在自動扶梯的出口處發(fā)生了擁堵現(xiàn)象。如判斷發(fā)生擁堵現(xiàn)象，將該擁堵自動扶梯的實時視頻在監(jiān)控終端界面上顯示，提醒該自動扶梯可能存在擁堵造成危險，由運營管理人員通過車控室內(nèi)的遠程急停按鈕停梯，或通知運營巡視人員人工停梯。

自動扶梯出口擁堵定義：因自動扶梯出口暢通區(qū)域受阻塞，而使自動扶梯無法實現(xiàn)所需要的輸送能力的狀態(tài)，則被認定為自動扶梯出口擁堵事件。

2.3 自動扶梯智能語音播報功能

運用智能控制優(yōu)化技術(shù)，自動扶梯可根據(jù)運行異常情況智能調(diào)整語音播報內(nèi)容。例如，當(dāng)發(fā)生出口擁堵時，語音播報裝置發(fā)出“扶梯發(fā)生擁堵，請注意安全”提示音；當(dāng)發(fā)生乘客摔倒事件時，語音播報裝置發(fā)出“乘客跌倒，請注意安全，可按紅色急停按鈕停梯” 提示音；當(dāng)發(fā)生乘客逆行事件時，語音播報裝置發(fā)出“逆行危險，請注意安全”提示音。

根據(jù)自動扶梯周圍實時變化的環(huán)境背景噪聲自動調(diào)節(jié)語音播報音量，解決環(huán)境嘈雜時語音播報不清晰、環(huán)境安靜時語音播報過于嘈雜的問題。當(dāng)環(huán)境噪聲在60 ～75dB 范圍內(nèi)時，其自動扶梯出入口處聲壓級應(yīng)高于背景噪聲8 ～12dB，最大播報音量不超過90dB；語音播報音量大小可由車站管理人員根據(jù)舒適性現(xiàn)場調(diào)節(jié)；語音播報內(nèi)容可現(xiàn)場更新。

2.4 智能早晚安全自動啟停功能

根據(jù)地鐵運營時間要求，在結(jié)束運營時，語音提示2min后切換至停止待機；開始運營前1 小時，語音提示2min 后切換至名義速度。若準(zhǔn)備啟動運行時自動扶梯處于正常停止?fàn)顟B(tài)（正常時應(yīng)為停止待機狀態(tài)），通過在監(jiān)控終端界面上發(fā)出提醒該自動扶梯需人工啟動。

晚間處于停止待機狀態(tài)下的自動扶梯，若檢測到有人進入，將轉(zhuǎn)為正常停止?fàn)顟B(tài)。該自動扶梯在開始運營前1 小時將無法轉(zhuǎn)為高速待機，需人工啟動。監(jiān)控終端接收到自動扶梯發(fā)送的正常停止，界面彈出對應(yīng)自動扶梯的提示，操作人員確認后跳出實時視頻，確認后跳轉(zhuǎn)至監(jiān)控主界面。

監(jiān)控終端定期向自動扶梯發(fā)起時鐘校準(zhǔn)。

3 試點應(yīng)用情況

青島地鐵選取一較繁忙地鐵車站，進行了為期12 個月的自動扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)的試點應(yīng)用。通過對本車站共計26 臺自動扶梯進行設(shè)備改造來實現(xiàn)智能安全監(jiān)控功能。系統(tǒng)主要由遠程控制操作裝置、擁堵檢測攝像機、固定攝像機、圖像分析服務(wù)器、遠程控制裝置組件、自動扶梯接口裝置、語音播報裝置、網(wǎng)絡(luò)交換機等軟硬件組成。通過試點應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

（1）自動扶梯上人員摔倒、逆行檢測及遠程緊急停止控制功能對于上行自動扶梯、下部梳齒與梯級相交線以上1～10 梯級上的人員各種方式跌落進行識別，無漏報情況發(fā)生；并且對于人員反向逆行的事件進行了有效識別，系統(tǒng)響應(yīng)時延均在2s 以內(nèi)，并且能夠有效地響應(yīng)和處置運營中出現(xiàn)的類似乘客摔倒等的突發(fā)狀況。

表1 摔倒、逆行檢測運行情況匯總表

（2）自動扶梯出口擁堵檢測及遠程緊急停止控制功能對于擁堵事件（即超過判別擁堵人數(shù)的人員滯留在判別擁堵區(qū)域超過判別擁堵時間）進行有效識別，無漏報情況發(fā)生，系統(tǒng)響應(yīng)時延均在2s 以內(nèi)，并且能夠有效地響應(yīng)和處置運營中出現(xiàn)的自動扶梯出口擁堵的狀況。

表2 出口擁堵檢測運行情況匯總表

（3）自動扶梯智能語音播報功能可有效地在扶梯上對緊急事件進行有效提醒，阻止乘客不當(dāng)行為發(fā)生，避免事故影響擴大化；并且能夠根據(jù)環(huán)境噪音實時調(diào)整語音播報音量，保持語音播報音量比實時環(huán)境噪音高8 ～12dB，有效地解決環(huán)境噪音和播報音量不匹配的問題，進一步提高了乘客的舒適感。

（4）自動扶梯智能早晚安全自動啟停功能可根據(jù)車站需要，分工作日、休息日以及分車站區(qū)域調(diào)整扶梯早晚自動啟停時間，在進行自動啟停時，可確保扶梯上無人，并且在自動啟停前語音播報提醒乘梯人員盡快離開。由于該功能需要在滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下進行，對于自動啟停失敗的自動扶梯彈窗提醒車站管理人工干預(yù)，可以大大減少其開、關(guān)梯工作量，減輕車站站務(wù)人員工作強度。

表3 扶梯現(xiàn)場管理耗時統(tǒng)計表

4 系統(tǒng)創(chuàng)新

系統(tǒng)采用融合PESSRAE 可編程電子安全控制技術(shù)和AI人工智能圖像分析技術(shù)，實現(xiàn)自動扶梯遠程緊急控制。通常的遠程控制采用安全觸點方式，一梯一按鈕一畫面。以試點車站為例，需要26 個操作按鈕及相應(yīng)的監(jiān)控視頻畫面，不具備實際可操作性。本系統(tǒng)通過融合PESSRAE 可編程電子安全控制技術(shù)和AI 人工智能圖像分析技術(shù)，研制符合《TSG T7007-2016 附錄R 含有電子元件的安全電路和可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng) 型式試驗要求》的1 套遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)緊急情況下的一鍵精準(zhǔn)控制，危險失效概率指標(biāo)低至PFH ＜10-8(1/h)，該指標(biāo)達到SIL4 的要求。

基于光流法和深度學(xué)習(xí)的自動扶梯上乘客摔倒圖像識別技術(shù)。采用模式識別與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式準(zhǔn)確判斷自動扶梯上是否有乘客摔倒。相比常規(guī)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，本系統(tǒng)識別準(zhǔn)確率提高了25 倍，達到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。

基于差異化待機模式的自動扶梯早晚智能安全自動啟停技術(shù)。通過應(yīng)用差異化待機模式技術(shù)，使自動扶梯的早晚自動啟停控制不依賴常規(guī)的視頻監(jiān)控，使其遠程控制符合自動扶梯法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的要求滿足的。

5 建議

系統(tǒng)優(yōu)化：現(xiàn)階段，扶梯智能監(jiān)控系統(tǒng)還處在試用、學(xué)習(xí)階段。而針對地鐵運營管理單位的需求要進一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免各種內(nèi)部或外部因素造成的死機、掉線事件；進一步優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)和算法，減少系統(tǒng)誤報率，進一步減少人工干預(yù)程度。

系統(tǒng)融合：將扶梯的監(jiān)控系統(tǒng)納入智慧車站設(shè)備管理體系內(nèi)，扶梯專業(yè)應(yīng)開放接口，實現(xiàn)集中的監(jiān)控平臺應(yīng)用，提高監(jiān)控設(shè)備利用率；同時，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通，為地鐵智慧車站的打造提供有力支持。

深度拓展：由車站級的自動扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)向中央級擴展，構(gòu)建滿足運營線路級/線網(wǎng)級等各層級需求的自動扶梯智能安全監(jiān)控平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)電扶梯全網(wǎng)的在線監(jiān)測，納入運營線網(wǎng)安監(jiān)平臺體系內(nèi)。

智慧挖掘：繼續(xù)挖掘自動扶梯智能運維管理中的重點問題，例如，構(gòu)建基于“端-管-云”架構(gòu)和大數(shù)據(jù)分析的智能維護平臺，逐步形成“數(shù)據(jù)采集-智能分析-故障預(yù)判-形成工單閉環(huán)”的智能維護體系，實現(xiàn)預(yù)防性維護和智能維保。