城市軌道交通差異化安檢實(shí)施方案

宋 曉，張 寧，馬衛(wèi)東，赫 楠，劉家俊

（1.東南大學(xué)ITS工程研究中心軌道交通研究所，南京 211189；2.北京市地鐵運(yùn)營有限公司，北京 100044）

1 概述

城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，客流量日益增加，大客流為軌道交通運(yùn)營管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。高峰時(shí)間段內(nèi)大量乘客涌入地鐵站，造成乘客聚集排隊(duì)，不但延長了乘客的行程時(shí)間，還增加運(yùn)營的安檢壓力。另外，由于城市軌道交通站內(nèi)乘客人員復(fù)雜、密度高等特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)突發(fā)安全事故，將引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及大面積社會(huì)恐慌，產(chǎn)生嚴(yán)重的不良后果。因此，建立一種兼顧安檢效率和公共安全的安檢新模式成為地鐵運(yùn)營亟待解決的問題。

隨著國內(nèi)城市發(fā)展過程中對軌道交通的重視程度日益增長，大量學(xué)者對軌道交通的安檢問題進(jìn)行研究，并取得了相應(yīng)成果。通過研究安檢舉措對客流通行效率的影響，建立安全和客流通行效率的最優(yōu)解，確保安全的前提下提升通行效率[1-4]；基于排隊(duì)論，對乘客排隊(duì)現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立優(yōu)化模型，解決軌道交通安檢服務(wù)瓶頸問題[5-7]；通過研究乘客攜帶行李對安檢進(jìn)站的影響，認(rèn)為攜帶行李會(huì)增加排隊(duì)等待時(shí)間，增長安檢服務(wù)時(shí)間[8-10]；通過研究閘機(jī)及X光機(jī)等設(shè)備對客流的影響，用來改善安檢環(huán)境，減少乘客進(jìn)站排隊(duì)等待時(shí)間，提升安檢通行效率[11-15]；通過運(yùn)用毫米波圖像識(shí)別技術(shù)，來解決安檢圖像中的隱匿物品識(shí)別與定位，提高物檢效率[16-17]。針對軌道交通客流量增大和安檢人員數(shù)量及設(shè)備能力不足形成的“量力”矛盾，提出設(shè)置普通安檢通道及實(shí)名認(rèn)證快速安檢通道，部分乘客正常安檢、部分乘客通過認(rèn)證通道直接進(jìn)站的方式搭乘軌道交通，采取差異化安檢方式，有助于減少車站滯留乘客，縮短乘客排隊(duì)等待時(shí)間，提高城市軌道交通的運(yùn)行效率與服務(wù)水平。

2 城市軌道交通差異化安檢系統(tǒng)

建立城市軌道交通乘客差異化安檢系統(tǒng)，簡化乘客進(jìn)站流程，可有效提升安檢效率。具體內(nèi)容包括：采集乘客實(shí)名認(rèn)證信息，并存入識(shí)別數(shù)據(jù)庫；根據(jù)乘客信息是否處于識(shí)別數(shù)據(jù)庫中，對需要安檢的乘客按實(shí)名認(rèn)證乘客與非實(shí)名認(rèn)證乘客進(jìn)行分流；對分流的乘客實(shí)行差異化安檢，其中，對實(shí)名認(rèn)證乘客執(zhí)行快速安檢，對非實(shí)名認(rèn)證乘客執(zhí)行常規(guī)安檢。

2.1 乘客信用體系構(gòu)建

城市軌道乘客信用體系的核心是安全信用。乘客安全信用以個(gè)人信息、經(jīng)濟(jì)狀況為基礎(chǔ)信息納入，重點(diǎn)考察乘客的出行習(xí)慣、微觀特征等，尤其是異常行為特征。遵循科學(xué)性、動(dòng)態(tài)性、可行性、系統(tǒng)性構(gòu)建原則，根據(jù)年齡、性別、學(xué)歷等社會(huì)人口學(xué)指標(biāo)及收入、資產(chǎn)、債務(wù)收入比等社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)，結(jié)合乘客出行時(shí)間、出行距離和出行頻率等城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)，建立乘客安全信用體系；最后對信用體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，信用降低可通過參加軌道交通志愿服務(wù)、公益勞動(dòng)進(jìn)行信用修復(fù)。

2.2 乘客身份驗(yàn)證

實(shí)名制乘客到達(dá)實(shí)名制安檢通道識(shí)別區(qū)后，攝像機(jī)抓取乘客信息，上傳至乘客精準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)庫，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫信息對比，對待安檢乘客進(jìn)行身份識(shí)別。乘客身份滿足通過要求，安檢門隨即打開，乘客即可通行。

2.3 違禁品精準(zhǔn)識(shí)別

實(shí)名認(rèn)證通道執(zhí)行小包不檢、大包安檢的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行精準(zhǔn)識(shí)圖判圖，縮減安檢人員數(shù)量，降低工作強(qiáng)度。乘客通過實(shí)名認(rèn)證通道是否攜帶違禁物品，采用優(yōu)化YOLO模型的違禁品目標(biāo)檢測方法。YOLO算法先對含攜帶物品的圖片進(jìn)行預(yù)處理，使之設(shè)定為448×448像素大小，使用CSPDarknet53主干特征提取網(wǎng)絡(luò)提取攜帶物品的深度特征，將特征向量發(fā)送至SPP和PANet進(jìn)行預(yù)測輸出特征，從3個(gè)尺度預(yù)測輸出的特征可以檢測復(fù)雜場景下不同大小的物品圖像，從而提高模型的精確度。

檢測時(shí)，將處理的物品圖像劃分為S×S個(gè)網(wǎng)絡(luò)，物品中心坐標(biāo)落在某個(gè)坐標(biāo)內(nèi)，則該網(wǎng)格負(fù)責(zé)檢測，檢測網(wǎng)絡(luò)的輸出維度為S×S×[B×(5+C)]，其中B為3個(gè)預(yù)測邊框數(shù)目，5為每個(gè)邊框包括的位置參數(shù)和置信度，C為類別概率。預(yù)測的類別置信度如公式（1）所示。

其中，Pr(object)表示預(yù)測邊框中是否有違禁品，若有Pr(object)=1，若無Pr(object)=0；表征邊界框的準(zhǔn)確度，是衡量預(yù)測精準(zhǔn)性的重要指標(biāo)。表征邊界框的準(zhǔn)確度，是衡量預(yù)測精準(zhǔn)性的重要指標(biāo)。最后利用NMS算法對每一個(gè)尺度的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行處理，找到最佳的目標(biāo)邊界框，消除冗余的邊界框，最終得到復(fù)雜物品圖像中違禁物品的位置信息。

3 城市軌道交通差異化安檢實(shí)施方案

3.1 安檢系統(tǒng)組成

城市軌道交通乘客差異化安檢系統(tǒng)組成，包括兩類安檢通道（普通安檢通道、實(shí)名認(rèn)證快速安檢通道），兩套系統(tǒng)（乘客身份識(shí)別系統(tǒng)、行李精準(zhǔn)識(shí)別系統(tǒng)）。乘客身份識(shí)別系統(tǒng)用于實(shí)名認(rèn)證通道，實(shí)現(xiàn)對乘客身份確認(rèn)；兩類安檢通道安檢設(shè)備通用，安檢設(shè)備通過行李精準(zhǔn)識(shí)別系統(tǒng)精確判圖，識(shí)別行李中是否存在違禁品。

3.2 通道布局

當(dāng)前軌道交通車站普遍采用的人包同檢、行李必檢的策略，現(xiàn)行安檢舉措對通行效率造成極大影響，已不能適應(yīng)軌道交通的常態(tài)大客流。本文在保留傳統(tǒng)安檢通道的基礎(chǔ)上，平行并排設(shè)置實(shí)名認(rèn)證通道，兩通道間可采用半高欄桿隔離做好秩序維護(hù)，共用一套X光安檢設(shè)備，實(shí)施差異化安檢。實(shí)名認(rèn)證通道入口設(shè)有識(shí)別路段及乘客信息識(shí)別系統(tǒng)，用于識(shí)別乘客是否處于信息數(shù)據(jù)庫中。實(shí)名認(rèn)證乘客通過實(shí)名認(rèn)證通道，執(zhí)行人員執(zhí)行抽檢、小包不檢和大包安檢的檢測標(biāo)準(zhǔn)。安檢通道布局如圖1所示。

圖1 城市軌道交通乘客差異化安檢的通道布局結(jié)構(gòu)Fig.1 The channel layout of differentiated security check for urban rail transit

3.3 差異化安檢流程

乘客到達(dá)站廳層，按照引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，根據(jù)自身是否進(jìn)行過實(shí)名認(rèn)證選擇對應(yīng)的通道進(jìn)行安檢。選擇實(shí)名認(rèn)證通道的乘客在進(jìn)入時(shí)需經(jīng)過識(shí)別路段及乘客信息識(shí)別系統(tǒng)的核驗(yàn)，核驗(yàn)通過后，專用通道門打開，系統(tǒng)以語音或燈光形式提示乘客進(jìn)入實(shí)名認(rèn)證通道執(zhí)行快速安檢標(biāo)準(zhǔn)。核驗(yàn)未通過則由工作人員引導(dǎo)進(jìn)入普通通道。

普通通道的乘客執(zhí)行常規(guī)安檢標(biāo)準(zhǔn)，在安檢時(shí)，乘客依次依序進(jìn)入通道，乘客依次按照要求將行李物品放入X光安檢設(shè)備傳送帶上。值機(jī)員辨別安檢設(shè)備監(jiān)視器上受檢行李圖像中的物品形狀、種類，檢查是否攜帶違禁品，然后通過探測門檢測乘客有無攜帶金屬物品以及統(tǒng)計(jì)通過人數(shù)。若探測門鈴響，再由手檢員對過檢乘客進(jìn)行二次檢查。

實(shí)名認(rèn)證通道的乘客執(zhí)行快速安檢標(biāo)準(zhǔn)，對于通過專用通道門的實(shí)名認(rèn)證乘客，進(jìn)行抽檢，且小包不檢，大包檢查，未被抽到或未攜帶行李及小包的乘客，可繼續(xù)通行，通過探測門檢測后刷卡進(jìn)站。對于被抽到的乘客，按照要求將行李物品放入X光安檢設(shè)備傳送帶上，值機(jī)員辨別安檢設(shè)備監(jiān)視器上受檢行李圖像中的物品形狀、種類，檢查是否攜帶違禁品，然后通過探測門檢測乘客有無攜帶金屬物品以及統(tǒng)計(jì)通過人數(shù)。若探測門鈴響，再由手檢員對過檢乘客進(jìn)行二次檢查。若乘客攜帶違禁品，該乘客的信息將從識(shí)別數(shù)據(jù)庫中標(biāo)記、刪除，恢復(fù)實(shí)名認(rèn)證資格需重新評估認(rèn)證，該乘客未重新認(rèn)證前將不能通過實(shí)名認(rèn)證通道進(jìn)站；當(dāng)時(shí)間處于平峰時(shí)段時(shí)，實(shí)名認(rèn)證通道也執(zhí)行常規(guī)安檢標(biāo)準(zhǔn)，并可通過未實(shí)名認(rèn)證乘客，此時(shí)乘客信息識(shí)別系統(tǒng)持續(xù)開啟，采集通道內(nèi)乘客信息，用于完善識(shí)別數(shù)據(jù)庫。差異化安檢實(shí)施工作流程如圖2所示。

圖2 城市軌道交通乘客差異化安檢實(shí)施工作流程Fig.2 Implementation flow chart of differentiated security check for urban rail transit

4 結(jié)語

本文對當(dāng)前城市軌道交通安檢現(xiàn)狀及模式進(jìn)行了闡述，針對當(dāng)前安檢存在效率低等情況，提出一種差異化安檢模式。通過實(shí)名認(rèn)證實(shí)現(xiàn)對進(jìn)站乘客分流安檢，能夠顯著提高安檢效率，可實(shí)現(xiàn)車站高峰期安全通過1 800人/小時(shí)以上；減少乘客安檢進(jìn)站排隊(duì)等待時(shí)間，優(yōu)化安檢流程，有效緩解大客流時(shí)安檢人員和設(shè)備能力不足造成的矛盾；同時(shí)采用YOLO模型進(jìn)行圖像識(shí)別，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判圖，提升安檢通行效率，實(shí)現(xiàn)減員增效功能，保證城市軌道交通的安檢工作。本文研究內(nèi)容涉及大數(shù)據(jù)技術(shù)、圖像識(shí)別當(dāng)前相當(dāng)成熟，具有極高的可實(shí)施性，使得差異化安檢用于實(shí)際，縮短高峰期排隊(duì)時(shí)間，顯著提升出行效率。