鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

謝錦妹 楊廣亮 候晶 田德柱 段培勇

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.中鐵科學技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 100081；3.中國鐵路呼和浩特局集團有限公司烏海車務段，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

鐵路列車前進時，周圍的空氣也被帶動向前流動，越靠近列車，空氣流動的速度越快。人在站臺上時，靠近列車高速流動的空氣與人背后緩慢流動的空氣，形成將人推向列車的壓力差，極易造成人身傷亡事故。因此，我國鐵路要求旅客在站臺安全白線以內(nèi)候車。另外，個別旅客因個人原因，下車后未經(jīng)出站口出站，而是穿越站臺兩端進入車站岔區(qū)及區(qū)間，存在極大人身安全隱患［1］。

車站客運人員數(shù)量有限，在接發(fā)旅客列車時，站臺客運人員主要負責站臺旅客乘降組織。隨著我國鐵路的高速發(fā)展，車站發(fā)車密度增加，客流量增大，車站安全生產(chǎn)壓力也隨之加大。鐵路車站的運營自動化與智能化都是未來車站安全運營的必要執(zhí)行項目，現(xiàn)階段的安全管制措施仍以人為管控為主、系統(tǒng)控制為輔，未實現(xiàn)人防、物防、技防有機結(jié)合［2］。為避免旅客在候車期間侵入安全白線、誤闖站臺兩端等非安全區(qū)域，造成人員財產(chǎn)損失甚至行車事故，本文對站臺防侵入技術(shù)進行研究。

鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)，可監(jiān)控個別旅客因個人原因，在候車期間侵入安全白線、誤闖站臺兩端等非安全區(qū)域時進行報警，消除人身安全隱患，并可應用于周界監(jiān)控、重點區(qū)域安全監(jiān)控等領(lǐng)域，與現(xiàn)有的安防視頻系統(tǒng)融合使用。

鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)是車站保障旅客安全出行的有力手段，對車站減員提效、事故提前預警、提高指揮調(diào)度效率起到重大的推進作用，符合鐵路集團公司“全面深化改革、提高質(zhì)量效益、實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展”的工作要求，并且從鐵路發(fā)展的角度看有著推廣應用的實際意義，將為車站和鐵路集團公司的創(chuàng)新發(fā)展做出一定的科學研究貢獻。

1 研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外用于站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)主要為對射技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)2大類。

對射技術(shù)主要利用紅外或激光發(fā)生器和接收器對射來建立“虛擬防線”，見圖1。當人員進入布防區(qū)時，紅外線被遮斷產(chǎn)生報警信號［3］。對射技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)難度小、易實施等優(yōu)點，但只能定性判斷、易受干擾、無法區(qū)分人員行進方向。視頻監(jiān)控技術(shù)是通過相機采集現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)，利用圖像處理技術(shù)實現(xiàn)對侵入人員的識別，見圖2。視頻監(jiān)控技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、總體成本低、圖片直觀等優(yōu)點［4］，但其易受環(huán)境因素影響，檢測可靠性低。

圖1 對射技術(shù)

圖2 視頻監(jiān)控技術(shù)

與既有2種技術(shù)相比，激光掃描技術(shù)具有檢測精度高、全天候工作的優(yōu)點，可對區(qū)域內(nèi)物體二維掃描，實現(xiàn)人員定位、追蹤等功能，見圖3。

圖3 激光掃描技術(shù)

2 系統(tǒng)設(shè)計方案

鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)采用二維激光掃描技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的監(jiān)控手段，智能判斷安全白線區(qū)域內(nèi)是否有人員侵入、旅客出站是否誤闖站臺兩端等非安全區(qū)域等，見圖4。

圖4 布防區(qū)域

2.1 站臺安全監(jiān)控

在站臺上方位置處安裝激光掃描傳感器向下掃描，沿站臺安全白線形成一道虛擬的屏蔽門［5］，見圖5。如果旅客在候車期間越過安全白線，系統(tǒng)報警，車站客運人員根據(jù)報警信息進行及時處理，以免造成嚴重后果。在站臺端部處安裝激光掃描傳感器水平掃描［6-8］。旅客乘降時，對站臺兩端非安全區(qū)域進行實時監(jiān)控，監(jiān)控區(qū)域分為預警區(qū)域和報警區(qū)域，當旅客進入預警區(qū)域時，對誤入旅客進行聲光提醒；當旅客繼續(xù)前行進入報警區(qū)域時，系統(tǒng)報警，車站客運人員根據(jù)報警信息進行及時處理，以免造成嚴重后果，見圖6。

圖5 站臺白線安全監(jiān)控方案

圖6 站臺端部安全監(jiān)控方案

2.2 視頻監(jiān)控

站臺安全監(jiān)控模塊采用高清攝像機實現(xiàn)站臺旅客乘降實時監(jiān)控。如有報警發(fā)生，系統(tǒng)通過激光掃描數(shù)據(jù)獲取人員的侵入位置，視頻監(jiān)控設(shè)備根據(jù)人員的侵入位置信息進行追蹤監(jiān)控。

2.3 監(jiān)控信息管理方案

鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)采用“分散監(jiān)控、集中管理”的思想，由監(jiān)控點和監(jiān)控中心組成；監(jiān)控點與監(jiān)控中心通過無線或有線網(wǎng)絡連接。

分散監(jiān)控，即根據(jù)站臺數(shù)量及監(jiān)控需求布設(shè)多個監(jiān)控點。

集中管理，即監(jiān)控數(shù)據(jù)不僅本地存儲，而且通過網(wǎng)絡傳輸至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務器儲存各個監(jiān)控點數(shù)據(jù)，統(tǒng)一管理，并實時推送報警信息，提供信息管理功能。

監(jiān)控信息管理基于B/S系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，監(jiān)控信息包括預警報文、圖片、設(shè)備狀態(tài)報文等。監(jiān)控信息管理流程（圖7）為：測點機采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)后實時上傳至服務器，部署在服務器上的監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)接收到的報文級別進行相應的處理，并按設(shè)定的報警方式實時推送給相關(guān)人員，如通過對講機發(fā)送給站臺客運人員；監(jiān)控室工作人員將確認信息、處理信息等上報給服務器，實現(xiàn)對報警的閉環(huán)管理。

圖7 監(jiān)控信息管理流程

圖8 鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)組成

3 系統(tǒng)組成

鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)由站臺白線安全監(jiān)控模塊、站臺端部安全監(jiān)控模塊、中央控制單元、服務器等部分組成，見圖8，其中站臺白線安全監(jiān)控模塊和站臺端部安全監(jiān)控模塊的數(shù)量根據(jù)站臺數(shù)量、長度和需求決定。

4 數(shù)據(jù)處理方法

系統(tǒng)通過激光傳感器掃描的數(shù)據(jù)獲取入侵物的二維輪廓，從而判斷站臺安全白線、站臺端部等特定區(qū)域是否有人員侵入。

識別算法通過數(shù)據(jù)分割算法判斷是否為人員侵入。對于飛鳥、漂浮物等干擾物，可結(jié)合物體大小、在目標區(qū)域停留時間及運動軌跡等特征濾出，提高識別算法的準確性。

5 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標

基于上述設(shè)計方案，系統(tǒng)可識別站臺旅客乘降過程中誤入安全白線和站臺兩端或進入車站岔區(qū)及區(qū)間等不安全行為，并可現(xiàn)場進行聲光報警；監(jiān)控室工作人員可通過Web網(wǎng)頁實時接收報警信息，并將確認信息、處理信息等上報給服務器；車站客運人員可通過對講機收聽包含報警位置的報警信息。

系統(tǒng)總體技術(shù)指標：①單個端部監(jiān)控模塊監(jiān)控范圍為20 m，識別物體大小6 cm×6 cm。②單個白線監(jiān)控模塊監(jiān)控長度為150 m，識別物體大小30 cm×30 cm。③報警響應時間小于3 s。

6 技術(shù)特點

1）布防方便，可實現(xiàn)對站臺安全白線區(qū)域、站臺端部多區(qū)域的布防，布防區(qū)域可參數(shù)化設(shè)計，適用不同站臺、多種工況。

2）誤判率低，檢測算法可以濾掉飛鳥、漂浮物等干擾。

3）報警響應速度快。

7 結(jié)語

本文提出一種基于激光掃描技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的鐵路站臺防侵入監(jiān)控系統(tǒng)，其報警準確性高，抗干擾能力強，誤判率低，便于安裝實施。經(jīng)現(xiàn)場試用驗證，可對旅客侵入白線、端部等非安全區(qū)域進行報警，為車站安全生產(chǎn)提供智能化的技術(shù)支持，對事故提前預警，提高指揮調(diào)度效率起到重大的推進作用，對保障鐵路運輸安全有著重要意義。