城市軌道交通自動(dòng)扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

羅情平，房斌，唐連波

（青島地鐵集團(tuán)有限公司，山東 青島 266100）

1 研究背景

隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，自動(dòng)扶梯數(shù)量不斷增加。目前，青島地鐵已擁有超過1000 部自動(dòng)扶梯，它們每天輸送著超過1000 萬人次客流。多數(shù)自動(dòng)扶梯上的危險(xiǎn)狀態(tài)是由于人員的滑倒和跌倒導(dǎo)致。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生在自動(dòng)扶梯上的客傷占到青島地鐵客傷總數(shù)的70%，平均每年約130 起。如何有效避免客傷，提高運(yùn)營(yíng)效率成為人們競(jìng)相研究的重要課題。調(diào)研現(xiàn)階段地鐵自動(dòng)扶梯運(yùn)營(yíng)管理主要存在以下幾方面的問題：（1）大量視頻數(shù)據(jù)需要人工監(jiān)視，效率低、效果差、應(yīng)急響應(yīng)慢；（2）自動(dòng)扶梯日常巡視消耗人工多；（3）自動(dòng)扶梯無法對(duì)異常的人流狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并調(diào)整；（4）扶梯語音播報(bào)舒適性不好；（5）監(jiān)控信息不能有效地指示、指導(dǎo)站務(wù)管理人員的處理。針對(duì)以上問題，期望通過在地鐵車站內(nèi)安裝自動(dòng)扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)，利用先進(jìn)的智能分析、圖像識(shí)別技術(shù)，幫助地鐵運(yùn)營(yíng)單位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯的運(yùn)營(yíng)管理從“信息化”向“智能化”躍升、達(dá)到提高管理能級(jí)、提升管控能力的目標(biāo)。

2 系統(tǒng)功能

2.1 乘客摔倒、逆行檢測(cè)及遠(yuǎn)程緊急停止控制

通過安裝在自動(dòng)扶梯下方的高清數(shù)字?jǐn)z像頭與圖像分析服務(wù)器，實(shí)時(shí)判斷自動(dòng)扶梯上是否存在乘客摔倒或逆行等危險(xiǎn)行為。如判斷發(fā)生乘客摔倒或逆行等危險(xiǎn)行為，將實(shí)時(shí)視頻在監(jiān)控終端界面上顯示，提醒該自動(dòng)扶梯可能存在乘客摔倒或逆行等危險(xiǎn)行為，由運(yùn)營(yíng)管理人員通過車控室內(nèi)的遠(yuǎn)程急停按鈕停梯，或通知運(yùn)營(yíng)巡視人員人工停梯。

其中，系統(tǒng)定義的正常模型信息如下：

（1）乘客摔倒：乘客發(fā)生突發(fā)、不自主的、非故意的體位改變，倒在運(yùn)行的自動(dòng)扶梯梯級(jí)上。當(dāng)乘客身體背部或頭部接觸梯級(jí)時(shí)，則被認(rèn)定為乘客摔倒事件。

（2）乘客逆行：乘客在以名義速度運(yùn)行的自動(dòng)扶梯上，以超過1m/s 的速度步行，且步行方向與自動(dòng)扶梯運(yùn)行方向相反，步行距離超過3 個(gè)梯級(jí)，則被認(rèn)定為乘客逆行事件。

2.2 出口擁堵檢測(cè)及遠(yuǎn)程緊急停止控制

通過安裝在自動(dòng)扶梯出口處的擁堵檢測(cè)雙目攝像頭檢測(cè)是否在自動(dòng)扶梯的出口處發(fā)生了擁堵現(xiàn)象。如判斷發(fā)生擁堵現(xiàn)象，將該擁堵自動(dòng)扶梯的實(shí)時(shí)視頻在監(jiān)控終端界面上顯示，提醒該自動(dòng)扶梯可能存在擁堵造成危險(xiǎn)，由運(yùn)營(yíng)管理人員通過車控室內(nèi)的遠(yuǎn)程急停按鈕停梯，或通知運(yùn)營(yíng)巡視人員人工停梯。

自動(dòng)扶梯出口擁堵定義：因自動(dòng)扶梯出口暢通區(qū)域受阻塞，而使自動(dòng)扶梯無法實(shí)現(xiàn)所需要的輸送能力的狀態(tài)，則被認(rèn)定為自動(dòng)扶梯出口擁堵事件。

2.3 自動(dòng)扶梯智能語音播報(bào)功能

運(yùn)用智能控制優(yōu)化技術(shù)，自動(dòng)扶梯可根據(jù)運(yùn)行異常情況智能調(diào)整語音播報(bào)內(nèi)容。例如，當(dāng)發(fā)生出口擁堵時(shí)，語音播報(bào)裝置發(fā)出“扶梯發(fā)生擁堵，請(qǐng)注意安全”提示音；當(dāng)發(fā)生乘客摔倒事件時(shí)，語音播報(bào)裝置發(fā)出“乘客跌倒，請(qǐng)注意安全，可按紅色急停按鈕停梯” 提示音；當(dāng)發(fā)生乘客逆行事件時(shí)，語音播報(bào)裝置發(fā)出“逆行危險(xiǎn)，請(qǐng)注意安全”提示音。

根據(jù)自動(dòng)扶梯周圍實(shí)時(shí)變化的環(huán)境背景噪聲自動(dòng)調(diào)節(jié)語音播報(bào)音量，解決環(huán)境嘈雜時(shí)語音播報(bào)不清晰、環(huán)境安靜時(shí)語音播報(bào)過于嘈雜的問題。當(dāng)環(huán)境噪聲在60 ～75dB 范圍內(nèi)時(shí)，其自動(dòng)扶梯出入口處聲壓級(jí)應(yīng)高于背景噪聲8 ～12dB，最大播報(bào)音量不超過90dB；語音播報(bào)音量大小可由車站管理人員根據(jù)舒適性現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)；語音播報(bào)內(nèi)容可現(xiàn)場(chǎng)更新。

2.4 智能早晚安全自動(dòng)啟停功能

根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間要求，在結(jié)束運(yùn)營(yíng)時(shí)，語音提示2min后切換至停止待機(jī)；開始運(yùn)營(yíng)前1 小時(shí)，語音提示2min 后切換至名義速度。若準(zhǔn)備啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)自動(dòng)扶梯處于正常停止?fàn)顟B(tài)（正常時(shí)應(yīng)為停止待機(jī)狀態(tài)），通過在監(jiān)控終端界面上發(fā)出提醒該自動(dòng)扶梯需人工啟動(dòng)。

晚間處于停止待機(jī)狀態(tài)下的自動(dòng)扶梯，若檢測(cè)到有人進(jìn)入，將轉(zhuǎn)為正常停止?fàn)顟B(tài)。該自動(dòng)扶梯在開始運(yùn)營(yíng)前1 小時(shí)將無法轉(zhuǎn)為高速待機(jī)，需人工啟動(dòng)。監(jiān)控終端接收到自動(dòng)扶梯發(fā)送的正常停止，界面彈出對(duì)應(yīng)自動(dòng)扶梯的提示，操作人員確認(rèn)后跳出實(shí)時(shí)視頻，確認(rèn)后跳轉(zhuǎn)至監(jiān)控主界面。

監(jiān)控終端定期向自動(dòng)扶梯發(fā)起時(shí)鐘校準(zhǔn)。

3 試點(diǎn)應(yīng)用情況

青島地鐵選取一較繁忙地鐵車站，進(jìn)行了為期12 個(gè)月的自動(dòng)扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)的試點(diǎn)應(yīng)用。通過對(duì)本車站共計(jì)26 臺(tái)自動(dòng)扶梯進(jìn)行設(shè)備改造來實(shí)現(xiàn)智能安全監(jiān)控功能。系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程控制操作裝置、擁堵檢測(cè)攝像機(jī)、固定攝像機(jī)、圖像分析服務(wù)器、遠(yuǎn)程控制裝置組件、自動(dòng)扶梯接口裝置、語音播報(bào)裝置、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等軟硬件組成。通過試點(diǎn)應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

（1）自動(dòng)扶梯上人員摔倒、逆行檢測(cè)及遠(yuǎn)程緊急停止控制功能對(duì)于上行自動(dòng)扶梯、下部梳齒與梯級(jí)相交線以上1～10 梯級(jí)上的人員各種方式跌落進(jìn)行識(shí)別，無漏報(bào)情況發(fā)生；并且對(duì)于人員反向逆行的事件進(jìn)行了有效識(shí)別，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)延均在2s 以內(nèi)，并且能夠有效地響應(yīng)和處置運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的類似乘客摔倒等的突發(fā)狀況。

表1 摔倒、逆行檢測(cè)運(yùn)行情況匯總表

（2）自動(dòng)扶梯出口擁堵檢測(cè)及遠(yuǎn)程緊急停止控制功能對(duì)于擁堵事件（即超過判別擁堵人數(shù)的人員滯留在判別擁堵區(qū)域超過判別擁堵時(shí)間）進(jìn)行有效識(shí)別，無漏報(bào)情況發(fā)生，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)延均在2s 以內(nèi)，并且能夠有效地響應(yīng)和處置運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的自動(dòng)扶梯出口擁堵的狀況。

表2 出口擁堵檢測(cè)運(yùn)行情況匯總表

（3）自動(dòng)扶梯智能語音播報(bào)功能可有效地在扶梯上對(duì)緊急事件進(jìn)行有效提醒，阻止乘客不當(dāng)行為發(fā)生，避免事故影響擴(kuò)大化；并且能夠根據(jù)環(huán)境噪音實(shí)時(shí)調(diào)整語音播報(bào)音量，保持語音播報(bào)音量比實(shí)時(shí)環(huán)境噪音高8 ～12dB，有效地解決環(huán)境噪音和播報(bào)音量不匹配的問題，進(jìn)一步提高了乘客的舒適感。

（4）自動(dòng)扶梯智能早晚安全自動(dòng)啟停功能可根據(jù)車站需要，分工作日、休息日以及分車站區(qū)域調(diào)整扶梯早晚自動(dòng)啟停時(shí)間，在進(jìn)行自動(dòng)啟停時(shí)，可確保扶梯上無人，并且在自動(dòng)啟停前語音播報(bào)提醒乘梯人員盡快離開。由于該功能需要在滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下進(jìn)行，對(duì)于自動(dòng)啟停失敗的自動(dòng)扶梯彈窗提醒車站管理人工干預(yù)，可以大大減少其開、關(guān)梯工作量，減輕車站站務(wù)人員工作強(qiáng)度。

表3 扶梯現(xiàn)場(chǎng)管理耗時(shí)統(tǒng)計(jì)表

4 系統(tǒng)創(chuàng)新

系統(tǒng)采用融合PESSRAE 可編程電子安全控制技術(shù)和AI人工智能圖像分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯遠(yuǎn)程緊急控制。通常的遠(yuǎn)程控制采用安全觸點(diǎn)方式，一梯一按鈕一畫面。以試點(diǎn)車站為例，需要26 個(gè)操作按鈕及相應(yīng)的監(jiān)控視頻畫面，不具備實(shí)際可操作性。本系統(tǒng)通過融合PESSRAE 可編程電子安全控制技術(shù)和AI 人工智能圖像分析技術(shù)，研制符合《TSG T7007-2016 附錄R 含有電子元件的安全電路和可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng) 型式試驗(yàn)要求》的1 套遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的一鍵精準(zhǔn)控制，危險(xiǎn)失效概率指標(biāo)低至PFH ＜10-8(1/h)，該指標(biāo)達(dá)到SIL4 的要求。

基于光流法和深度學(xué)習(xí)的自動(dòng)扶梯上乘客摔倒圖像識(shí)別技術(shù)。采用模式識(shí)別與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式準(zhǔn)確判斷自動(dòng)扶梯上是否有乘客摔倒。相比常規(guī)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，本系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率提高了25 倍，達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。

基于差異化待機(jī)模式的自動(dòng)扶梯早晚智能安全自動(dòng)啟停技術(shù)。通過應(yīng)用差異化待機(jī)模式技術(shù)，使自動(dòng)扶梯的早晚自動(dòng)啟停控制不依賴常規(guī)的視頻監(jiān)控，使其遠(yuǎn)程控制符合自動(dòng)扶梯法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的要求滿足的。

5 建議

系統(tǒng)優(yōu)化：現(xiàn)階段，扶梯智能監(jiān)控系統(tǒng)還處在試用、學(xué)習(xí)階段。而針對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)管理單位的需求要進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免各種內(nèi)部或外部因素造成的死機(jī)、掉線事件；進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)和算法，減少系統(tǒng)誤報(bào)率，進(jìn)一步減少人工干預(yù)程度。

系統(tǒng)融合：將扶梯的監(jiān)控系統(tǒng)納入智慧車站設(shè)備管理體系內(nèi)，扶梯專業(yè)應(yīng)開放接口，實(shí)現(xiàn)集中的監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用，提高監(jiān)控設(shè)備利用率；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通，為地鐵智慧車站的打造提供有力支持。

深度拓展：由車站級(jí)的自動(dòng)扶梯智能安全監(jiān)控系統(tǒng)向中央級(jí)擴(kuò)展，構(gòu)建滿足運(yùn)營(yíng)線路級(jí)/線網(wǎng)級(jí)等各層級(jí)需求的自動(dòng)扶梯智能安全監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電扶梯全網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)，納入運(yùn)營(yíng)線網(wǎng)安監(jiān)平臺(tái)體系內(nèi)。

智慧挖掘：繼續(xù)挖掘自動(dòng)扶梯智能運(yùn)維管理中的重點(diǎn)問題，例如，構(gòu)建基于“端-管-云”架構(gòu)和大數(shù)據(jù)分析的智能維護(hù)平臺(tái)，逐步形成“數(shù)據(jù)采集-智能分析-故障預(yù)判-形成工單閉環(huán)”的智能維護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)和智能維保。