智能視頻分析系統(tǒng)在地鐵檢修段安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

馬興宇,劉興陽,張海峰

（北京市地鐵運營有限公司運營四分公司,北京 101300）

0 引言

目前城市軌道交通車輛檢修段作業(yè)過程中存在以下安全隱患：工作人員未按規(guī)定著裝（反光衣）、高空作業(yè)人員不按規(guī)定佩戴安全帽安全帶、軌道帶電作業(yè)、非工作人員進(jìn)入禁區(qū)、工作期間追逐打鬧等。而智能技術(shù)的興起，可以有效解決地鐵工作中存在的安全隱患。該文以北京市地鐵運營四公司十三陵車輛段為對象，首先對智能分析技術(shù)的功能需求進(jìn)行了針對性分析，然后對系統(tǒng)的總體框架以及功能實現(xiàn)方法分別進(jìn)行了說明。

1 地鐵檢修車輛段安全生產(chǎn)工作現(xiàn)狀

目前，安全生產(chǎn)保障的主要手段是從設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)層面入手，如無線網(wǎng)絡(luò)控制器、無線網(wǎng)絡(luò)路由器、無線電腦鑰匙等，并在車輛段構(gòu)建無線蜂窩局域網(wǎng)。一個無線節(jié)點在網(wǎng)內(nèi)的漫游，可實現(xiàn)操作終端與主控室之間的信息實時交互、地線狀態(tài)的實時查詢和防誤邏輯判斷，構(gòu)筑了段區(qū)的實時防誤網(wǎng)絡(luò)。通過該網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)各操作節(jié)點間的實時閉鎖。這些節(jié)點包括接觸網(wǎng)高壓隔離開關(guān)、接地線和檢修作業(yè)平臺門等，具備權(quán)限管理、模擬預(yù)演、邏輯判斷、隔離刀閘強(qiáng)制閉鎖、操作過程實時防誤、接地線規(guī)范管理和接地前強(qiáng)制驗電等功能，可避免部分生產(chǎn)操作人為失誤因素的影響，比如避免工作人員走錯帶電間隔、帶電掛接地線等誤操作。同時，還引入了智能門控、視頻聯(lián)動監(jiān)控、安全警示、車輛位置檢測和流程管控等技術(shù)模塊來保障檢修作業(yè)順利進(jìn)行。

盡管采用了多種安全防護(hù)措施，并編制了完善的規(guī)章管理制度，但在實際生產(chǎn)階段，由于大量的人員參與作業(yè)，仍存在不少的不規(guī)范操作和安全隱患。整個檢修工作流程中，存在隱患發(fā)現(xiàn)不及時、監(jiān)督管控不全面、安全管理難度大等問題。

2 地鐵車輛段智能視頻分析系統(tǒng)應(yīng)用分析

軌道交通車輛檢修段，檢修過程中由于軌道帶電、高空作業(yè)等因素，需要十分嚴(yán)格的安全要求。地鐵運營公司針對危險作業(yè)編制了完善的操作規(guī)范制度，但人工監(jiān)督管理的難度很大。目前現(xiàn)有手段均是從設(shè)備層面增加安全機(jī)制，缺乏智能化的實時人員操作規(guī)范監(jiān)督手段。針對以上需求，結(jié)合智能分析、AI等新興技術(shù)，對智能分析技術(shù)在軌道交通車輛檢修段安全生產(chǎn)方面的應(yīng)用等方向開展研究，實現(xiàn)自動化人員行為監(jiān)測管理，建立管理臺賬[1]，具有重大意義。在既有技術(shù)框架下，對北京地鐵運營四公司十三陵車輛段項目進(jìn)行智能化升級改造示范應(yīng)用，通過測試驗證，攻克從技術(shù)到工程轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)對部分關(guān)鍵安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的過程監(jiān)督，為系統(tǒng)應(yīng)用和推廣打下堅實基礎(chǔ)。

3 地鐵車輛段智能視頻分析系統(tǒng)功能

3.1 帶電入軌監(jiān)測技術(shù)

列車入庫出庫期間需要使軌道帶電。工作人員需要在列車入庫前、出庫前將軌道上電，并在入庫停穩(wěn)后、出庫后將軌道斷電。但在通電期間會有可能由于溝通或監(jiān)管不到位，導(dǎo)致有人或物進(jìn)入帶電軌道，造成安全事故。因此，此系統(tǒng)應(yīng)能具備軌道帶電狀態(tài)下的安全監(jiān)測功能[2]。

3.2 高空作業(yè)防護(hù)監(jiān)測

列車檢修期間需要工作人員登上列車頂部檢查，登頂期間屬于高空作業(yè)，需要佩戴安全帽并系掛安全帶。若出現(xiàn)未按要求佩戴安全帽或不系安全帶的情況，系統(tǒng)應(yīng)能正確識別出并產(chǎn)生響應(yīng)報警事件。

3.3 接車回庫安全監(jiān)測

列車在入庫過程中，需要有工作人員位于軌道兩側(cè)，以保證軌道處于清空狀態(tài)，避免無關(guān)人員進(jìn)入，防止意外發(fā)生。因此該系統(tǒng)應(yīng)具備列車入庫期間工作人員到崗情況的監(jiān)測功能，對未到崗的情況生成報警記錄。

3.4 空調(diào)蓋板丟失或螺絲松動監(jiān)測

北京地鐵曾發(fā)生過運營過程中車頂空調(diào)蓋板脫落情況，造成運營安全事故。因此運營公司要求空調(diào)蓋板檢查為必檢項。該系統(tǒng)應(yīng)能自動對工作人員檢測內(nèi)容進(jìn)行核準(zhǔn)，檢查空調(diào)蓋板是否脫落、螺絲是否擰緊。

3.5 入侵監(jiān)測

檢修車輛段軌道區(qū)間外設(shè)置有欄桿，禁止人員翻越進(jìn)入軌道區(qū)間。該系統(tǒng)應(yīng)能對進(jìn)入禁區(qū)的人員進(jìn)行檢測并及時生成報警記錄[3]。

3.6 著工服監(jiān)測

檢修車輛段要求工作人員必須著反光工作服，以保障安全。該系統(tǒng)應(yīng)能對監(jiān)測區(qū)域，識別工作人員工服，是否存在違規(guī)操作、防止非工作人員進(jìn)入站區(qū)。

3.7 追逐打鬧監(jiān)測

檢修車輛段要求工作人員有序工作，禁止嬉戲打鬧、奔跑追逐。該系統(tǒng)應(yīng)能識別車輛段檢修庫工作人員在檢修庫內(nèi)的異常情況，查看相關(guān)工作人員是否在在列檢庫內(nèi)追逐打鬧、騷亂等異常情況，提前預(yù)警、上報、處理，提升管理效率，防止造成人身危險和危及生產(chǎn)安全。

4 智能視頻分析系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)通過車輛段現(xiàn)有的高清相機(jī)及新安裝高頻攝像機(jī)采集實時視頻信息，將視頻信息傳輸至智能分析終端設(shè)備，分析終端設(shè)備通過對視頻畫面的分析，利用智能視頻分析技術(shù)，將異常事件信息、報警圖片、報警視頻上傳本地服務(wù)器，由本地服務(wù)器上傳至運營中心[4]。本地可在監(jiān)控大屏查看實時報警事件。報警事件的發(fā)包頻率是實時上傳。總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

4.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

4.2.1 帶電入軌監(jiān)測

此功能基于電閘狀態(tài)檢測以及入侵檢測技術(shù)，系統(tǒng)通過實時判斷電閘狀態(tài)來決定報警事件是否發(fā)生。當(dāng)電閘狀態(tài)處于閉合時，此時禁止人員進(jìn)入軌道，如發(fā)生人員進(jìn)入則產(chǎn)生報警事件；當(dāng)電閘處于斷開時，允許人員進(jìn)入軌道作業(yè)，人員進(jìn)入不會產(chǎn)生報警事件（如圖2所示）。

圖2 電閘狀態(tài)監(jiān)測

4.2.2 高空作業(yè)防護(hù)監(jiān)測

系統(tǒng)通過設(shè)定人員檢測區(qū)域、安全錨點檢測區(qū)域，先對人的檢測，定位到安全帽及安全帶的位置，再通過安全帽、安全帶模型比對，判斷工作人員是否佩戴；同時通過對安全錨點檢測安全帶尾端是否掛在錨點上，進(jìn)而完成高空作業(yè)防護(hù)檢測的功能[5]。

4.2.3 接車回庫安全監(jiān)測

系統(tǒng)通過對劃定區(qū)域進(jìn)行車輛檢測，識別列車入庫狀態(tài)。通過人員檢測、工服檢測等技術(shù)手段，判斷列車入庫過程中，劃定的人員站立區(qū)域是否有工作人員值守，且是否身著工裝。對車輛入庫過程中，規(guī)定區(qū)域無接車工作人員、人員未著工服等情況進(jìn)行報警，實現(xiàn)接車監(jiān)測功能（如圖3所示）。

圖3 接車監(jiān)測

4.2.4 空調(diào)蓋板丟失或螺絲松動監(jiān)測

在列車出庫門頂部安裝高頻高清相機(jī)，通過每秒200幀的幀率抓拍列車頂部圖像，通過模型比對捕捉到空調(diào)蓋板，檢測蓋板是否丟失；再根據(jù)預(yù)制的定位邏輯定位到螺絲點位，高頻高清相機(jī)可有效抑制列車運動和曝光時間產(chǎn)生的拖影效果，可清晰的抓拍到工作人員檢修后在螺絲上繪制的防松線，通過判斷防松線是否是一條直線斷定螺絲是否緊固[6]。

4.2.5 入侵監(jiān)測

該系統(tǒng)可設(shè)置檢測區(qū)域、禁止線以及入侵方向，違規(guī)人員如從軌道區(qū)域外部跨越禁止線進(jìn)入軌道區(qū)域內(nèi)部，則會產(chǎn)生報警；對于從檢修庫進(jìn)入軌道區(qū)域的人則不會產(chǎn)生報警。

4.2.6 著工服監(jiān)測

預(yù)先采集十三陵車輛段工作人員工作服圖片樣本，進(jìn)行模型訓(xùn)練，訓(xùn)練后的模型導(dǎo)入智能分析終端。分析終端在對檢測范圍內(nèi)的人員進(jìn)行抓拍后提取人體特征，并與工服模型中的人體特征進(jìn)行比對，比對成功則不報警，比對失敗則將報警記錄和報警圖片上傳[7]。

4.2.7 追逐打鬧監(jiān)測

系統(tǒng)采用人體關(guān)鍵點檢測技術(shù)，通過提取人體關(guān)鍵點判斷人員動作，當(dāng)系統(tǒng)判定兩人或多人動作符合打架時，則產(chǎn)生打架報警事件；當(dāng)系統(tǒng)判定兩人或多人在短時間內(nèi)移動較長距離，或在短時間內(nèi)兩人或多人四散分開或聚集，則產(chǎn)生追逐報警或騷動報警[8]。

4.2.8 報警平臺

平臺記錄保存車輛段的各類型報警信息并提供多維度的統(tǒng)計、查詢和展示，方便管理人員了解實時生產(chǎn)情況和安全管理態(tài)勢（如圖4～6所示）。

圖4 今日報警類型統(tǒng)計

圖5 報警數(shù)量統(tǒng)計

圖6 實時報警列表

5 結(jié)束語

在各行各業(yè)的生產(chǎn)過程中，安全生產(chǎn)的思想始終不能改變。但麻痹大意、慣性思維是安全事故發(fā)生的主要原因。智能視頻分析系統(tǒng)在地鐵檢修段安全生產(chǎn)過程中的實踐應(yīng)用，驗證了其在生產(chǎn)監(jiān)督各環(huán)節(jié)的重要作用。智能視頻分析系統(tǒng)的建設(shè)，將傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的“被動”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃印保行Ы档捅O(jiān)控系統(tǒng)的人力需求與工作負(fù)擔(dān)，提高了管理水平和工作效率，作用重大，意義深遠(yuǎn)。該次實踐應(yīng)用旨在通過智能視頻分析系統(tǒng)的建設(shè)，研究和拓展其應(yīng)用價值，從而把智能化技術(shù)推廣到各行各業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，減少安全風(fēng)險因素，確保生產(chǎn)安全運行，保證工作人員生命安全，促進(jìn)行業(yè)企業(yè)健康、穩(wěn)定、安全、可持續(xù)發(fā)展。