多功能集成的高精度客流監(jiān)控預警系統(tǒng)

文/史聰靈 車洪磊 何競擇 胥旋

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡化運營格局的形成、客流規(guī)模的不斷增加，大客流風險不容忽視，在突發(fā)情況下極易發(fā)生踩踏等安全事故。中國安全生產(chǎn)科學研究院聯(lián)合相關(guān)單位研制了多功能集成的高精度客流監(jiān)控預警系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)點客流數(shù)量、區(qū)域客流密度、異常行為的秒級高精度識別統(tǒng)計以及風險監(jiān)控預警，有效防范突發(fā)事件下人員踩踏風險，為提高城市軌道交通的客流疏運安全提供了技術(shù)支撐。

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡化運營時代的到來，大客流疏運風險與日俱增，在突發(fā)情況下極易發(fā)生踩踏等安全事故。城市軌道交通大客流監(jiān)控預警系統(tǒng)是為了有效防范各類突發(fā)事件人員聚集踩踏風險，而開展實施的一整套技術(shù)解決方案。

當前，城市軌道交通的綜合監(jiān)控系統(tǒng)雖然可對視頻監(jiān)控系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、AFC 等設備進行實時集中監(jiān)視和控制；但還無法實時對站內(nèi)客流流量、密度等進行高精度、定量化的監(jiān)測與風險預警。為此中國安全生產(chǎn)科學研究院聯(lián)合相關(guān)單位研制了具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的多功能高精度客流監(jiān)控預警系統(tǒng)。

多功能高精度客流監(jiān)控預警系統(tǒng)技術(shù)核心是集成了基于光強度調(diào)制技術(shù)（MLI）及飛行時間法（ToF）原理、動靜態(tài)幀智能識別技術(shù)、行為智能分析技術(shù)等，實現(xiàn)了節(jié)點客流數(shù)量、區(qū)域客流密度等秒級識別統(tǒng)計（準確度可達99%）以及風險監(jiān)控預警。如圖1 所示，可廣泛應用于地鐵車站、機場、火車站等人員密集場所。

基于MLI&ToF 原理的高精度客流監(jiān)控預警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是，高精度ToF 圖像采集，圖像噪聲抑制與人物分割，動靜態(tài)幀的自動學習和智能識別技術(shù)，以及人物行為分析，如圖2、圖3 所示。

圖1 高精度客流監(jiān)控預警系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 基于MLI&ToF原理的監(jiān)控預警關(guān)鍵技術(shù)

圖3 動靜態(tài)幀智能識別技術(shù)

主要功能

第一，在出入口人流量計數(shù)，在通道、站廳、站臺等不同區(qū)域的出入口處布置人流量高精度計數(shù)傳感器，實時采集客流數(shù)量和通行速度等基礎參數(shù)，識別精度達到99%以上，形成對節(jié)點流量的高精度統(tǒng)計。

第二，區(qū)域內(nèi)人員密度統(tǒng)計，通過自動學習和動靜態(tài)幀智能分析技術(shù)，可集成現(xiàn)有已安裝的視頻系統(tǒng)，提高了基于視頻識別的人群密度識別精度，密度識別精度達到95%以上。

第三，人群密度自動分級報警，系統(tǒng)集成了監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人群密度的分級報警模型，對人群密度、區(qū)域可容納量、排隊等進行報警，提供可預設、可修正的分級報警算法。

第四，疏散時間計算，根據(jù)現(xiàn)場的客流量和通道通行能力，根據(jù)快速人員疏散計算模型，實現(xiàn)人員疏散時間的快速計算，確保應急狀態(tài)下能夠有序疏散。

第五，異常行為報警及計數(shù)，系統(tǒng)集成監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人群異常行為分析算法，對尾隨、區(qū)域入侵，徘徊，人員聚集，逆向行進有標記和計數(shù)功能。

圖4 地鐵客流監(jiān)控預警系統(tǒng)界面

第六，安全員需求估計，根據(jù)現(xiàn)場客流分布和通行、異常行為等情況，智能估計各區(qū)域安全員需求。并根據(jù)實際安全員人數(shù)，合理調(diào)配人員，重點監(jiān)控風險集中區(qū)域。

第七，歷史數(shù)據(jù)存儲與查詢，實現(xiàn)客流曲線的秒、分、小時、天、周、月等不同時間間隔的報表存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、對比分析等，如圖4 所示。

第八，各站風險等級排序，根據(jù)各個車站的客流量以及通道情況等，利用大客流監(jiān)控預警系統(tǒng)可自動計算各站的大客流風險指數(shù)。

第九，預警并聯(lián)動預案，根據(jù)分級預警自動實現(xiàn)應急預案聯(lián)動，應急預案包括站外指示、信息發(fā)布、站外限流等。

第十，大數(shù)據(jù)分析，與大數(shù)據(jù)平臺做好數(shù)據(jù)接口，客流監(jiān)控數(shù)據(jù)實時接入運營總部大數(shù)據(jù)平臺，進行客流數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)分析，并在后期與設備狀態(tài)、AFC 等其他大數(shù)據(jù)進行綜合分析。

大客流監(jiān)控預警歷代技術(shù)對比表

主要優(yōu)勢

地鐵大客流監(jiān)控預警技術(shù)經(jīng)過了四代技術(shù)創(chuàng)新，精準度更高、可靠性更好，大客流監(jiān)控預警歷代技術(shù)對比，見上表所示。

首先，獨特的追蹤與探測功能?？稍诒O(jiān)測范圍內(nèi)精確跟蹤及記錄人的移動軌跡，與被動式紅外成像系統(tǒng)、掃描成像系統(tǒng)或二維視頻成像系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的人員追蹤能力更強，工作速度更快，計數(shù)精度更高，能夠準確分析現(xiàn)場人流情況。

其次，無與倫比的精準度——99%。算法專門針對各種復雜情況設計，包括隨身攜帶行李，拖曳箱包，各種發(fā)飾和帽子，多人緊貼等，經(jīng)過大量測試以確保能夠?qū)θ藛T進行可靠的個體探測、追蹤和統(tǒng)計計數(shù)。

最后，多種光線條件下運行，確保高可靠性。由于傳感器自帶光源和獨創(chuàng)的MLI 技術(shù)，對監(jiān)測區(qū)域的照明條件和照明變化無特殊要求，特別是在完全黑暗的環(huán)境中，準確率不降低。

應用價值

高精度客流監(jiān)控預警系統(tǒng)通過在車站各出入口、步行梯及自動扶梯、換乘通道、站臺、站廳、屏蔽門等位置設置高精度監(jiān)控點位，同時，利用獨具優(yōu)勢的視頻分析算法，可集成現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，改造集成費用大大降低。實現(xiàn)了對大客流運行中的節(jié)點客流數(shù)量、排隊長度、區(qū)域客流密度、異常行為的實時監(jiān)控和預警。系統(tǒng)根據(jù)客流動態(tài)，實時掌控客流趨勢，減小了客流疏運風險。本技術(shù)的應用為車站大客流動態(tài)監(jiān)控、實時預警和限流提供科學支撐，保障了地鐵車站客流疏運安全。[本文作者單位系中國安全生產(chǎn)科學研究院交通安全研究所。本文得到國家自然科學基金項目（71774148），中國安全生產(chǎn)科學研究院基本科研業(yè)務費專項（2019JBKY12、2019JBKY02），中國安全生產(chǎn)科學研究院“萬人計劃”入選人才特殊支持經(jīng)費項目（WRJH201801）等項目資助，作者在此表示感謝。]