軌道交通客流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

■宋厚尊 ■天津城投樞紐運(yùn)營(yíng)管理有限公司，天津 300010

城市軌道交通是解決我國(guó)城市交通擁堵問(wèn)題的主要手段，我國(guó)許多大型城市都致力于發(fā)展軌道交通。雖然城市軌道交通解決了擁堵問(wèn)題，方便了人們出行，但也增加了城市管理和安全保障工作難度。尤其在我國(guó)多數(shù)城市軌道交通無(wú)法滿足客流需求的情況下，極容易導(dǎo)致?lián)矶禄蚬收?，容易引起擁擠踩踏事故。因此，實(shí)施采集客流量信息，為采取安全措施提供依據(jù)，是解決城市軌道交通安全隱患的關(guān)鍵。車傳統(tǒng)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)相比，視頻監(jiān)控計(jì)的主動(dòng)性和自動(dòng)化更強(qiáng)，更適合用于城市交通客流監(jiān)控。因此本文針對(duì)基于視頻的軌道交通客流系監(jiān)控統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 軌道交通客流特點(diǎn)及監(jiān)控系統(tǒng)功能

軌道交通客流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮軌道交通客流的特點(diǎn)，并根據(jù)軌道交通客流特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)我國(guó)各個(gè)城市軌道交通客流站的實(shí)際情況，我國(guó)城市軌道交通客流存在以下特點(diǎn)。一是高峰期時(shí)段客流量極大，站臺(tái)內(nèi)人口密度高，人群發(fā)生擁堵、阻滯的幾率高;二是客流流動(dòng)性極大，非行人活動(dòng)物體多;三是客流集中，并主要集中在站臺(tái)、出入庫(kù)及換乘通道等幾個(gè)區(qū)域;四是行人姿態(tài)各異，光線、陰影對(duì)監(jiān)控的干擾大［1］?；谝陨咸攸c(diǎn)，基于視頻的軌道交通客流監(jiān)控系統(tǒng)需要根據(jù)客流變化實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)采集，計(jì)算并提取圖像數(shù)據(jù)，識(shí)別行人，從而完成對(duì)客流安全狀態(tài)的判別。此外，由于軌道交通站內(nèi)分區(qū)設(shè)置明顯，監(jiān)控?cái)z像頭的數(shù)量、高度和角度需根據(jù)不同區(qū)域的功能進(jìn)行安裝，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)整體的統(tǒng)一管理。

軌道交通客流監(jiān)控系統(tǒng)的功能為對(duì)車站內(nèi)主要客流幾種區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)對(duì)監(jiān)控視頻圖像進(jìn)行分析、處理和識(shí)別，根據(jù)識(shí)別數(shù)據(jù)確定客流安全狀態(tài)等級(jí)，為工作人員采取安全管理措施提供參考，確保交通運(yùn)輸安全。根據(jù)軌道交通客流特點(diǎn)及監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)功能，客流監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性特點(diǎn)。實(shí)時(shí)性是指系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)采集客流視頻，實(shí)時(shí)分析客流視頻，實(shí)時(shí)反饋視頻數(shù)據(jù)［2］。準(zhǔn)確性是指系統(tǒng)應(yīng)提高行人識(shí)別的準(zhǔn)確度，減少誤判。穩(wěn)定性是指系統(tǒng)應(yīng)能夠長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，系統(tǒng)自身發(fā)生故障或因其它因素引起停止運(yùn)行的幾率低。

2 軌道交通客流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 硬件系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)客流監(jiān)控系統(tǒng)的功能，軌道交通控制系統(tǒng)可采用以下硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，攝像機(jī)采集客流視頻，依次經(jīng)數(shù)字硬盤(pán)刻錄機(jī)、計(jì)算機(jī)處理后，由顯示器顯示客流狀況，達(dá)到對(duì)客流狀況的實(shí)施監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如見(jiàn)圖1。

2．1．1 攝像機(jī)

攝像機(jī)負(fù)責(zé)客流圖像采集。以組成元件進(jìn)行劃分，攝像機(jī)分為CCD和CMOS兩類［3］。由于軌道交通站內(nèi)存在許多不穩(wěn)定因素，對(duì)視頻圖像的影響較大，攝像機(jī)應(yīng)具備更高的成像能力才能滿足要求。而CCD具有集成度高、能耗小的特點(diǎn)，CCD攝像機(jī)更適合作為監(jiān)控系統(tǒng)的圖像傳感器。由于不同安裝角度和高度對(duì)攝像機(jī)拍攝的質(zhì)量有很大影響，因而為提高圖像質(zhì)量，方便圖像處理，可將攝像機(jī)設(shè)置在站內(nèi)設(shè)施頂部，不僅可以減少來(lái)往行人的遮擋，增加圖像處理難度;還能提高攝像機(jī)監(jiān)控范圍，減少攝像機(jī)使用數(shù)量。

2．1.2 數(shù)字硬盤(pán)刻錄機(jī)

數(shù)字硬盤(pán)刻錄機(jī)的作用在于將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的視頻信號(hào)［4］。數(shù)字硬盤(pán)刻錄機(jī)不僅具備信號(hào)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)功能，還能提供圖像錄制、播放及管理功能。

2．1.3 計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的載體，圖像處理、監(jiān)控和管理等行為均在計(jì)算器平臺(tái)完成。

2．1.4 顯示器

顯示器負(fù)責(zé)呈現(xiàn)轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)處理后的視頻圖像，以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一或一堆多的視頻監(jiān)視功能，工作人員可以通過(guò)顯示器實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)各區(qū)域客流狀況的實(shí)施監(jiān)控。

2．2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

攝像頭采集客流圖像后，需要使用圖像處理軟件對(duì)客流模擬視頻信號(hào)進(jìn)行后續(xù)分析和識(shí)別。該軌道交通客流監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用基于Visua1 C++和MATLAB混合編程實(shí)現(xiàn)。Visua1 C++是當(dāng)前主流應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，具有功能強(qiáng)大、執(zhí)行速度快、效率高的特點(diǎn)。但是缺點(diǎn)也比較明顯，Visua1 C++進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的函數(shù)庫(kù)不豐富，讀取和現(xiàn)實(shí)圖像數(shù)據(jù)的程序繁瑣。Mat1ab是將各類數(shù)據(jù)分析、矩陣計(jì)算、信號(hào)處理和圖形顯示結(jié)合于一體的軟件，Mat1ab可調(diào)用大量高精度函數(shù)，是一種清潔、高效的編程工具。但是，由于Mat1ab使用解釋性語(yǔ)言，Mat1ab的執(zhí)行速度和應(yīng)用范圍受受到極大限制，因此本研究采用Visua1 C++和Mat1ab聯(lián)合進(jìn)行系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)［5］。在該軌道交通客流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，Visua1 C++和Mat1ab混合編程采用Ma1tab引擎方式和動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)混合編程。

2．2.1 Maltab引擎

Ma1tab引擎是指一組支持C/C++、Fortran等語(yǔ)言的接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)在其他編程環(huán)境中對(duì)Ma1tab進(jìn)行控制。接口函數(shù)主要包括打開(kāi)或關(guān)閉一個(gè)Ma1tab對(duì)話框、向Ma1tab環(huán)境發(fā)送命令、寫(xiě)入數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)。Ma1tab引擎方式設(shè)置主要包括數(shù)據(jù)類型mxArray、引擎函數(shù)和Mat1ab環(huán)境的配置。mxArray類型是Mat1ab引起函數(shù)中所欲與變量有關(guān)的數(shù)據(jù)類型，引擎函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)VC對(duì)Mat1ab的控制，常用函數(shù)有engEva1－String、engOpen、engGetVariab1e 等［6］。Mat1ab 環(huán)境的配置分為以下步驟，分別為注冊(cè)Mat1ab、在VC中配置混合編程環(huán)境依次引入engine．h頭文件和Mat1ab對(duì)應(yīng)庫(kù)文件。

2．2.2 編譯動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

使用Mat1ab的編譯器將M文件編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并于Visua1 Studio中調(diào)用。實(shí)現(xiàn)過(guò)程:首先建立M文件“myfun”，再生成C++開(kāi)發(fā)過(guò)程所需的程序和發(fā)布時(shí)所需的文件，創(chuàng)建MFC應(yīng)用程序作為調(diào)用程序。

3 結(jié)語(yǔ)

本文只對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，還有很多工作需進(jìn)一步探索和完善。如系統(tǒng)實(shí)時(shí)性對(duì)識(shí)別精度的影響、視頻監(jiān)控的單目視覺(jué)方式帶來(lái)的遮擋問(wèn)題等，還需要再未來(lái)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工作中不斷完善。

［1］陳小鴻，王翔，李佳等．城市軌道交通客流增長(zhǎng)滯后性與預(yù)測(cè)方法研究［J］．城市軌道交通研究，2014，17(11):22 －27．

［2］李瀟瀟，朱艷．軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)前端處理器接入方案比選［J］．鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，13(11):48 －50．

［3］譚筠梅，王履程，雷濤等．城市軌道交通智能視頻分析關(guān)鍵技術(shù)綜述［J］．計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2014，17(4):1 －6．

［4］譚筠梅，王履程，雷濤等．城市軌道交通智能視頻分析關(guān)鍵技術(shù)綜述［J］．計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2013，15(10):584 －585．

［5］陳志兵，倪瑋．城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展［J］．城市建設(shè)理論研究(電子版)，2015，03(5):3724 －3725．

［6］李天輝．城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展［J］．自動(dòng)化博覽，2013，44(10):80－84．