智能視頻分析技術在城市軌道交通中的應用研究

何 帆

（廈門路橋信息股份有限公司，福建廈門 361000）

軌道交通是現代城市的主要部分，隨著軌道路線不斷增多，工作人員已經無法保證監督管理的落實效果，軌道交通開始頻繁出現各種安全事故，不利于城市交通的持續發展。智能視頻分析是一種基于智能技術的分析技術，將其應用于城市軌道交通中，可以幫助工作人員掌握每條線路的交通狀況，自行分析線路運營狀況。

1 智能視頻分析技術的綜合概述

1.1 基礎概念

智能視頻分析技術通過智能識別系統分析視頻信息得到警告或預警信息，通過智能視頻數據分析與圖像識別高速運動信息圖像（高速運動物體軌跡、相對對象位置高度變化、形狀角度大小等運動內容）。控制元素與用戶行為控制規則存在較大偏差時，系統及時發送告警。鐵路智能視頻數據分析與監控技術已廣泛應用于北京航空信息中心、青藏鐵路等國內大型鐵路工程項目。此監控技術能夠自動分析視頻，提取并輸出其需要的視頻信息，采取各種替代人為的自動監控或協作人為的自動監控等措施。

1.2 應用原理

智能視頻分析技術可以建立與引起人們或人們活動相關的視頻模型，根據相關模型利用計算機的高速視頻計算分析功能，排除場景環境中的非法對正常活動造成干擾的因素，在監視器的圖像中判別每個人類身體活動的軌跡，采集的監視圖像清晰、易于辨別，能夠對建筑物及其環境的異常狀況進行判斷。

智能視頻分析技術主要包括兩種技術類型，分別為當前背景圖像減去刪除法和圖像時間差分法，分析方法可以時效地應用當前的背景圖像及其他背景減除圖像文件進行時間差分圖像處理，達到圖像運動圖及區域圖像檢測等的功能。此監測方式能夠實時提供較為完整的人體運動監測目標分析數據，具有較強的精確度與運動靈敏度。

2 智能視頻分析技術在城市軌道交通中的典型應用

2.1 流量統計

車廂、月臺、人行通道以及鐵路交通中的各種交通空間每天有大量的乘客進出，交通擠塞程度會直接影響車站交通網絡管理的正常運作。傳統的流量統計由統計閘機清分數據進行統計，軌道交通存在線路換乘時，閘機清分數據無法統計這部分客流情況。應建立全面、實時的當前狀態站網絡管理系統，使軌道交通車站運營網絡狀態的數據發布更客觀、科學，視頻分析有助于提高客流分析的精準度。

2.2 邊界管理

軌道交通活動系統龐大而復雜，除了為普通旅客提供自由移動的特殊空間和活動區域外，也存在一些出于安全考慮對普通旅客關閉、隨時應對各種異常情況敏感的特殊空間或活動區域。針對這一應用需求，可以利用移動智能視頻自動分析技術，實現安全目標區域的實時自動檢測，可以對已進入指定安全區域的移動目標進行跟蹤和自動分類，并發出報警。在指定人員可進入的特定區域中，通過視頻技術對人員及其行為進行安全監管及判定，特定區域包括地鐵軌行區、變電站、周圍的高架橋梁結構、獨立的公共設施（通風口、通信基礎設施、辦公行政大樓、風井、車庫）等。

2.3 行為分析

地鐵乘客及進入地鐵的人員應受到公共行為安全準則的約束，遵守地鐵乘車規定，愛護公共設施設備，不擁擠、不吵鬧。通過視頻分析技術對乘客行為進行監控與分析，及時發現乘客異常狀況，發生吵鬧推搡、隨意翻越障礙物、破壞公共財物時，及時發出警告。視頻分析可以對乘梯人員的姿態進行分析，人員發生姿態扭曲符合摔倒行為時，向乘務員發出警報。

2.4 質量診斷

隨著我國城市軌道網絡交通系統網絡化工程建設和交通運營的不斷深入推進，軌道交通內視頻圖像監控網絡系統的專用攝像機設備數量不斷擴大增加，給系統設施維護者及工作人員帶來巨大的技術挑戰。在正常的圖像監控中，某些硬件監控設備出現問題會導致監控圖像信息丟失。

視頻信號質量問題診斷儀的功能主要是對一個前端視頻設備的碼流圖像進行視頻解碼并對圖像傳輸質量進行評估，實現對前端視頻信號中可能存在的質量問題數據的準確判斷和實時報警。實時輪詢系統工作時，如果用戶發現相關設備工作異常，如圖像分辨率異常、亮度異常、局部色彩、噪聲干擾、數據信號丟失、圖像內容凍結等，系統會及時提供警告提示信息和事件通知，使系統工作人員能夠及時、快速、準確排除相關系統安全問題或安全系統問題，有效預防因系統圖像顯示質量出現問題，避免經濟損失。

2.5 視頻巡站

城市軌道是市民重要的出行工具，地鐵運營公司在保障公眾出行方面具有不可替代的保障責任。日常車站巡檢不同部門時，有明確分工，維保部門開展對車站設施設備的巡查檢查，站務、乘務部門進行車站秩序維護的巡站活動。

人工檢查巡站存在錯班時間差，無法實時覆蓋全部巡查區域的問題。監控基本實現車站內所有區域的視頻覆蓋，通過監控視頻輔助車站巡查，結合視頻分析技術對站域內的視頻資源進行結構化解析，可以實現對車站內異常情況的捕捉、辨別和預警。

3 智能視頻分析技術在城市軌道交通中的應用要點

3.1 確定系統結構

在我國城市軌道網絡交通監控管理系統的網絡結構中,最常見的網絡結構設計方式為三級系統聯網網絡模式。

（1）一級聯網模式中，城市軌道的每個車站需要設置一個網絡運行控制器和一個監控管理系統，組成一個監控管理子系統，子系統可以直接對整個車站核心區域內的監控攝像機及矩陣監控設備進行有效監控。

（2）二級監控模式中，基于城市軌道網絡交通系統中的地鐵監控管理設備可以起到一定的綜合管理監控效果，該設備的有效監控管理功能能夠有效實現對城市地鐵網絡信息系統的有效通信監控。與一級監控模式相比，二級監控模式合理地通過一級監控模式設備中的地鐵攝像機和矩陣機的管理，實現對地鐵數據的有效采集管理，達到能夠有效實現地鐵對聯網的有效控制能力。

（3）三級網絡聯網管理模式中，針對城市軌道運輸交通進行監控分析系統管理時，應分別采取監控分析過程管理及監控中心綜合監控兩種管理模式綜合進行分析管理。

3.2 樹立基礎框架

前景檢測模塊的算法流程為分離背景圖像中變化較大的圖像特征區域，分離過程也可以稱為前景檢測聚類分離。

運動目標跟蹤檢測技術模塊的跟蹤算法處理規則為在創建視頻跟蹤序列的過程中，對前景檢測簇的跟蹤狀態進行有效分析，提取并獲得高度穩定且規律的跟蹤運動軌跡目標。

跟蹤目標運動跟蹤技術模塊的歷史算法的處理過程規則為分析運動目標跟蹤的歷史運動信息記錄，對運動目標跟蹤可能會同時出現的目標位置有效進行預測，自動搜索能預測目標位置附近的有效運動跟蹤目標。

有效目標跟蹤分類處理模塊的跟蹤算法處理流程規則為自動根據目標特征跟蹤值自動實現有效目標分類，包括設定運動跟蹤目標的軌跡尺寸、輪廓等，應用的技術是目標分類處理算法。

運動軌跡跟蹤分析處理模塊的軌跡算法處理流程規則為分析運動跟蹤目標的實際運動跟蹤軌跡，平滑跟蹤運動目標軌跡、修正跟蹤運動目標軌跡的速度誤差，使運動軌跡跟蹤目標的實際跟蹤運動相一致。

邏輯事件報警檢測處理模塊的事件分類處理算法為通過邏輯分析比較跟蹤目標運動信息與系統設定的事件報警處理規則，判斷并提取跟蹤目標信息是否已經達到設定報警規則要求。

3.3 構建數據庫

攝像機系統可以實現人臉捕捉、抓牌、識別以及報警，接入當地公安系統后，系統能夠進行系統黑白名單管理，發現黑名單人員時直接報警。系統在特定地點或重點建設公共場所的重要公共位置，進行抓拍人臉圖像實時比對，實時抓拍布控人員和臉的圖像實時度和相識度達到布控系統預先設定自動實時報警閥的最高閾值時，系統自動實時報警系統可以通過網絡視頻或者聲音等多種傳播方式對抓拍人臉進行實時自動預警，提醒現場交通監控者和交通管理人員。監控信息系統管理操作人員可以根據雙擊拖動監控報警器按鍵的監控信息，自動實時查看監控抓拍到的視頻原圖和監控錄像，進行實時全程跟蹤檢查核實。

3.4 大數據應用

視頻分析AI模型實現基礎圖像分析要素的訓練后，需要不斷學習和進化，城市軌道大數據應用能夠有效支持進化系統。城市軌道大數據從軌道建設、運營等各個階段，不斷采集匯總設施設備基礎狀態、故障狀態、車站正常客流、高峰客流、低峰客流等數據以及踩踏、火災、設備狀態預警、安檢預警、沖突等異常狀態數據。城市軌道運營期不斷更新迭代，豐富AI訓練內容，可以實現智慧視頻分析的進化，完善智慧視頻分析的運營輔助工具性。為了支撐大數據的信息儲備、維持城市軌道的經營，管理單位應統一規劃大數據底層的應用端，鋪設專業系統和硬件支撐層，不建議無基礎信息化支持的城市軌道開展智慧視頻分析系統建設。

4 結語

現代城市的軌道建設越發復雜，某一環節管理力度不足會增加城市軌道交通的安全事故概率。相關部門必須重視智能視頻分析技術的應用，掌握其中流量統計、邊界管理、行為分析以及質量診斷等技術，并在實際應用中注意確定系統結構、樹立基礎框架以及構建數據庫等應用要點，根本解決城市軌道交通存在的問題。