基于智能視頻分析技術(shù)的車站大客流預(yù)警系統(tǒng)研究

李廣剛*，方漫然

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基于智能視頻分析技術(shù)的車站大客流預(yù)警系統(tǒng)研究

李廣剛*，方漫然

（南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，江蘇南京，210012）

結(jié)合南京地鐵基于智能視頻分析技術(shù)的車站大客流預(yù)警系統(tǒng)的研究，提出地鐵大客流預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的意義、建設(shè)思路，從建設(shè)過程分析建設(shè)難點(diǎn)，從建成情況分析功能特點(diǎn)，展示當(dāng)前視頻分析技術(shù)能力，為地鐵車站大客流預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)付諸實(shí)踐，為地鐵從技術(shù)層面提升地鐵運(yùn)輸組織風(fēng)險(xiǎn)管控能力提出解決思路。

地鐵車站視頻分析客流監(jiān)測(cè)預(yù)警

引言

伴隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)和壓力加大，在這種情況下，如何動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)地鐵內(nèi)客流，確保安全運(yùn)行，成為地鐵運(yùn)營的核心問題。在不斷升高的客流現(xiàn)狀，提高保障地鐵公共安全和處置突發(fā)公共事件的能力，最大程度地預(yù)防和減少突發(fā)地鐵公共事件造成的損害，保障公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，促進(jìn)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)地鐵的特點(diǎn)及當(dāng)前地鐵突發(fā)事件管理中存在的依靠人員巡視應(yīng)對(duì)突發(fā)大客流發(fā)生預(yù)警等現(xiàn)狀與要求，對(duì)重點(diǎn)車站的重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的客流情況采用智能分析的技術(shù)手段，進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的客流信息收集、分析、告警并及時(shí)啟動(dòng)與該系統(tǒng)配套的響應(yīng)處置程序，方便客流運(yùn)輸組織，提高大客流響應(yīng)和處置效率，有效避免人員踩踏事故的發(fā)生很有必要。從2013年開始，南京地鐵開始對(duì)客流分析及預(yù)警系統(tǒng)開展調(diào)研，最終選擇基于視頻分析技術(shù)的客流預(yù)警系統(tǒng)研究并立項(xiàng)實(shí)施。

1 研究思路

1.1 客流統(tǒng)計(jì)

建立客流統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)客流實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、歷史查詢和對(duì)比分析。一是實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)：實(shí)時(shí)對(duì)出入口、站廳、站臺(tái)-站廳樓梯、站臺(tái)等區(qū)域客流實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，顯示累計(jì)客流、分時(shí)客流情況；二是歷史查詢：建立歷史客流情況數(shù)據(jù)庫，逐步建立工作日、假期、周末、節(jié)日、重要活動(dòng)等客流模型；三是對(duì)比分析：根據(jù)客流歷史數(shù)據(jù)，對(duì)比不同時(shí)間客流情況，查找客流規(guī)律，方便行車組織和客流引導(dǎo)。

1.2 大客流預(yù)警

建立客流預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)分級(jí)預(yù)警。一是根據(jù)南京地鐵大客流組織經(jīng)驗(yàn)，將大客流預(yù)警分為四級(jí)，四級(jí)最低，一級(jí)最高，根據(jù)不同級(jí)別建立數(shù)學(xué)模型；二是根據(jù)地鐵客流特點(diǎn)抓住過密和滯留兩大關(guān)鍵要素，對(duì)過密和滯留閥值進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)超限預(yù)警；三是預(yù)警個(gè)性設(shè)置，對(duì)預(yù)警區(qū)域、預(yù)警閥值、預(yù)警級(jí)別自定義設(shè)置，便于預(yù)案調(diào)整；四是預(yù)警信息實(shí)時(shí)推送，利用釘釘公共平臺(tái)推送信息（南京地鐵是釘釘平臺(tái)企業(yè)用戶），根據(jù)處置預(yù)案及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)。

1.3 成本控制

控制實(shí)施成本，方便后期擴(kuò)展。一是充分利用車站現(xiàn)有的各種監(jiān)控設(shè)施、信息資源，充分保護(hù)已有的信息資源，做到節(jié)能、減少投資，在系統(tǒng)建設(shè)期間及系統(tǒng)投入運(yùn)行后不影響、不妨礙現(xiàn)有的地鐵的正常運(yùn)營；二是接口開放，便于擴(kuò)展?？紤]建成大客流預(yù)警平臺(tái)，初步建成車站級(jí)，后期建成重要站點(diǎn)級(jí)，必要時(shí)開發(fā)線路級(jí)和線網(wǎng)級(jí)預(yù)警平臺(tái)，為運(yùn)圖制定、行車調(diào)度和客運(yùn)組織提供數(shù)據(jù)支撐。

2 架構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

為了便于大客流預(yù)警系統(tǒng)的研究開發(fā)，南京地鐵選擇了3號(hào)線柳州東路站進(jìn)行試點(diǎn)研究，該站的特點(diǎn)是靠近大型生活小區(qū)，位于長江以北，上班族較多，由于跨江為了方便很多人選擇地鐵作為出行首選，早晚高峰客流壓力較大，有一定典型意義。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

大客流預(yù)警系統(tǒng)由三部分組成：分析服務(wù)器、管理服務(wù)器與客戶端界面。分析服務(wù)器功能：運(yùn)行深度學(xué)習(xí)算法，處理攝像機(jī)捕捉到的實(shí)時(shí)視頻，識(shí)別圖像中的人數(shù)，將數(shù)據(jù)信息、圖片信息傳遞到管理服務(wù)器中；管理服務(wù)器功能：客流數(shù)據(jù)分析、預(yù)警推送、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、用戶管理、調(diào)用監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查詢等；客戶端界面：用戶查看、調(diào)閱客流、預(yù)警信息，對(duì)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行管理。大客流預(yù)警系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)采用B/S結(jié)構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)請(qǐng)求、數(shù)據(jù)加工、結(jié)果返回、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁生成、數(shù)據(jù)庫的訪問、應(yīng)用程序的執(zhí)行等處理都由Web Server完成。系統(tǒng)管理部分采用B/S結(jié)構(gòu)主要是出于B/S結(jié)構(gòu)具有分布性強(qiáng)、維護(hù)方便、共享性好、開發(fā)簡單成本低、通用性和易用性方面的考慮，這樣所有邏輯幾乎集中在服務(wù)器，系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到強(qiáng)化。

圖1 大客流預(yù)警系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 功能設(shè)計(jì)

大客流預(yù)警系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時(shí)計(jì)算、分析、存儲(chǔ)、顯示地鐵車站客運(yùn)流量；統(tǒng)計(jì)查詢歷史數(shù)據(jù)；提供多種形式的數(shù)據(jù)分析和報(bào)表；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，為管理者提供決策信息；提供預(yù)警信息，及時(shí)有效啟動(dòng)相應(yīng)的處置預(yù)案；管理者可通過系統(tǒng)PC終端查看任意時(shí)間段、任意時(shí)刻的客流數(shù)據(jù)。

圖2 南京地鐵車站大客流預(yù)警系統(tǒng)功能模塊

表1 大客流預(yù)警系統(tǒng)各功能模塊功能表

2.3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)為預(yù)警機(jī)制的建立。既然把過密和滯留作為預(yù)警檢測(cè)的重要指標(biāo)，那么過密和滯留如何定義成為難點(diǎn)。密度是區(qū)域人數(shù)除以區(qū)域面積，但是每個(gè)攝像頭照射面積不同，檢測(cè)到的直接數(shù)據(jù)是區(qū)域人數(shù)，因此把區(qū)域人數(shù)作為設(shè)定的閥值更易于實(shí)際操作，由此提出對(duì)每個(gè)攝像頭過密閥值設(shè)定為區(qū)域人數(shù)作為系統(tǒng)過密設(shè)計(jì)的原則。關(guān)于滯留檢測(cè)，滯留的字面意思是人停留在某一區(qū)域一定時(shí)間內(nèi)不移動(dòng)，對(duì)地鐵來講，尤其站臺(tái)乘客滯留，往往指乘客登不上車造成乘客滯留，由此在系統(tǒng)設(shè)置時(shí)將滯留定義為超過一定人數(shù)停留超過一定時(shí)間來確定是否有乘客滯留。

對(duì)地鐵運(yùn)輸組織來講，過密未必造成滯留，但是滯留往往由于車站客流過大造成，因此根據(jù)運(yùn)輸組織經(jīng)驗(yàn)，建立以滯留檢測(cè)為主，過密檢測(cè)為輔的客流預(yù)警原則，通過設(shè)定車站預(yù)警、重點(diǎn)區(qū)域預(yù)警和單個(gè)攝像頭事件預(yù)警的靈活預(yù)警機(jī)制更有利于大客流風(fēng)險(xiǎn)處置，四級(jí)預(yù)警初步設(shè)置如下：站臺(tái)出現(xiàn)乘客滯留情況觸發(fā)Ⅳ級(jí)預(yù)警；站臺(tái)和付費(fèi)區(qū)出現(xiàn)滯留觸發(fā)Ⅲ級(jí)預(yù)警；站臺(tái)和站廳出現(xiàn)滯留觸發(fā)Ⅱ級(jí)預(yù)警；站臺(tái)、站廳和出入口出現(xiàn)滯留觸發(fā)Ⅰ級(jí)預(yù)警。預(yù)警機(jī)制可根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)置。

3 主要功能實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證

3.1 實(shí)時(shí)預(yù)警

實(shí)時(shí)預(yù)警界面可劃分為4個(gè)區(qū)域，如圖3所示。區(qū)域一為可視化的預(yù)警區(qū)域，正常時(shí)攝像頭顏色為綠色，過密時(shí)攝像頭顏色變?yōu)槌壬?dāng)出現(xiàn)滯留時(shí)攝像頭顏色變成紅色，觸發(fā)預(yù)警時(shí)，系統(tǒng)通過釘釘推送預(yù)警信息到相關(guān)人員，如圖4所示。從圖4可以看出，接收到信息時(shí)間比警情發(fā)生時(shí)間延誤2秒，由此可見預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性還是比較強(qiáng)的。區(qū)域2、3、4為客流顯示區(qū)域，從不同角度展現(xiàn)客流信息，如進(jìn)站客流、出站客流、站臺(tái)內(nèi)客流、上行進(jìn)站臺(tái)客流、下行進(jìn)站臺(tái)客流、換乘通道客流、近5/10/60分鐘進(jìn)出站臺(tái)客流和進(jìn)出站客流，如進(jìn)出站客流，可細(xì)化到幾號(hào)口的進(jìn)出站信息，進(jìn)一步掌握客流信息方便客流組織。

圖3 實(shí)時(shí)預(yù)警界面

3.2 預(yù)警管理

（1）預(yù)案管理

為了便于系統(tǒng)能夠根據(jù)地鐵實(shí)際預(yù)案進(jìn)行調(diào)整，用戶可以對(duì)預(yù)警進(jìn)行自定義，對(duì)推送人員進(jìn)行自由添加和刪除。

（2）預(yù)警閥值設(shè)定

對(duì)通道和站臺(tái)、站廳攝像頭分別進(jìn)行人數(shù)和停留時(shí)間設(shè)置，極大方便了客流預(yù)警管理，球機(jī)用于檢測(cè)出入口和樓梯客流量和滯留情況，槍機(jī)用于檢測(cè)照射區(qū)域客流和滯留情況，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行停用和添加，人數(shù)和停留時(shí)間根據(jù)實(shí)際客流情況自由設(shè)置。

（3）客流驗(yàn)證

為了驗(yàn)證客流預(yù)警系統(tǒng)客流統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，主要進(jìn)行了以下幾方面的驗(yàn)證工作：一是通過與票務(wù)數(shù)據(jù)比對(duì)和實(shí)際圖片中人數(shù)比對(duì)；二是安排人員站在攝像頭下模擬滯留驗(yàn)證；三是請(qǐng)點(diǎn)圖片中的人數(shù)與系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)；四是查看客流統(tǒng)計(jì)分析圖查看客流規(guī)律。通過實(shí)際數(shù)據(jù)比對(duì)，客流量統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性超過97%，站臺(tái)區(qū)域準(zhǔn)確性由于人員遮擋問題略低但可滿足預(yù)警需求；滯留檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)100%成功檢測(cè)；客流規(guī)律符合乘客實(shí)際出行規(guī)律。

圖4 系統(tǒng)檢測(cè)的客流出行規(guī)律

4 結(jié)束語

經(jīng)過研究開發(fā)，南京地鐵已初步建立了單站點(diǎn)的客流預(yù)警系統(tǒng)，為客流預(yù)警研究理論付諸實(shí)踐，在客流統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)警系統(tǒng)建立方面取得一定的成果，但是對(duì)大客流預(yù)警系統(tǒng)研究和應(yīng)用并沒有結(jié)束，后期將加強(qiáng)以下幾個(gè)方面研究：一是完善基于客流數(shù)據(jù)庫的客流預(yù)測(cè)功能；二是基于客流分析的行車組織調(diào)度研究；三是預(yù)警機(jī)制的優(yōu)化研究等，后期如果能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車內(nèi)乘客情況，將對(duì)地鐵客運(yùn)組織和風(fēng)險(xiǎn)管控帶來極大方便。

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Research on Large Passenger Flow Early Warning System of Station Based on Intelligent Video Analysis Technology

LI Guanggang*, FANG Manran

(Nanjing Metro Operation Co., Ltd., Jiangsu Nanjing, 210012, China)

according to research on large passenger flow early warning system of station based on intelligent video analysis technology of the Nanjing subway station,propose meaning and thinking about construction of the early warning system of large passenger, analysis of the difficulties in the construction from the construction process, analysis of features from the completion, display the current video analysis technology for the construction of large passenger capacity, early warning system of subway station into practice, for the subway from the technical level to enhance the subway transportation organization risk management and control capacity of the proposed solutions.Keywords:subway station; video analysis; passenger flow monitoring; early warning

李廣剛, 方漫然. 基于智能視頻分析技術(shù)的車站大客流預(yù)警系統(tǒng)研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 2017, 6(5): 15-16.

LI Guanggang, Research on Large Passenger Flow Early Warning System of Station Based on Intelligent Video Analysis Technology[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 15-16.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.006

TP391.41

A

1672-9129(2017)05-0015-02

2017-02-05；

2017-02-27。

李廣剛，男，（1983-）山東菏澤，職務(wù)：項(xiàng)目技術(shù)管理，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：軌道交通，單位：南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司。E-mail: bianjibu20080808@163.com