雙向人流量統(tǒng)計系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

林江山，徐金，劉歡，張文博，譚旭

（新疆農(nóng)業(yè)大學 計算機與信息工程學院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引 言

人流量統(tǒng)計是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術(shù)之一， 其任務是利用視頻圖像分析技術(shù)自動統(tǒng)計在某個時間段內(nèi)通過某一場景的人流數(shù)量。由于人流信息是許多企業(yè)中做決策依據(jù)的一個重要信息， 因此該技術(shù)可以廣泛應用于各行各業(yè)。如公共場所監(jiān)控人流密度，通過數(shù)據(jù)管控以防踩踏事件；商場通過客流統(tǒng)計提高運營效率及服務質(zhì)量；景區(qū)統(tǒng)計游客數(shù)量方便人流限制，降低公共設備使用壓力。

隨著教育的普及和完善，學校的生源日益增多，快速有效的人流量統(tǒng)計已然成為校園管理中的一個重要參數(shù)。人流量統(tǒng)計正在由傳統(tǒng)人工統(tǒng)計向極具自動化的人體識別方向發(fā)展，這也對校園管理者提出了更高標準的要求：必須在最短時間內(nèi)對學生的流量變化做出反應，且需具備學生流量發(fā)展趨勢的預見性以及最大限度地減少識別成本，提高校園日常管理決策的科學性，因此校園管理層對人流量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計的重視由來已久。

本文介紹基于百度AI的雙向人流量監(jiān)控系統(tǒng)，使用Python語言實現(xiàn)，百度人流量統(tǒng)計功能適應各種人群密集場所，不僅可用于人流量的統(tǒng)計，甚至可進行人體的識別及追蹤，準確率高達90%以上。

1 百度API簡介及開發(fā)工具

1.1 百度API

百度提供的人流量統(tǒng)計功能包括靜態(tài)人數(shù)統(tǒng)計和動態(tài)人數(shù)統(tǒng)計。靜態(tài)人數(shù)統(tǒng)計以頭部為識別對象統(tǒng)計瞬時人數(shù)，統(tǒng)計算法沒有人數(shù)限制，可適用于教學樓等人群密度場所。靜態(tài)人數(shù)統(tǒng)計是識別圖片中人數(shù)，不支持去重，圖片類型支持PNG、JPG、JPEG、BMP。動態(tài)人流量統(tǒng)計以頭肩為識別目標，進行人體檢測和追蹤，用戶可指定區(qū)域范圍，根據(jù)人員流動方向識別進出人數(shù)。

調(diào)用百度人流量統(tǒng)計功能，首先需對接百度AI開放平臺，進行鑒權(quán)認證，包括以下步驟：

（1）注冊登錄百度智能云平臺，獲取Access Key ID /Secret Access Key密鑰對。

（2）獲取Access Token，運行下面代碼百度平臺將以JSON格式返回Access Token值和時效期。

1.2 MySQL數(shù)據(jù)庫

在進行項目開發(fā)時，需要存儲大量歷史人流量數(shù)據(jù)，雖XML文件與文本文件也可以作為數(shù)據(jù)的載體，但不易進行管理。經(jīng)過選型，MySQL數(shù)據(jù)庫兼容性好，使用便捷，故在此次系統(tǒng)設計中應用。

為了避免在數(shù)據(jù)庫安裝過程中出現(xiàn)問題，安裝前應詳細地檢查MySQL數(shù)據(jù)庫使用環(huán)境所需的配置組件，例如在缺少Microsoft相關組件時，當進行MySQL5.7的安裝時，系統(tǒng)會顯示由于缺少MySQL的部分模塊無法安裝。

1.3 Qt Creator

QtCreator是跨平臺的QT IDE，為我們提供圖形化的UI繪制工具。本次系統(tǒng)設計利用Qt來編寫圖形交互界面，在已搭建的Python環(huán)境中安裝對應版本的PyQt5庫后，再選擇對應版本的QtCreator就可以進行編碼。

2 人流量統(tǒng)計系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)包括三個核心功能：圖片統(tǒng)計，視頻統(tǒng)計，數(shù)據(jù)查詢。圖片統(tǒng)計要求用戶按照格式上傳一張圖片，調(diào)用百度API返回數(shù)據(jù)；視頻統(tǒng)計可使用本地視頻也可以調(diào)用攝像頭實時錄制達到動態(tài)統(tǒng)計目標；數(shù)據(jù)查詢將根據(jù)時間統(tǒng)計總?cè)藬?shù)或者進出人數(shù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。功能框如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

3 功能實現(xiàn)

3.1 圖片統(tǒng)計

首先用戶選擇一張圖片，該圖片允許不包含人。靜態(tài)統(tǒng)計通過發(fā)送post請求，其中請求URL為https://aip.baidubce.com/rest/2.0/image-classify/v1/body_num。請求參數(shù)包括三個：（1）參數(shù)“area”，可標記單個或多個區(qū)域，最多支持10個區(qū)域。如果設置“area”參數(shù)，坐標必須小于原圖大小，否則設置錯誤。本項目設置單區(qū)域，因為攝像頭面向教學樓入口，所以將設置矩形區(qū)域進行統(tǒng)計；（2）參數(shù)“image” 因為要網(wǎng)絡傳輸圖片到百度AI平臺，所以對圖片進行Base64編碼，網(wǎng)絡傳輸中只能傳輸可打印字符，其大小不能超過4M。Base64是一種基于64個可打印ASCII字符對任意字節(jié)數(shù)據(jù)進行編碼的算法；（3）參數(shù)“show”，是否返回渲染圖，默認為“false”，本系統(tǒng)設置為“true”。請求成功后將返回渲染圖以及統(tǒng)計到的人數(shù)。靜態(tài)統(tǒng)計實測如圖2所示。

圖2 靜態(tài)統(tǒng)計實測圖

3.2 視頻統(tǒng)計

視頻統(tǒng)計共包括兩個功能，可選擇本地視頻進行統(tǒng)計，或打開攝像頭進行實時統(tǒng)計，兩種方式在統(tǒng)計處理上方法相同。傳入視頻抓拍圖片序列，進行人體追蹤，返回每個人體框的坐標和所屬ID；并根據(jù)目標軌跡判斷進出區(qū)域行為，進行動態(tài)人數(shù)統(tǒng)計，返回區(qū)域人數(shù)，同時可輸出渲染結(jié)果圖，包含統(tǒng)計值和跟蹤框渲染。

視頻由一幀一幀圖像組成，如果每幀圖像都發(fā)送到百度AI平臺進行統(tǒng)計處理，必將影響效率且浪費資源，所以抽幀頻率設置是否合理十分重要，本系統(tǒng)設置為5 fps，可以做到有效跟蹤，同時滿足百度AI平臺fps要大于2的要求。

動態(tài)統(tǒng)計中設置區(qū)域參數(shù)“area”影響著進出人數(shù)的準確性，將預先設定區(qū)域坐標傳至百度API，因攝像頭對準教學樓大門，那么門可以作為界限。因不同攝像頭角度不同，需根據(jù)實際場景調(diào)整區(qū)域位置。

本系統(tǒng)采用OpenCV讀取視頻，OpenCV提供一個簡單易用的計算機視覺基礎庫，幫助人們快速構(gòu)建復雜的視覺應用程序。實例化對象后獲得對象屬性按照百度AI平臺要求的數(shù)據(jù)格式，發(fā)送請求等待百度平臺通過AI算法完成對每幀靜態(tài)圖像的識別與處理，將結(jié)果返回，多幀連續(xù)處理后，達到人流量的動態(tài)監(jiān)測的目標。參數(shù)設置如下：

#設置區(qū)域參數(shù),返回渲染圖

params = {“area”: “1,1,700,1,700,200,1100,700, 1,700”, “case_id”: 16, “case_init”: “false”, “dynamic”:“true”,”image”: img,”show”: “true”}

不論是靜態(tài)統(tǒng)計還是動態(tài)統(tǒng)計，只要當人流量大于等于閾值，都會引起預警系統(tǒng)響應，觸發(fā)彈窗提示，以便學校相關部門進行干預，避免發(fā)生嚴重后果。動態(tài)統(tǒng)計實測如圖3所示。

圖3 動態(tài)統(tǒng)計實測圖

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

人流量數(shù)據(jù)具有一定研究價值，首先學生活動具有一定規(guī)律，大數(shù)據(jù)可幫助教務部門更清晰的規(guī)劃課程，提升上課體驗，避免學生過多，教室間互相干擾；其次利用數(shù)據(jù)可分析風險，避免踩踏事件；最后利用統(tǒng)計的數(shù)據(jù)合理分配和優(yōu)化配置資源，如通過監(jiān)測人流量數(shù)據(jù)，如某教學樓正門經(jīng)常同一時間涌入大量學生，可規(guī)劃新增一扇門。由此可見，數(shù)據(jù)統(tǒng)計的存儲十分有意義，所以要將統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。

本系統(tǒng)使用MySQL數(shù)據(jù)庫，使用數(shù)據(jù)庫前需要安裝PyMySQL，PyMySQL是Python3.x版本中用于連接MySQL服務器的一個庫。

連接數(shù)據(jù)庫并設置配置信息如下：

3.4 界面設計

本次設計主UI界面采用QtCreator進行開發(fā)，因在widget.ui中定義了窗口上所有組件的屬性設置、布局，及其信號與槽函數(shù)的關聯(lián)等。而UI設計器可視化設計的界面都由 Qt 自動解析，并以XML文件的形式保存下來。在界面設計時，對需要訪問的組件修改其 objectName，如各個按鈕、需要讀取輸入的編輯框、需要顯示結(jié)果的標簽等，以便在程序里區(qū)分。對于不需要程序訪問的組件則無須修改其objectName，如用于界面上組件分組的 GroupBox、Frame、布局等，讓 UI 設計器自動命名即可。

4 結(jié) 論

該系統(tǒng)基于百度API人流量統(tǒng)計接口，實現(xiàn)了圖片統(tǒng)計和視頻統(tǒng)計功能，該系統(tǒng)同樣適用于其他場所人流量統(tǒng)計，僅需調(diào)整動態(tài)統(tǒng)計中區(qū)域參數(shù)即可。利用實際教學樓場景進行了測試，本場景準確率高達95%以上。所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)庫中，聯(lián)合人流量上限告警功能，管理人員通過人流量數(shù)據(jù)可分析其風險因素，提高教學樓服務能力并排除安全隱患。該系統(tǒng)功能還不完善，光線及網(wǎng)絡延遲等外界因素，會導致準確率下降，除此之外性能也有待提高，后續(xù)將進一步優(yōu)化。