基于視頻分析技術(shù)的車站大客流預警系統(tǒng)

吳麗娜

摘要：南京地鐵當前客流量逐年上升，對車站遇到大客流集中出現(xiàn)時通過實時的大客流預警，可以使運營人員對乘客安全、客運組織等方面出現(xiàn)的問題進行有效的處理，進而達到安全運營的目的。本文主要分析了車站大客流預警系統(tǒng)的實現(xiàn)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：南京地鐵；大客流；預警系統(tǒng)；視頻分析技術(shù)

1.車站大客流預警的現(xiàn)狀與問題

如今，車站大客流預警主要是通過工作人員的工作經(jīng)驗和特定區(qū)域的監(jiān)控圖像來對突發(fā)大客流進行預警，并制定有效的疏散措施，但是這樣的大客流預警不僅缺乏客流量定性依據(jù)，而且存在工作人員的責任心、工作態(tài)度、巡視時間周期及及時察看視頻等一系列問題，從而影響車站大客流預警的整體效果。實際上，車站大客流預警一般是簡單的根據(jù)各車站進出站閘機所傳遞的信息來統(tǒng)計客流，但是這種預警統(tǒng)計方式所統(tǒng)計的客流量缺乏真實性和準確性，不能對車站大客流進行實時、動態(tài)的統(tǒng)計，最多只能顯示乘客進站、出站的人數(shù)與位置，同時在乘客換乘車站時也不能準確統(tǒng)計換乘通道中現(xiàn)有多少客流。對于這個問題，目前國內(nèi)外還沒有現(xiàn)成的統(tǒng)計技術(shù)和方法可用。另一方面，大部分換乘樞紐站不能部署AFC系統(tǒng)，雖然可以布置，但是AFC客流數(shù)據(jù)存在延時性，對換乘通道的客流統(tǒng)計與實際客流量存在較大差異。

總之，目前國內(nèi)外的地鐵運營方都缺乏對客流實時數(shù)據(jù)的準確統(tǒng)計，缺乏理論上的算法驗證，無論在精確度還是實時度方面，大客流的統(tǒng)計都是差強人意的，更談不上能通過對歷史客流數(shù)據(jù)的分析和挖掘來準確判斷和預警，幫助客運人員安排現(xiàn)場疏導?？梢哉f在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，地鐵運營方對整個路網(wǎng)實時客流（特別是換乘客流）的預警、統(tǒng)計分析技術(shù)與應用領(lǐng)域還是空白。

2.車站大客流預警的目的

車站大客流預警系統(tǒng)研究項目的開展，目的在于在南京地鐵的樞紐站，建立監(jiān)測、預警、預案處置的綜合性危機解除機制。

利用現(xiàn)有攝像頭，可以對車站大客流進行檢測，并且對無法監(jiān)測到的重要位置進行攝像頭的補充，最終實現(xiàn)對閘機口、售票區(qū)、站臺-站廳樓梯、一號線到二號線換乘通道、站臺等人流容易積壓區(qū)域監(jiān)測預警。

利用智能視頻分析等技術(shù)手段，打破單一的依靠人員巡視應對突發(fā)大客流發(fā)出預警等問題，進行實時的、準確的、高效的客流信息分析、收集、預警，而且還可以有效啟動與該系統(tǒng)相對應的響應處置程序，這樣不僅可以有效提高大客流響應效率，而且還可以避免出現(xiàn)人員踩踏事故，有效降低事故造成的經(jīng)濟損失。

實現(xiàn)本車站和地鐵OA內(nèi)網(wǎng)中的管理人員，能夠?qū)崟r查看地鐵客流數(shù)據(jù)、檢索歷史客流數(shù)據(jù)、及時推送與查看任意時刻的預警信息。

3.車站大客流預警系統(tǒng)的可行性

為了實施大客流預警系統(tǒng)，我們對車站的現(xiàn)有監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施條件作了前期調(diào)研。

3.1監(jiān)控設(shè)施

南京地鐵閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)由車站本地監(jiān)控、中心遠端監(jiān)控和傳輸通道三部分組成。車站本地監(jiān)控含前端攝像機組件（包括攝像機、護罩、支架、鏡頭、云臺等），信號處理系統(tǒng)（包括畫面處理器、矩陣控制鍵盤、視頻矩陣、隔離地變壓器、字符疊加分配器、后置視頻放大器、避雷器等），圖像記錄顯示系統(tǒng)（包括數(shù)字硬盤錄像機、專業(yè)視頻監(jiān)視器等組成）。中心遠端監(jiān)控由遠程多媒體控制服務器、錄像管理服務器、多媒體控制客戶端、專業(yè)視頻監(jiān)視器等組成。傳輸通道主要是由以太網(wǎng)通道、OTN傳輸通道及線纜傳輸通道等組成。

每個車站的監(jiān)控系統(tǒng)是電視聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的一個節(jié)點，可以獨立工作，實現(xiàn)本地的所有視頻管理和控制功能。它為每個車站的站廳與升降電梯等重要位置提供全視頻監(jiān)視。

攝像機的視頻信號通過專用視頻電纜傳輸，最遠可達1公里。車站的監(jiān)控系統(tǒng)的視頻矩陣，可提供足夠的路數(shù)的視頻輸入/輸出與以太網(wǎng)接口接入。

作為項目可行性的前期調(diào)研結(jié)果，南京地鐵現(xiàn)有的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在添加必要的監(jiān)設(shè)備施后完全可以滿足構(gòu)建大客流預警系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施需求。

對于通道和上下車客流，通過垂直架設(shè)的攝像機可以有效避免遮擋的情況，分析服務器分析垂直架設(shè)的攝像機的圖像，對行人進行檢測并跟蹤，從而進行客流統(tǒng)計，計精度可以高達95%。

3.2網(wǎng)絡與通信條件

南京地鐵選購了西門子SBCS雙環(huán)結(jié)構(gòu)OTN2600光纖網(wǎng)，其具有一定的自愈能力，可以作為整個地鐵運行過程中的通信城域網(wǎng)絡。西門子的OTN是支持多層協(xié)議的開放式的傳輸網(wǎng)絡，它可以根據(jù)數(shù)據(jù)、語音、視頻等業(yè)務的相關(guān)標準設(shè)計接口，使符合這些標準的設(shè)備可通過OTN節(jié)點機毫無限制地直接互聯(lián)，帶寬與可擴展性能可以實現(xiàn)對車站大客流的有效管理，如閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、公務/專業(yè)電話系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)、防災系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、廣播服務系統(tǒng)等。每個車站系統(tǒng)都能獲得獨立穩(wěn)定的2M bps帶寬的傳輸通道（提供一個E1接口）。

因為大客流預警系統(tǒng)將與地鐵AFC等其他系統(tǒng)一樣是借助于現(xiàn)有地鐵網(wǎng)路設(shè)施的一個相對南京地鐵公司網(wǎng)絡中的獨立網(wǎng)絡，南京地鐵現(xiàn)有網(wǎng)絡設(shè)施條件完全可以滿足構(gòu)建大客流預警系統(tǒng)的網(wǎng)路與通信的需求。

4.大客流預警系統(tǒng)的安全體系與功能分析

大客流預警系統(tǒng)信息安全保密將以國際與國家制訂的準則與標準為依據(jù)，提供各種安全保密服務。

4.1軟件隱患防范

為軟件安全與保密，大客流預警系統(tǒng)在設(shè)計時使用正板軟件，正規(guī)使用第三方軟件，禁止使用“后門”程序（例如模擬事件實現(xiàn)第三方軟件的特定按鈕，當系統(tǒng)運行時你無法阻止使用者使用強力殺毒程序，而殺毒程序會把這種模擬事件程序作為病毒清除，而導致系統(tǒng)不能正常運行，甚至系統(tǒng)崩潰）。

4.2系統(tǒng)配置

該類隱患主要是不當?shù)木W(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和配置造成的信息傳輸故障。本系統(tǒng)使用成熟的設(shè)備，按系統(tǒng)要求嚴格配置，保證端到端防火墻或者防火墻到防火墻之間的安全，防止IP地址欺騙、發(fā)送郵件攻擊、網(wǎng)絡文件系統(tǒng)攻擊、網(wǎng)絡信息服務攻擊、掃描器攻擊、口令攻擊、嗅探攻擊、病毒和破壞性攻擊等，防止黑客通過尋找并利用網(wǎng)絡系統(tǒng)的脆弱性和軟件的漏洞，來進行身份標識、刺探竊取口令或避開計算機安全系統(tǒng)來對其進行控制，以實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡或數(shù)據(jù)庫的非法進入，竊取其中的信息。

4.3安全防范

大客流預警系統(tǒng)中存儲有大量的企業(yè)信息資源，對這類信息系統(tǒng)將采取嚴格防范措施保證其機密性、完整性、可用性、可控性。采用登錄口令、訪問權(quán)控制、身份認證、經(jīng)授權(quán)的部分信息的特定范圍內(nèi)公開訪問與處理、防止非法訪問系統(tǒng)，病毒入侵，篡改、黑客攻擊。

4.4數(shù)據(jù)備份

系統(tǒng)中信息的備份與恢復是提高數(shù)據(jù)完整性的基本措施，本系統(tǒng)的備份與恢復工作由系統(tǒng)自動完成，可設(shè)置系統(tǒng)每天在服務器之間互相備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

4.5功能分析

通常情況下，大客流預警系統(tǒng)能夠?qū)崟r計算、存儲、顯示、分析地鐵車站客運流量；提供多種形式的數(shù)據(jù)報表；統(tǒng)計查詢歷史數(shù)據(jù)；有效分析和挖掘數(shù)據(jù)信息，從而為管理者提供決策信息；管理者能夠借助系統(tǒng)PC終端來對任意時刻、任意時間段的客流數(shù)據(jù)進行查看；提供預警信息，并采取有效措施給予處理。

5.大客流預警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.1大客流預警系統(tǒng)布線

大客流預警系統(tǒng)是獨立于現(xiàn)有車站監(jiān)控系統(tǒng)，或者說是現(xiàn)有車站監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)。

5.2大客流預警系統(tǒng)架構(gòu)

實際上，大客流預警系統(tǒng)主要是由管理服務器、分析服務器與客戶端界面等部分組成。

管理服務器功能：統(tǒng)計報表、監(jiān)控調(diào)用、分析客流數(shù)據(jù)、用戶管理、推送預警、查詢歷史數(shù)據(jù)等。

分析服務器功能：識別圖像中的客流數(shù)量，捕捉攝像機中的實時數(shù)據(jù)，并借助深度學習算法對數(shù)據(jù)進行分析，并把分析后的圖片信息、數(shù)據(jù)信息傳遞到管理服務器中。

大客流預警系統(tǒng)采用了B/S軟件結(jié)構(gòu)，即所謂的瀏覽器/服務器架構(gòu)，系統(tǒng)管理部分選擇了B/S結(jié)構(gòu)，其具有維護方便、分布性強、開發(fā)簡單成本低、共享性好、通用性和易用性等優(yōu)勢。

6.結(jié)語

綜上所述，地鐵大客流預警系統(tǒng)是多學科相互交融的復雜系統(tǒng)工程，其實現(xiàn)的主要難點是人頭數(shù)識別算法中特殊監(jiān)控攝像頭（如球機型攝像頭）的動態(tài)性問題、現(xiàn)場光照的動態(tài)性變化問題、攝像頭角度、高度以及照射區(qū)域距離遠近人頭像素比例問題，在具體的實踐中，還需要更多數(shù)據(jù)分析和技術(shù)支持，才能確保系統(tǒng)的準確性和可靠性。

（作者單位：南京地鐵運營有限責任公司）