列車(chē)綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘" 要：列車(chē)綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)采集車(chē)廂內(nèi)乘客行為信息、物體及環(huán)境參數(shù)，通過(guò)智能視頻分析技術(shù)和人工智能分析手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)廂內(nèi)異常情況進(jìn)行自動(dòng)感知和報(bào)警。并通過(guò)與車(chē)載CCTV系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和復(fù)用接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車(chē)廂內(nèi)視頻的實(shí)時(shí)畫(huà)面推送。利用EUHT等車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)數(shù)據(jù)在地面中心的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等功能。該系統(tǒng)可提升地鐵運(yùn)營(yíng)管理應(yīng)對(duì)車(chē)廂大客流風(fēng)險(xiǎn)的感知能力和應(yīng)急能力，增強(qiáng)突發(fā)事件快速排查、處理的響應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；乘客行為；視頻分析；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；運(yùn)營(yíng)管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.9" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）09-0017-05

Abstract： The comprehensive train sensing and monitoring system collects passenger behavior information， objects and environmental parameters in the carriage， and uses intelligent video analysis technology and artificial intelligence analysis methods to automatically sense and alarm abnormal conditions in the carriage. And by networking with the vehicle-mounted CCTV system and multiplexing interface equipment， real-time picture push of video in the car is realized. Use train-to-ground wireless networks such as EUHT to realize functions such as storing and forwarding train data in the ground center. It has improved the perception and emergency response capabilities of subway operations and management to deal with risks of large passenger flow in trains， and enhanced the response speed of rapid investigation and handling of emergencies.

Keywords： surveillance system; passenger behavior; video analysis; wireless network; operation management

隨著軌道交通客流量的日益增加，車(chē)輛管理和乘客管理的需求也日益突出[1]。從實(shí)現(xiàn)智慧客服、打造舒適便捷出行氛圍的需求考慮，提供列車(chē)各車(chē)廂擁擠度及環(huán)境狀況等信息，方便乘客乘車(chē)。更好地為乘客提供精準(zhǔn)化、智能化、個(gè)性化的全過(guò)程出行服務(wù)[2]。從公共安全的角度考慮，軌道交通由于人流密集，已經(jīng)成為城市內(nèi)人口密度最高的區(qū)域。車(chē)廂內(nèi)擁擠的人群，潛伏著諸多的不安全因素，乘客的異常騷動(dòng)、不文明行為、打架斗毆等情況容易引發(fā)社會(huì)輿情，甚至影響列車(chē)安全運(yùn)行。列車(chē)綜合感知系統(tǒng)通過(guò)人工智能分析手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況的自動(dòng)感知和報(bào)警，可減少安保人員的投入，提升運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作效率。

1" 綜合感知系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用

以色列VIISIGHTS公司，提出了共享方式的全自動(dòng)無(wú)人駕駛汽車(chē)的理念，全自動(dòng)駕駛汽車(chē)僅保留乘客坐席，實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中人員行為狀態(tài)，確保所有客室內(nèi)成員安全。通過(guò)在車(chē)廂加裝感知攝像機(jī)，實(shí)時(shí)檢測(cè)乘客乘車(chē)行為包括是否佩戴安全帶、抽煙、喝酒等異常行為進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，并上傳后臺(tái)進(jìn)行信用登記。

在新型智慧城市建設(shè)浪潮下，國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)、研究單位也紛紛致力于自主識(shí)別監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)[3]。天津地鐵二號(hào)線采用了一整套綜合監(jiān)控方案NiceVision IP。該方案旨在對(duì)軌道、車(chē)站和乘客進(jìn)行不間斷式的監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生擅自闖入等異常事件時(shí)，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)向地鐵監(jiān)管人員發(fā)出警報(bào)，提高監(jiān)管人員對(duì)異常事件的感知能力[4]。2019 年，中國(guó)本土企業(yè)研發(fā)的熊貓智能公交車(chē)，配備了功能強(qiáng)大的感知系統(tǒng)。通過(guò)高安全級(jí)別的異常行為監(jiān)控系統(tǒng)，全方位識(shí)別分析乘客異常行為，包括偷竊、摔跤、吸煙等。如識(shí)別監(jiān)測(cè)到類(lèi)似行為，系統(tǒng)將記錄行為實(shí)施者體貌特征，后臺(tái)即時(shí)播報(bào)預(yù)警，為公眾出行安全提供更全面的保障。

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

列車(chē)端配置綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，通過(guò)邊緣計(jì)算服務(wù)器實(shí)現(xiàn)客流、異常行為等數(shù)據(jù)感知。車(chē)站端部署一套乘客信息服務(wù)系統(tǒng)，通過(guò)PIS系統(tǒng)為乘客提供實(shí)時(shí)、多元化、全方位的信息服務(wù)[5]。中心端開(kāi)發(fā)建設(shè)一套列車(chē)感知服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)車(chē)地?zé)o線通信，實(shí)現(xiàn)列車(chē)數(shù)據(jù)的接收及地面應(yīng)用、轉(zhuǎn)發(fā)處理等[3]。詳情如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)配置

主要由一體化控制主機(jī)、邊緣計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、交換機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及采集設(shè)備等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)監(jiān)測(cè)信息的采集，并進(jìn)行計(jì)算處理及判斷，實(shí)現(xiàn)采集信息的本地存儲(chǔ)和客流、異常等信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能。綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)依托車(chē)載PIS系統(tǒng)以太網(wǎng)進(jìn)行部署，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)載子系統(tǒng)上報(bào)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、集中查詢、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和可視化展示功能。并通過(guò)車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。系統(tǒng)詳細(xì)配置如圖2所示。

司機(jī)室攝像機(jī)。司機(jī)室攝像機(jī)安裝在司機(jī)臺(tái)上，系統(tǒng)基于面部特征識(shí)別，通過(guò)攝像頭收集司機(jī)的面部圖像，定位頭部姿勢(shì)和獲取人臉當(dāng)前特征，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種異常行為模型（如長(zhǎng)時(shí)間閉眼、疲態(tài)、長(zhǎng)時(shí)間低頭）進(jìn)行比較以識(shí)別司機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，系統(tǒng)識(shí)別出司機(jī)異常行為后，立即對(duì)司機(jī)進(jìn)行聲音和指示燈提醒。

客室攝像機(jī)。每節(jié)客室設(shè)置4臺(tái)魚(yú)眼攝像機(jī)，安裝在內(nèi)裝頂板上，具體安裝位置如圖3所示。用于客室視頻畫(huà)面采集，支撐客室客流監(jiān)測(cè)、乘客行為監(jiān)測(cè)、設(shè)備設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)。采用POE供電方式，最大功耗12 W；支持Micro SD/Micro SDHC / Micro SDXC卡并具備斷網(wǎng)本地存儲(chǔ)及斷網(wǎng)續(xù)傳功能。

空氣質(zhì)量傳感器。每節(jié)客室設(shè)置2臺(tái)空氣質(zhì)量傳感器，安裝在內(nèi)裝活門(mén)上，具體安裝位置如圖3所示。用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)客室空氣質(zhì)量。傳感器外殼采用鋁合金及塑料ABS材質(zhì)，自然擴(kuò)散式的進(jìn)氣方式，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)客室空氣的PM2.5、PM10、二氧化碳、甲醛、溫度、濕度和TVOC等參數(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)安裝在客室電氣柜內(nèi)，負(fù)責(zé)客室空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、匯總及轉(zhuǎn)發(fā)。

一體化控制主機(jī)。安裝在客室電氣柜內(nèi)，采用嵌入式、無(wú)風(fēng)扇工業(yè)級(jí)控制計(jì)算機(jī)。用于整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚、軟件部署及為PIS系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)提供電氣接口。

邊緣計(jì)算服務(wù)器。安裝在客室電氣柜內(nèi)，用于部署視頻分析算法，并接入視頻監(jiān)控圖像進(jìn)行車(chē)廂場(chǎng)景分析。

存儲(chǔ)服務(wù)器。安裝在客室電氣柜內(nèi)，用于智能感知攝像機(jī)視頻圖像接入存儲(chǔ)，輸入視頻最大分辨率為1 280 P，存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)不低于90 d。

車(chē)載交換機(jī)。安裝在客室電氣柜內(nèi)，預(yù)設(shè)8個(gè)百兆以太網(wǎng)接口和4個(gè)千兆以太網(wǎng)接口，采用鏈路聚合的組網(wǎng)形式支持bypass功能。主要用于智能感知系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接入及車(chē)廂間組網(wǎng)。

3" 智能分析功能

3.1" 車(chē)廂擁擠度監(jiān)測(cè)

通過(guò)車(chē)廂內(nèi)攝像機(jī)，在劃定的區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行人員統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)，并綜合劃定范圍的物理面積計(jì)算其單位面積人員數(shù)量，依據(jù)AW1（坐席）、AW2（6人/m2）、AW3（9人/m2）3個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車(chē)廂滿載率監(jiān)測(cè)（圖4）。列車(chē)客室出現(xiàn)乘客密度過(guò)高情況時(shí)，車(chē)廂擁擠度信息通過(guò)預(yù)留接口推送至PIS廣播，列車(chē)廣播通報(bào)車(chē)廂擁擠密度情況，以提示車(chē)內(nèi)乘客可自主進(jìn)行擁擠疏散。亦可通過(guò)車(chē)地?zé)o線通信，將數(shù)據(jù)推送至地面PIS系統(tǒng)，地面PIS系統(tǒng)在車(chē)站顯示屏進(jìn)行展示，使得站臺(tái)乘客及站務(wù)人員可事先了解各車(chē)廂乘客擁擠程度，以此實(shí)現(xiàn)候車(chē)乘客的事先預(yù)知、事先引導(dǎo)。

3.2" 乘客行為監(jiān)測(cè)

3.2.1" 不文明占座行為

平峰時(shí)段，對(duì)車(chē)廂座位人員躺臥肢體動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到乘客在車(chē)廂內(nèi)有不文明占座行為超過(guò)15 s時(shí)（時(shí)間可調(diào)整），如圖5所示，系統(tǒng)自動(dòng)將報(bào)警信息及畫(huà)面推送到司機(jī)室。司機(jī)顯示屏彈窗告警顯示，包含事件類(lèi)型、地點(diǎn)、時(shí)間、抓拍圖片和現(xiàn)場(chǎng)視頻畫(huà)面，司機(jī)根據(jù)視頻信息進(jìn)行判斷后，可選擇廣播通知提醒、忽略和誤報(bào)3種操作方式。

3.2.2" 掃碼傳銷(xiāo)、乞討賣(mài)藝行為檢測(cè)

平峰時(shí)段，系統(tǒng)通過(guò)徘徊檢測(cè)技術(shù)、行為識(shí)別技術(shù)等，對(duì)乘客的非正常徘徊及傳銷(xiāo)、乞討動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，綜合以上識(shí)別特征，判斷車(chē)內(nèi)乘客的掃碼傳銷(xiāo)、乞討賣(mài)藝行為，并進(jìn)行告警提示，同時(shí)截圖圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

3.2.3" 乘客異常倒地

攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)廂內(nèi)乘客行為信息并根據(jù)算法進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)，發(fā)現(xiàn)人的落腳點(diǎn)和頭的三維投影相差較大，并且算法估計(jì)人頭高度較低時(shí)，判斷乘客為倒地狀態(tài)，乘客倒地狀態(tài)包含趴地、半躺、全躺姿勢(shì)，持續(xù)10 s觸發(fā)報(bào)警。司機(jī)查看視頻后可選擇通知下一站地面站務(wù)人員，站務(wù)工作人員可事先獲取車(chē)次、客室車(chē)廂、到站時(shí)間等內(nèi)容實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)、智能聯(lián)動(dòng)。

3.2.4" 乘客異常騷動(dòng)行為監(jiān)測(cè)

由暴恐、打架、乘客暈倒等突發(fā)事件引起的人員騷動(dòng)，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)標(biāo)定乘客的位置，并能夠?qū)崟r(shí)對(duì)乘客位置進(jìn)行追蹤。當(dāng)群體事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)追蹤到的事件特征符合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的判斷，再結(jié)合人工智能模型標(biāo)定情況進(jìn)行綜合判斷，實(shí)現(xiàn)群體異常行為識(shí)別，同時(shí)截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。當(dāng)客室攝像機(jī)檢測(cè)到3人以上運(yùn)動(dòng)軌跡，方向朝向四面八方，呈散開(kāi)狀態(tài)，高速移動(dòng)時(shí)，或2人以上運(yùn)動(dòng)軌跡交叉揉在一起，持續(xù)5 s以上時(shí)，系統(tǒng)判斷群體異常騷動(dòng)。

3.3" 終點(diǎn)站清客

系統(tǒng)預(yù)先對(duì)車(chē)輛清客后的場(chǎng)景進(jìn)行建模和場(chǎng)景學(xué)習(xí)，當(dāng)列車(chē)到達(dá)終點(diǎn)站后，對(duì)車(chē)廂進(jìn)行清客狀態(tài)識(shí)別，并判斷出乘客滯留情況，當(dāng)檢測(cè)到乘客滯留及物品遺留時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行告警，同時(shí)截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

3.4" 客室設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)

當(dāng)LCD顯示屏、動(dòng)態(tài)地圖顯示屏監(jiān)測(cè)出黑屏、藍(lán)屏現(xiàn)象時(shí)，將數(shù)據(jù)推送到相關(guān)檢修部門(mén)，提醒檢修人員進(jìn)行及時(shí)檢修。在列車(chē)出庫(kù)前，由司機(jī)通過(guò)司機(jī)顯示屏進(jìn)行一鍵查車(chē)操作，當(dāng)系統(tǒng)接收到一鍵查車(chē)指令時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)LCD顯示屏、動(dòng)態(tài)地圖顯示屏藍(lán)黑屏異常狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到黑屏、藍(lán)屏現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)告警提醒，提醒檢修人員進(jìn)行及時(shí)檢修同時(shí)截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

3.5" 客室環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)

通過(guò)布置在客車(chē)車(chē)廂內(nèi)的空氣質(zhì)量傳感器，可以實(shí)時(shí)對(duì)客室溫濕度、PM2.5、二氧化碳等空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)主機(jī)獲取采集數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，并與空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)車(chē)廂內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)。

3.6" 司機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)

列車(chē)綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛員的異常狀態(tài)（長(zhǎng)時(shí)間閉眼、疲勞、低頭時(shí)間長(zhǎng)），系統(tǒng)基于面部特征識(shí)別，通過(guò)攝像頭采集駕駛員面部圖像，定位頭部姿態(tài)并獲取面部當(dāng)前特征，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種異常行為模型進(jìn)行比對(duì)，從而對(duì)駕駛員當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。系統(tǒng)在對(duì)駕駛員異常行為進(jìn)行識(shí)別后，立即對(duì)駕駛員進(jìn)行語(yǔ)音提示和指示燈提示，并將此事件記錄在案，并將相關(guān)記錄上傳到地面。

3.7" 未佩戴口罩識(shí)別

根據(jù)疫情防控要求，乘客乘坐公共交通，需要佩戴口罩。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)乘客畫(huà)像數(shù)據(jù)的提取及模糊過(guò)濾處理，在不侵害乘客隱私的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并提取乘客面部的口罩特征，自動(dòng)識(shí)別車(chē)廂內(nèi)乘客是否未佩戴口罩，發(fā)現(xiàn)未佩戴口罩行為，系統(tǒng)自動(dòng)推送相關(guān)界面給司機(jī)，司機(jī)可以通過(guò)人工廣播進(jìn)行提醒告警，同時(shí)截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

4" 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1" 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能

列車(chē)綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)與列車(chē)TCMS系統(tǒng)通過(guò)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口連接，用于從TCMS系統(tǒng)獲得校時(shí)和列車(chē)車(chē)次、到站及終點(diǎn)站等關(guān)鍵信息。通過(guò)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口與PIS系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)在司機(jī)室PIS屏幕顯示報(bào)警信息及相關(guān)視頻聯(lián)動(dòng)，同時(shí)推送給廣播系統(tǒng)告警聯(lián)動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)廣播聯(lián)動(dòng)。

4.2" 功能指標(biāo)

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行例行試驗(yàn)，模擬場(chǎng)景驗(yàn)證，得到系統(tǒng)功能指標(biāo)見(jiàn)表1。

5" 結(jié)束語(yǔ)

列車(chē)綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可提高地鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)緊急事件的處理與應(yīng)對(duì)能力，提升乘客服務(wù)智慧化水平，打造舒適便捷出行氛圍。通過(guò)智能視頻處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全列車(chē)廂旅客和物品滯留的監(jiān)測(cè)，減少站務(wù)人員配比，有利于降本增效，提高運(yùn)營(yíng)效率。系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，其靈敏度和準(zhǔn)確率受乘客數(shù)量影響較大，建議隨著設(shè)備使用期間不斷積累數(shù)據(jù)狀態(tài)，完善數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，持續(xù)調(diào)整軟件算法。

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