智能視頻分析系統(tǒng)在地鐵檢修段安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

馬興宇,劉興陽(yáng),張海峰

（北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司運(yùn)營(yíng)四分公司,北京 101300）

0 引言

目前城市軌道交通車輛檢修段作業(yè)過(guò)程中存在以下安全隱患：工作人員未按規(guī)定著裝（反光衣）、高空作業(yè)人員不按規(guī)定佩戴安全帽安全帶、軌道帶電作業(yè)、非工作人員進(jìn)入禁區(qū)、工作期間追逐打鬧等。而智能技術(shù)的興起，可以有效解決地鐵工作中存在的安全隱患。該文以北京市地鐵運(yùn)營(yíng)四公司十三陵車輛段為對(duì)象，首先對(duì)智能分析技術(shù)的功能需求進(jìn)行了針對(duì)性分析，然后對(duì)系統(tǒng)的總體框架以及功能實(shí)現(xiàn)方法分別進(jìn)行了說(shuō)明。

1 地鐵檢修車輛段安全生產(chǎn)工作現(xiàn)狀

目前，安全生產(chǎn)保障的主要手段是從設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)層面入手，如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由器、無(wú)線電腦鑰匙等，并在車輛段構(gòu)建無(wú)線蜂窩局域網(wǎng)。一個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)內(nèi)的漫游，可實(shí)現(xiàn)操作終端與主控室之間的信息實(shí)時(shí)交互、地線狀態(tài)的實(shí)時(shí)查詢和防誤邏輯判斷，構(gòu)筑了段區(qū)的實(shí)時(shí)防誤網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)各操作節(jié)點(diǎn)間的實(shí)時(shí)閉鎖。這些節(jié)點(diǎn)包括接觸網(wǎng)高壓隔離開關(guān)、接地線和檢修作業(yè)平臺(tái)門等，具備權(quán)限管理、模擬預(yù)演、邏輯判斷、隔離刀閘強(qiáng)制閉鎖、操作過(guò)程實(shí)時(shí)防誤、接地線規(guī)范管理和接地前強(qiáng)制驗(yàn)電等功能，可避免部分生產(chǎn)操作人為失誤因素的影響，比如避免工作人員走錯(cuò)帶電間隔、帶電掛接地線等誤操作。同時(shí)，還引入了智能門控、視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)控、安全警示、車輛位置檢測(cè)和流程管控等技術(shù)模塊來(lái)保障檢修作業(yè)順利進(jìn)行。

盡管采用了多種安全防護(hù)措施，并編制了完善的規(guī)章管理制度，但在實(shí)際生產(chǎn)階段，由于大量的人員參與作業(yè)，仍存在不少的不規(guī)范操作和安全隱患。整個(gè)檢修工作流程中，存在隱患發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、監(jiān)督管控不全面、安全管理難度大等問(wèn)題。

2 地鐵車輛段智能視頻分析系統(tǒng)應(yīng)用分析

軌道交通車輛檢修段，檢修過(guò)程中由于軌道帶電、高空作業(yè)等因素，需要十分嚴(yán)格的安全要求。地鐵運(yùn)營(yíng)公司針對(duì)危險(xiǎn)作業(yè)編制了完善的操作規(guī)范制度，但人工監(jiān)督管理的難度很大。目前現(xiàn)有手段均是從設(shè)備層面增加安全機(jī)制，缺乏智能化的實(shí)時(shí)人員操作規(guī)范監(jiān)督手段。針對(duì)以上需求，結(jié)合智能分析、AI等新興技術(shù)，對(duì)智能分析技術(shù)在軌道交通車輛檢修段安全生產(chǎn)方面的應(yīng)用等方向開展研究，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化人員行為監(jiān)測(cè)管理，建立管理臺(tái)賬[1]，具有重大意義。在既有技術(shù)框架下，對(duì)北京地鐵運(yùn)營(yíng)四公司十三陵車輛段項(xiàng)目進(jìn)行智能化升級(jí)改造示范應(yīng)用，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，攻克從技術(shù)到工程轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)部分關(guān)鍵安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的過(guò)程監(jiān)督，為系統(tǒng)應(yīng)用和推廣打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 地鐵車輛段智能視頻分析系統(tǒng)功能

3.1 帶電入軌監(jiān)測(cè)技術(shù)

列車入庫(kù)出庫(kù)期間需要使軌道帶電。工作人員需要在列車入庫(kù)前、出庫(kù)前將軌道上電，并在入庫(kù)停穩(wěn)后、出庫(kù)后將軌道斷電。但在通電期間會(huì)有可能由于溝通或監(jiān)管不到位，導(dǎo)致有人或物進(jìn)入帶電軌道，造成安全事故。因此，此系統(tǒng)應(yīng)能具備軌道帶電狀態(tài)下的安全監(jiān)測(cè)功能[2]。

3.2 高空作業(yè)防護(hù)監(jiān)測(cè)

列車檢修期間需要工作人員登上列車頂部檢查，登頂期間屬于高空作業(yè)，需要佩戴安全帽并系掛安全帶。若出現(xiàn)未按要求佩戴安全帽或不系安全帶的情況，系統(tǒng)應(yīng)能正確識(shí)別出并產(chǎn)生響應(yīng)報(bào)警事件。

3.3 接車回庫(kù)安全監(jiān)測(cè)

列車在入庫(kù)過(guò)程中，需要有工作人員位于軌道兩側(cè)，以保證軌道處于清空狀態(tài)，避免無(wú)關(guān)人員進(jìn)入，防止意外發(fā)生。因此該系統(tǒng)應(yīng)具備列車入庫(kù)期間工作人員到崗情況的監(jiān)測(cè)功能，對(duì)未到崗的情況生成報(bào)警記錄。

3.4 空調(diào)蓋板丟失或螺絲松動(dòng)監(jiān)測(cè)

北京地鐵曾發(fā)生過(guò)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中車頂空調(diào)蓋板脫落情況，造成運(yùn)營(yíng)安全事故。因此運(yùn)營(yíng)公司要求空調(diào)蓋板檢查為必檢項(xiàng)。該系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)對(duì)工作人員檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行核準(zhǔn)，檢查空調(diào)蓋板是否脫落、螺絲是否擰緊。

3.5 入侵監(jiān)測(cè)

檢修車輛段軌道區(qū)間外設(shè)置有欄桿，禁止人員翻越進(jìn)入軌道區(qū)間。該系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)進(jìn)入禁區(qū)的人員進(jìn)行檢測(cè)并及時(shí)生成報(bào)警記錄[3]。

3.6 著工服監(jiān)測(cè)

檢修車輛段要求工作人員必須著反光工作服，以保障安全。該系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域，識(shí)別工作人員工服，是否存在違規(guī)操作、防止非工作人員進(jìn)入站區(qū)。

3.7 追逐打鬧監(jiān)測(cè)

檢修車輛段要求工作人員有序工作，禁止嬉戲打鬧、奔跑追逐。該系統(tǒng)應(yīng)能識(shí)別車輛段檢修庫(kù)工作人員在檢修庫(kù)內(nèi)的異常情況，查看相關(guān)工作人員是否在在列檢庫(kù)內(nèi)追逐打鬧、騷亂等異常情況，提前預(yù)警、上報(bào)、處理，提升管理效率，防止造成人身危險(xiǎn)和危及生產(chǎn)安全。

4 智能視頻分析系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)通過(guò)車輛段現(xiàn)有的高清相機(jī)及新安裝高頻攝像機(jī)采集實(shí)時(shí)視頻信息，將視頻信息傳輸至智能分析終端設(shè)備，分析終端設(shè)備通過(guò)對(duì)視頻畫面的分析，利用智能視頻分析技術(shù)，將異常事件信息、報(bào)警圖片、報(bào)警視頻上傳本地服務(wù)器，由本地服務(wù)器上傳至運(yùn)營(yíng)中心[4]。本地可在監(jiān)控大屏查看實(shí)時(shí)報(bào)警事件。報(bào)警事件的發(fā)包頻率是實(shí)時(shí)上傳?？傮w架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

4.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

4.2.1 帶電入軌監(jiān)測(cè)

此功能基于電閘狀態(tài)檢測(cè)以及入侵檢測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)判斷電閘狀態(tài)來(lái)決定報(bào)警事件是否發(fā)生。當(dāng)電閘狀態(tài)處于閉合時(shí)，此時(shí)禁止人員進(jìn)入軌道，如發(fā)生人員進(jìn)入則產(chǎn)生報(bào)警事件；當(dāng)電閘處于斷開時(shí)，允許人員進(jìn)入軌道作業(yè)，人員進(jìn)入不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警事件（如圖2所示）。

圖2 電閘狀態(tài)監(jiān)測(cè)

4.2.2 高空作業(yè)防護(hù)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)通過(guò)設(shè)定人員檢測(cè)區(qū)域、安全錨點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域，先對(duì)人的檢測(cè)，定位到安全帽及安全帶的位置，再通過(guò)安全帽、安全帶模型比對(duì)，判斷工作人員是否佩戴；同時(shí)通過(guò)對(duì)安全錨點(diǎn)檢測(cè)安全帶尾端是否掛在錨點(diǎn)上，進(jìn)而完成高空作業(yè)防護(hù)檢測(cè)的功能[5]。

4.2.3 接車回庫(kù)安全監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)劃定區(qū)域進(jìn)行車輛檢測(cè)，識(shí)別列車入庫(kù)狀態(tài)。通過(guò)人員檢測(cè)、工服檢測(cè)等技術(shù)手段，判斷列車入庫(kù)過(guò)程中，劃定的人員站立區(qū)域是否有工作人員值守，且是否身著工裝。對(duì)車輛入庫(kù)過(guò)程中，規(guī)定區(qū)域無(wú)接車工作人員、人員未著工服等情況進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)接車監(jiān)測(cè)功能（如圖3所示）。

圖3 接車監(jiān)測(cè)

4.2.4 空調(diào)蓋板丟失或螺絲松動(dòng)監(jiān)測(cè)

在列車出庫(kù)門頂部安裝高頻高清相機(jī)，通過(guò)每秒200幀的幀率抓拍列車頂部圖像，通過(guò)模型比對(duì)捕捉到空調(diào)蓋板，檢測(cè)蓋板是否丟失；再根據(jù)預(yù)制的定位邏輯定位到螺絲點(diǎn)位，高頻高清相機(jī)可有效抑制列車運(yùn)動(dòng)和曝光時(shí)間產(chǎn)生的拖影效果，可清晰的抓拍到工作人員檢修后在螺絲上繪制的防松線，通過(guò)判斷防松線是否是一條直線斷定螺絲是否緊固[6]。

4.2.5 入侵監(jiān)測(cè)

該系統(tǒng)可設(shè)置檢測(cè)區(qū)域、禁止線以及入侵方向，違規(guī)人員如從軌道區(qū)域外部跨越禁止線進(jìn)入軌道區(qū)域內(nèi)部，則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警；對(duì)于從檢修庫(kù)進(jìn)入軌道區(qū)域的人則不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

4.2.6 著工服監(jiān)測(cè)

預(yù)先采集十三陵車輛段工作人員工作服圖片樣本，進(jìn)行模型訓(xùn)練，訓(xùn)練后的模型導(dǎo)入智能分析終端。分析終端在對(duì)檢測(cè)范圍內(nèi)的人員進(jìn)行抓拍后提取人體特征，并與工服模型中的人體特征進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功則不報(bào)警，比對(duì)失敗則將報(bào)警記錄和報(bào)警圖片上傳[7]。

4.2.7 追逐打鬧監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)采用人體關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)提取人體關(guān)鍵點(diǎn)判斷人員動(dòng)作，當(dāng)系統(tǒng)判定兩人或多人動(dòng)作符合打架時(shí)，則產(chǎn)生打架報(bào)警事件；當(dāng)系統(tǒng)判定兩人或多人在短時(shí)間內(nèi)移動(dòng)較長(zhǎng)距離，或在短時(shí)間內(nèi)兩人或多人四散分開或聚集，則產(chǎn)生追逐報(bào)警或騷動(dòng)報(bào)警[8]。

4.2.8 報(bào)警平臺(tái)

平臺(tái)記錄保存車輛段的各類型報(bào)警信息并提供多維度的統(tǒng)計(jì)、查詢和展示，方便管理人員了解實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況和安全管理態(tài)勢(shì)（如圖4～6所示）。

圖4 今日?qǐng)?bào)警類型統(tǒng)計(jì)

圖5 報(bào)警數(shù)量統(tǒng)計(jì)

圖6 實(shí)時(shí)報(bào)警列表

5 結(jié)束語(yǔ)

在各行各業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，安全生產(chǎn)的思想始終不能改變。但麻痹大意、慣性思維是安全事故發(fā)生的主要原因。智能視頻分析系統(tǒng)在地鐵檢修段安全生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)踐應(yīng)用，驗(yàn)證了其在生產(chǎn)監(jiān)督各環(huán)節(jié)的重要作用。智能視頻分析系統(tǒng)的建設(shè)，將傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的“被動(dòng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)”，有效降低監(jiān)控系統(tǒng)的人力需求與工作負(fù)擔(dān)，提高了管理水平和工作效率，作用重大，意義深遠(yuǎn)。該次實(shí)踐應(yīng)用旨在通過(guò)智能視頻分析系統(tǒng)的建設(shè)，研究和拓展其應(yīng)用價(jià)值，從而把智能化技術(shù)推廣到各行各業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，減少安全風(fēng)險(xiǎn)因素，確保生產(chǎn)安全運(yùn)行，保證工作人員生命安全，促進(jìn)行業(yè)企業(yè)健康、穩(wěn)定、安全、可持續(xù)發(fā)展。