高精度激光探測(cè)識(shí)別技術(shù)及大客流監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

劉文茜，王晶晶，張健欽，張學(xué)東，王 碩

(1. 北京建筑大學(xué)，北京 102616; 2. 北京市交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)調(diào)度中心，北京 100073)

近年來旅游業(yè)發(fā)展迅速，各個(gè)城市的各類景區(qū)參觀人數(shù)不斷上升，其中一些著名景區(qū)更是經(jīng)常出現(xiàn)人滿為患的情況。隨著智慧景區(qū)管理與服務(wù)的不斷發(fā)展和探索[1]，獲取景區(qū)的客流數(shù)據(jù)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能分析技術(shù)能夠有效地對(duì)景區(qū)客流量進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)警，減少景區(qū)管理與服務(wù)的壓力。根據(jù)近年來提出的大數(shù)據(jù)的特征[2]，景區(qū)的客流量數(shù)據(jù)明顯具有大數(shù)據(jù)的客觀性、現(xiàn)勢(shì)性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)[3]。作為智慧景區(qū)中不可缺少的數(shù)據(jù)，如何方便、高效、精準(zhǔn)地獲取景區(qū)客流量數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。同時(shí)，如何根據(jù)大客流數(shù)據(jù)的特性，利用大客流數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)景區(qū)客流的有效監(jiān)測(cè)與分析也在不斷的探索中。

目前除了傳統(tǒng)的票務(wù)統(tǒng)計(jì)等比較落后的方法，常見的客流數(shù)據(jù)獲取主要包括3種技術(shù)：一是基于視頻檢測(cè)技術(shù)的視頻客流數(shù)據(jù)獲取技術(shù)[4-6]；二是基于紅外線掃描技術(shù)的紅外客流數(shù)據(jù)獲取技術(shù)[7]；三是基于激光掃描技術(shù)的激光客流數(shù)據(jù)獲取技術(shù)[8-9]。其中，視頻客流檢測(cè)的技術(shù)屬于普通傳統(tǒng)客流數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，主要應(yīng)用于商場(chǎng)等普通場(chǎng)合，該類場(chǎng)合主要為室內(nèi)環(huán)境，不受天氣影響，光線充足且穩(wěn)定，但對(duì)于大部分景區(qū)來說都無法保證這種環(huán)境。紅外客流檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用在商店的窄出入口或公交車上車和下車口，檢測(cè)精度較低，且探測(cè)范圍比較小，也不能滿足景區(qū)人流探測(cè)的需求。而激光客流檢測(cè)技術(shù)利用現(xiàn)在成熟的激光探測(cè)技術(shù)，通過設(shè)備發(fā)射激光進(jìn)行掃描，對(duì)掃描結(jié)果進(jìn)行特征提取進(jìn)而獲取相應(yīng)的客流信息。激光探測(cè)技術(shù)受外界影響小，尤其不受光照影響，即使在夜晚也能夠正常探測(cè)，受雨雪、大風(fēng)等天氣影響也較小，同時(shí)能夠高頻率不間斷地進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，對(duì)動(dòng)態(tài)物體測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量過程自動(dòng)化程度高無需人工干預(yù)，能夠連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)，非常適用于景區(qū)的客流探測(cè)。

本文主要討論如何通過高精度激光探測(cè)技術(shù)獲取在指定時(shí)間段內(nèi)通過的移動(dòng)物體數(shù)量，結(jié)合特征識(shí)別技術(shù)判定其中個(gè)體模型的數(shù)量和個(gè)體模型的種類，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取通過的客流量數(shù)據(jù)；利用多臺(tái)激光掃描儀構(gòu)成分布式多模態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成完整的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)景區(qū)監(jiān)測(cè)區(qū)域的無縫覆蓋及多層次數(shù)據(jù)采集，結(jié)合整個(gè)景區(qū)的客流情況，獲取整個(gè)景區(qū)的客流量數(shù)據(jù)；同時(shí)，利用客流量數(shù)據(jù)的特性，借助相關(guān)軟件系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)景區(qū)的客流預(yù)警和預(yù)測(cè)，減少景區(qū)的管理與服務(wù)壓力。本文將北京南鑼鼓巷景區(qū)作為實(shí)際應(yīng)用案例，通過在南鑼鼓巷景區(qū)安裝多臺(tái)高精度激光探測(cè)設(shè)備，構(gòu)建大客流監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)，獲取整個(gè)景區(qū)客流數(shù)據(jù)，通過對(duì)大客流的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)掘南鑼鼓巷客流規(guī)律，服務(wù)于景區(qū)管理。該研究對(duì)景區(qū)游客量監(jiān)測(cè)和安全管理有實(shí)質(zhì)性的幫助，有助于管理者有效地掌握景區(qū)實(shí)時(shí)客流情況，對(duì)景區(qū)客流變化和預(yù)測(cè)有一定的指示作用。

1 景區(qū)客流激光探測(cè)技術(shù)

1.1 激光探測(cè)原理和優(yōu)點(diǎn)

激光探測(cè)按照探測(cè)儀器的探測(cè)方式分為直接探測(cè)[10-11]和外差探測(cè)[12]。根據(jù)景區(qū)對(duì)游人數(shù)量進(jìn)行探測(cè)的應(yīng)用需求，本文使用直接探測(cè)方式更便于達(dá)到探測(cè)目的。使用二維激光掃描儀能夠投放出一個(gè)垂直于地面的激光屏面，可利用激光反射對(duì)在激光屏面內(nèi)發(fā)生遮擋的物體進(jìn)行掃描測(cè)距。測(cè)距原理為飛行時(shí)間測(cè)距法(time of fly，TOF)，即根據(jù)激光的飛行時(shí)間(發(fā)射、被物體反射、被接收的時(shí)間差)測(cè)量被測(cè)物體與傳感器之間的距離值。利用激光束的直線飛行及弱擴(kuò)散等性質(zhì)，將激光束的發(fā)射角度和測(cè)得的距離值相結(jié)合，能夠獲取反射物體相對(duì)于光源的空間平面坐標(biāo)信息。

利用這種激光探測(cè)的方法對(duì)景區(qū)游人進(jìn)行掃描具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1) 激光掃描儀在平面內(nèi)進(jìn)行掃描測(cè)距，如掃描范圍設(shè)置為180°、每0.5°一個(gè)距離值時(shí)，一次掃描(一幀數(shù)據(jù))就可以在掃描平面內(nèi)獲得對(duì)環(huán)境目標(biāo)的361個(gè)坐標(biāo)采樣點(diǎn)，對(duì)于景區(qū)客流探測(cè)具有足夠的精度。

(2) 激光掃描儀每秒可以獲得大約50幀掃描數(shù)據(jù)(50 Hz)，約18 050個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)于游人的移動(dòng)，能夠做到準(zhǔn)確動(dòng)態(tài)捕捉，保證探測(cè)精度。

(3) 激光掃描儀的有效測(cè)距范圍普遍能夠達(dá)到18 m以上，形成的激光屏面能夠達(dá)到半徑為18 m甚至更大的半圓，保證了足夠的探測(cè)區(qū)域。

(4) 激光掃描儀所發(fā)射的激光強(qiáng)度級(jí)別為1A(即Class 1)，該強(qiáng)度的激光對(duì)人眼(人體最薄弱處)無害，波段為905 nm，為不可見光，在對(duì)游人數(shù)量進(jìn)行探測(cè)的過程中，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生任何傷害。

1.2 客流數(shù)據(jù)激光探測(cè)方法設(shè)計(jì)

對(duì)景區(qū)的客流探測(cè)，需要選擇景區(qū)出入口或游人游覽時(shí)通過的主要通道架設(shè)激光探測(cè)設(shè)備，獲取該類地點(diǎn)通過的游客數(shù)量。該類地點(diǎn)地形環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，而且游人在該類地點(diǎn)行動(dòng)模式相對(duì)單一，便于激光探測(cè)設(shè)備對(duì)游人掃描。如圖1所示，在游人通道口中央上方搭設(shè)探測(cè)設(shè)備，設(shè)備發(fā)射出的激光屏面盡量與通道或入口游人移動(dòng)方向相垂直?？紤]對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行特征提取時(shí)需要移動(dòng)物體的輪廓外形，因此，探測(cè)設(shè)備的高度應(yīng)在有效探測(cè)范圍內(nèi)盡量提高，減少因遮擋造成獲取邊緣輪廓不全的情況。

架設(shè)好激光探測(cè)設(shè)備后，為方便將探測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)成圖形，以探測(cè)時(shí)生成的激光屏面為基礎(chǔ)設(shè)定平面直角坐標(biāo)系。如圖2所示，以架設(shè)設(shè)備激光光源垂直到地面的點(diǎn)為原點(diǎn)、原點(diǎn)到激光設(shè)備為Y軸、地面與激光屏相交垂線為X軸構(gòu)建平面直角坐標(biāo)系。由于在景區(qū)的實(shí)際探測(cè)中，通道或入口的實(shí)際形狀和環(huán)境通常不一定是最理想的探測(cè)環(huán)境；同時(shí)，由于探測(cè)區(qū)域中會(huì)存在植被或地物干擾、地面形狀不規(guī)則、通道邊緣限制框形狀不規(guī)則等情況，因此在實(shí)際探測(cè)之前，需要提取激光屏面與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的相交邊緣作為實(shí)際探測(cè)區(qū)域邊界，減少因地物和地形帶來的影響。在確保探測(cè)區(qū)域內(nèi)無移動(dòng)物體的情況下，打開探測(cè)設(shè)備，獲取探測(cè)區(qū)域?qū)嶋H的環(huán)境形狀和范圍，如圖3、圖4所示。

如圖4所示，在確定完成探測(cè)區(qū)域邊界后，圖中黃線部分就是實(shí)際的激光探測(cè)區(qū)域。在設(shè)定好實(shí)際探測(cè)區(qū)域后，激光探頭以20 Hz以上的頻率對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行不間斷掃描。當(dāng)有移動(dòng)物體通過該區(qū)域時(shí)，會(huì)在探測(cè)區(qū)域內(nèi)對(duì)激光產(chǎn)生遮擋，如圖5所示。根據(jù)激光測(cè)距原理，能夠計(jì)算得出區(qū)域范圍內(nèi)遮擋物體的輪廓相對(duì)于光源的空間位置信息，結(jié)合設(shè)定的平面直角坐標(biāo)系，可將獲取的輪廓轉(zhuǎn)換為具有坐標(biāo)系的圖形文件進(jìn)行保存。當(dāng)有移動(dòng)物體通過該探測(cè)區(qū)域時(shí)，探測(cè)設(shè)備會(huì)將通過物體的輪廓掃描下來，并根據(jù)獲取的坐標(biāo)保存成圖形文件，然后利用特征識(shí)別技術(shù)對(duì)這些圖形進(jìn)行特征識(shí)別，判定通過的物體是否為游人及游人數(shù)量，具體流程如圖6所示。

1.3 雙激光方向探測(cè)

對(duì)于景區(qū)客流數(shù)量的監(jiān)測(cè)，必須對(duì)進(jìn)入和離開景區(qū)的游客數(shù)量分別進(jìn)行記錄才能有效計(jì)算景區(qū)客流數(shù)據(jù)。很多景區(qū)的進(jìn)入和離開通道往往都是同一條，因此需要對(duì)游客移動(dòng)方向進(jìn)行判別。本文對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，在一個(gè)設(shè)備上安裝兩個(gè)激光探頭，如圖7所示。通過兩個(gè)激光探頭，在通道中放出兩個(gè)平行的激光屏面進(jìn)行檢測(cè)，兩個(gè)激光屏之間的距離控制在0.3 m以內(nèi)，當(dāng)游人通過通道時(shí)，會(huì)依次通過兩個(gè)激光平面，由于兩個(gè)屏面距離小于0.3 m，游人依次通過時(shí)掃描到的模型特征應(yīng)具有很大程度的相似性，故只要比較兩個(gè)激光屏面分別獲取該特征的時(shí)間即可判定游人的移動(dòng)方向。如圖8所示，假設(shè)游人通過a屏的時(shí)刻為t1，通過b屏的時(shí)刻為t2，設(shè)定由a屏到b屏的方向?yàn)檫M(jìn)入景區(qū)方向，則當(dāng)t1早于t2時(shí)，游人是進(jìn)入景區(qū)，反之是離開景區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)景區(qū)游客的進(jìn)出數(shù)量精準(zhǔn)獲取。

2 游人特征識(shí)別技術(shù)

2.1 游人特征識(shí)別技術(shù)原理

在激光探測(cè)過程中，激光設(shè)備通過光電轉(zhuǎn)換，將掃描到的物體輪廓通過相對(duì)坐標(biāo)值保存為數(shù)字圖像。游人特征識(shí)別主要是對(duì)于圖像形狀輪廓的識(shí)別。

傳統(tǒng)的游人特征識(shí)別[13]首先需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行提取，激光探測(cè)獲取的圖像是利用掃描獲取探測(cè)物體輪廓邊緣，然后計(jì)算相對(duì)坐標(biāo)的數(shù)值生成對(duì)應(yīng)圖像。與傳統(tǒng)的基于柵格類圖像不同，省去了邊緣提取和圖像降噪等工序，只需去掉明顯的噪聲點(diǎn)，就可以利用輪廓特征比對(duì)的方法直接對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行判定。利用輪廓特征進(jìn)行識(shí)別具有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是基于輪廓特征的匹配計(jì)算量小，可以較好地滿足實(shí)時(shí)性要求；二是要識(shí)別的目標(biāo)物通常是預(yù)先知道的，其完整的幾何信息可用于識(shí)別過程。

考慮在掃描過程中游人通常是移動(dòng)行走的狀態(tài)，雙臂和雙腿都會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，同時(shí)服裝對(duì)于形體輪廓也存在影響，因此可選擇人體的肩頭特征[14-15]和高寬特征作為人體形狀特征識(shí)別的依據(jù)。肩頭區(qū)域即使在行進(jìn)過程中，其相對(duì)空間關(guān)系也基本不變，不會(huì)產(chǎn)生影響整個(gè)區(qū)域結(jié)構(gòu)的遮擋。因此，只需通過數(shù)學(xué)方法找到掃描圖形輪廓形狀對(duì)應(yīng)的身高、身寬、頭肩高、肩寬等數(shù)值并進(jìn)行比對(duì)，判定是否符合人體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就可以確定掃描對(duì)象是否為游人。

2.2 游人模型數(shù)量的判定和分離

在實(shí)地掃描過程中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上移動(dòng)物體同時(shí)通過的情況，激光掃描設(shè)備會(huì)將這些物體掃描為一條連續(xù)的輪廓線，并將其保存為圖像，或?qū)w鳥、落葉等無關(guān)的移動(dòng)物體掃描得到輪廓圖像。因此，在進(jìn)行游人特征識(shí)別之前，需要利用游人數(shù)量判別模型對(duì)圖像中游人模型數(shù)量進(jìn)行判定和分離。激光探測(cè)設(shè)備掃描后生成如圖9所示的圖像，該圖像本身就是通過掃描坐標(biāo)生成的，不存在顏色差別和邊緣不清的情況，可以直接利用像素連續(xù)性對(duì)圖像進(jìn)行分組，圖9中有A、B、C3組連續(xù)圖像。

根據(jù)掃描目標(biāo)特點(diǎn)，表達(dá)游人身體輪廓的像素?cái)?shù)與飛鳥、落葉等干擾對(duì)象的輪廓像素?cái)?shù)具有明顯的差別。參考要探測(cè)最小年齡游人的平均身形大小和最基本掃描部分，設(shè)定連續(xù)圖像最小像素?cái)?shù)M，各組連續(xù)圖像像素?cái)?shù)與M進(jìn)行比對(duì)，直接排除明顯的干擾項(xiàng)，減少需要識(shí)別的模型，如圖9中的A部分像素明顯小于M，故可直接排除。

排除明顯不是游人的連續(xù)像素形狀后，以像素為單位根據(jù)掃描時(shí)設(shè)定的直角坐標(biāo)系，對(duì)各組連續(xù)圖像取自身在X軸方向的最小值X1和最大值X2，將圖像定義為在[X1,X2]內(nèi)的連續(xù)函數(shù)F(x)，計(jì)算該函數(shù)在[X1,X2]內(nèi)的極大值和極小值，如圖10所示。在正常情況下，游人通過激光探測(cè)屏面時(shí)其身體輪廓只存在一個(gè)最高點(diǎn)(頭頂)，即圖形只有一個(gè)極大值點(diǎn)。但由于服飾或飾品等影響，掃描出的輪廓中有可能出現(xiàn)局部凸起，造成圖像存在個(gè)別較小的極大值點(diǎn)，故利用圖像處理技術(shù)對(duì)邊緣輪廓折線進(jìn)行設(shè)定閾值的平滑處理，去除這些不能代表識(shí)別特征的極值點(diǎn)。去除后計(jì)算每一個(gè)連續(xù)函數(shù)的極大值和極小值點(diǎn)的坐標(biāo)，若該連續(xù)函數(shù)只存在一個(gè)極大值，則說明對(duì)應(yīng)圖形對(duì)象有可能表示一個(gè)游人，對(duì)圖像進(jìn)行下一步游人特征識(shí)別；若圖像存在N個(gè)極大值點(diǎn)，表示有可能是N個(gè)游人輪廓掃描在一起，對(duì)圖像按照兩個(gè)極大值之間的極小值點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行拆分，將拆分后的各個(gè)圖像再進(jìn)行游人特征識(shí)別，最終得到游人數(shù)量。圖10中，B圖像在[XB1,XB2]中，存在兩個(gè)極大值點(diǎn)B1和B3，一個(gè)極小值點(diǎn)B2，則B圖像需要以B2點(diǎn)的X軸坐標(biāo)上的垂直線進(jìn)行分割，分為兩部分，分別進(jìn)行游人特征識(shí)別。C圖像只存在一個(gè)極大值點(diǎn)C1，則C圖像可直接進(jìn)行游人特征識(shí)別。

2.3 游人的特征識(shí)別

經(jīng)過游人數(shù)量模型判定和分離后，對(duì)進(jìn)行游人特征識(shí)別的圖像只需判別圖像特征是否符合游人特征即可。如圖11所示，在原有坐標(biāo)系下，記錄圖像最高點(diǎn)A，通過A在相對(duì)坐標(biāo)系中Y軸的值A(chǔ)Y獲得對(duì)象身高，記為H。過A點(diǎn)作垂直于X軸的直線Z，取Z偏向坐標(biāo)原點(diǎn)的那一側(cè)圖像作為判別圖像，當(dāng)Z與Y軸重合時(shí)，默認(rèn)取X軸正區(qū)間圖像。構(gòu)建新的直角坐標(biāo)系，直線Z為X軸，原坐標(biāo)Y軸負(fù)方向?yàn)閄軸正方向，作與Z垂直于A點(diǎn)的直線為Y軸，原坐標(biāo)系中探頭所在方向?yàn)閅軸正方向，A點(diǎn)為新的坐標(biāo)系原點(diǎn)，如圖12所示。將圖形視作平面坐標(biāo)上的一個(gè)連續(xù)函數(shù)，利用數(shù)學(xué)方法依次從原點(diǎn)出發(fā)沿X軸正方向，找到第一個(gè)極大值點(diǎn)B，第1個(gè)極小值點(diǎn)C，第2個(gè)極大值點(diǎn)D，并獲取相應(yīng)坐標(biāo)。根據(jù)人體輪廓特點(diǎn)，可得到頭寬2BY，頭肩高度DX，肩寬2DY。

根據(jù)人體解剖學(xué)知識(shí)，已知頭肩高度與頭部寬度比值閾值為[2.5,3.0]，人體寬高比值范圍為[0.28,0.36]，頭肩高度和人體高度的比值范圍為[0.22,0.30][15]。則若掃描對(duì)象為游人，應(yīng)滿足以下關(guān)系

由于游人穿著和掃描時(shí)對(duì)人體有可能發(fā)生遮擋，因此，提取出的輪廓數(shù)值只要滿足以上算式中任意兩個(gè)，就可判定探測(cè)目標(biāo)為游人，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)[15]。

3 景區(qū)客流監(jiān)測(cè)和分析

3.1 景區(qū)客流量數(shù)據(jù)的利用

對(duì)景區(qū)客流監(jiān)測(cè)和分析的客流量數(shù)據(jù)必須具有連續(xù)性、高精度和實(shí)時(shí)性等特性，而利用傳統(tǒng)方法獲取的客流數(shù)據(jù)往往存在精度不夠高、獲取速度慢等問題。因此，利用高精度激光探測(cè)和特征識(shí)別技術(shù)不僅保證了獲取客流數(shù)據(jù)的精度等級(jí)，而且獲取的客流量數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)空數(shù)據(jù)，具有明顯的動(dòng)態(tài)性和時(shí)勢(shì)性，數(shù)據(jù)獲取和傳輸速度快，幾乎能夠在獲取的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

對(duì)獲取的客流數(shù)據(jù)可以通過其空間屬性和時(shí)間屬性進(jìn)行分類計(jì)算，應(yīng)用于客流監(jiān)測(cè)和分析之中。其中，空間屬性主要是指每一個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)的通道地理位置，每一個(gè)設(shè)備獲取的客流數(shù)據(jù)代表本通道客流數(shù)值，根據(jù)通道地理位置，可以通過不同的通道選擇形成不同的閉合監(jiān)控區(qū)域，通過地理空間屬性的篩選，就能夠得到相應(yīng)區(qū)域的實(shí)時(shí)客流數(shù)據(jù)。時(shí)間屬性指獲取客流數(shù)據(jù)的時(shí)間，首先根據(jù)和現(xiàn)實(shí)時(shí)間的時(shí)間差，可以分為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，方便不同的系統(tǒng)模塊進(jìn)行調(diào)用；同時(shí)根據(jù)不同的時(shí)間維度，可以通過時(shí)間屬性將客流量數(shù)據(jù)按照小時(shí)、天、周、月等不同單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，對(duì)景區(qū)的客流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.2 南鑼鼓巷景區(qū)的實(shí)踐應(yīng)用

南鑼鼓巷作為北京市有名的街巷型景點(diǎn)，胡同內(nèi)空間狹小，大規(guī)模的人流不僅會(huì)給景區(qū)造成安全隱患，同時(shí)也會(huì)對(duì)景區(qū)古跡造成一定程度的破壞，因此在景區(qū)內(nèi)安裝激光探測(cè)設(shè)備，可防止人群密度過大對(duì)景區(qū)造成安全困擾。目前，北京南鑼鼓巷景區(qū)已安裝了19個(gè)激光人流探測(cè)設(shè)備，建立了完整的監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)，開發(fā)了專用系統(tǒng)對(duì)整個(gè)景區(qū)的客流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。19個(gè)激光客流探測(cè)設(shè)備分別在16個(gè)通道口和1個(gè)通道中央布設(shè)，南鑼鼓巷主通道南口和北口由于寬度較大，設(shè)立兩臺(tái)設(shè)備共同掃描以提升精度。設(shè)置在南鑼鼓巷中央的設(shè)備將景區(qū)分割為兩個(gè)區(qū)域，并設(shè)定從南往北通過為進(jìn)入景區(qū)，反之為離開景區(qū)，方便對(duì)局部區(qū)域客流進(jìn)行監(jiān)控。每一個(gè)通道監(jiān)控點(diǎn)都配置一臺(tái)控制器，對(duì)掃描結(jié)果進(jìn)行識(shí)別和記錄，并每隔30 s，將30 s內(nèi)從該通道離開景區(qū)和進(jìn)入景區(qū)的人數(shù)生成一條數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偡?wù)器，保存在總數(shù)據(jù)庫中，方便景區(qū)管理系統(tǒng)調(diào)用分析。

南鑼鼓巷景區(qū)利用高精度激光人流探測(cè)設(shè)備，對(duì)所有出入口的客流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過激光探測(cè)和特征識(shí)別技術(shù)，確保了游客的高識(shí)別率；同時(shí)進(jìn)行連續(xù)不斷全天候的監(jiān)測(cè)，可以通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取景區(qū)1 d中最具代表性的游客進(jìn)入和離開的客流數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)對(duì)景區(qū)客流流向進(jìn)行推算與控制，防止突發(fā)事件發(fā)生。

3.2.1 景區(qū)客流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能

通過在總服務(wù)器的系統(tǒng)讀取和分析獲取的客流數(shù)據(jù)，并結(jié)合系統(tǒng)界面，管理者能夠查看南鑼鼓巷各個(gè)通道最新的游人進(jìn)出情況，并通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算出當(dāng)天已發(fā)生進(jìn)入景區(qū)游客數(shù)量、離開數(shù)量、當(dāng)前景區(qū)內(nèi)存在客流數(shù)量等信息，如圖13所示。雖然設(shè)定的數(shù)據(jù)獲取最小單位為30 s，但根據(jù)管理者需要，將5 min設(shè)定為客流監(jiān)測(cè)單位，系統(tǒng)顯示最新5 min的客流數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)還可以隨時(shí)計(jì)算景區(qū)內(nèi)客流密度，基于密度對(duì)景區(qū)內(nèi)客流擁堵程度進(jìn)行評(píng)定。當(dāng)達(dá)到預(yù)警級(jí)別的密度值后，系統(tǒng)會(huì)通過彈出框和報(bào)警聲進(jìn)行提醒，同時(shí)會(huì)生成信息記錄，并啟動(dòng)應(yīng)急疏散管理模塊，提出建議的應(yīng)急疏散方案。

3.2.2 景區(qū)客流統(tǒng)計(jì)分析功能

景區(qū)的歷史客流數(shù)據(jù)不僅是對(duì)游客數(shù)量變化的記錄，還可以通過分析來探尋景區(qū)客流變化規(guī)律，幫助制定合理的管理方案。南鑼鼓巷景區(qū)管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫特性，在各個(gè)設(shè)備時(shí)間單位為30 s的人流數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組合并，創(chuàng)建以小時(shí)、天、周、月、年為統(tǒng)計(jì)單位的各個(gè)設(shè)備進(jìn)入和離開人數(shù)總量表、景區(qū)內(nèi)以小時(shí)為單位的客流人數(shù)變化統(tǒng)計(jì)表、景區(qū)各個(gè)區(qū)域人流總量表等，且通過系統(tǒng)前臺(tái)界面，能夠以表格、折線圖、柱狀圖等多種可視化方法表達(dá)出來，直接生成管理者需要的表格、圖表或文字報(bào)表，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同比環(huán)比等分析。如圖14所示，通過系統(tǒng)還能將查詢的內(nèi)容導(dǎo)出生成常用的Word格式或Excel格式文件，方便景區(qū)的管理者查詢和分析景區(qū)的歷史客流數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

將激光探測(cè)技術(shù)和特征識(shí)別技術(shù)相結(jié)合的景區(qū)大客流監(jiān)測(cè)方法，能夠精準(zhǔn)且高效地獲取景區(qū)游客數(shù)量信息。激光探測(cè)受外界條件影響小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠高頻率連續(xù)作業(yè)，對(duì)游客輪廓的動(dòng)態(tài)捕捉準(zhǔn)確，適用于各類景區(qū)的客流監(jiān)測(cè)。獲取游客輪廓圖像后，結(jié)合數(shù)學(xué)方法和人體解剖學(xué)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行特征提取，其計(jì)算速度快，判定精度高。得到的客流數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)字段規(guī)范，便于管理和保存，能夠很好地與當(dāng)前提出的智慧景區(qū)和景區(qū)大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合。通過南鑼鼓巷的實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，激光探測(cè)和特征識(shí)別相結(jié)合的客流獲取方式能夠有效地應(yīng)用到智慧景區(qū)的管理和服務(wù)中，獲取的景區(qū)客流量數(shù)據(jù)能夠滿足景區(qū)大數(shù)據(jù)管理的要求，進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)的分析和利用能夠更好地幫助景區(qū)進(jìn)行應(yīng)急處置工作。

雖然本文結(jié)合激光探測(cè)和特征識(shí)別技術(shù)在大客流監(jiān)測(cè)方面作了一定的探索應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果，但特征提取方面的特征模型多樣化較少，特征提取識(shí)別的精度還可進(jìn)一步提升，另外獲取的客流量數(shù)據(jù)在景區(qū)的客流監(jiān)測(cè)和分析工作中還可進(jìn)一步精細(xì)化。因此，下一步的研究重點(diǎn)將放在模型特征的創(chuàng)建和提取方面，通過設(shè)立多種類型的特征模型和識(shí)別算法，提高模型特征提取的精度，并對(duì)獲取的客流數(shù)據(jù)進(jìn)行更加高效精細(xì)的分析利用。