列車綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用

摘" 要：列車綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)通過采集車廂內(nèi)乘客行為信息、物體及環(huán)境參數(shù)，通過智能視頻分析技術和人工智能分析手段，實現(xiàn)對車廂內(nèi)異常情況進行自動感知和報警。并通過與車載CCTV系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和復用接口設備，實現(xiàn)車廂內(nèi)視頻的實時畫面推送。利用EUHT等車地無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)列車數(shù)據(jù)在地面中心的存儲、轉(zhuǎn)發(fā)等功能。該系統(tǒng)可提升地鐵運營管理應對車廂大客流風險的感知能力和應急能力，增強突發(fā)事件快速排查、處理的響應速度。

關鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；乘客行為；視頻分析；無線網(wǎng)絡；運營管理

中圖分類號：TP212.9" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）09-0017-05

Abstract： The comprehensive train sensing and monitoring system collects passenger behavior information， objects and environmental parameters in the carriage， and uses intelligent video analysis technology and artificial intelligence analysis methods to automatically sense and alarm abnormal conditions in the carriage. And by networking with the vehicle-mounted CCTV system and multiplexing interface equipment， real-time picture push of video in the car is realized. Use train-to-ground wireless networks such as EUHT to realize functions such as storing and forwarding train data in the ground center. It has improved the perception and emergency response capabilities of subway operations and management to deal with risks of large passenger flow in trains， and enhanced the response speed of rapid investigation and handling of emergencies.

Keywords： surveillance system; passenger behavior; video analysis; wireless network; operation management

隨著軌道交通客流量的日益增加，車輛管理和乘客管理的需求也日益突出[1]。從實現(xiàn)智慧客服、打造舒適便捷出行氛圍的需求考慮，提供列車各車廂擁擠度及環(huán)境狀況等信息，方便乘客乘車。更好地為乘客提供精準化、智能化、個性化的全過程出行服務[2]。從公共安全的角度考慮，軌道交通由于人流密集，已經(jīng)成為城市內(nèi)人口密度最高的區(qū)域。車廂內(nèi)擁擠的人群，潛伏著諸多的不安全因素，乘客的異常騷動、不文明行為、打架斗毆等情況容易引發(fā)社會輿情，甚至影響列車安全運行。列車綜合感知系統(tǒng)通過人工智能分析手段，實現(xiàn)對異常情況的自動感知和報警，可減少安保人員的投入，提升運營維護工作效率。

1" 綜合感知系統(tǒng)的發(fā)展與應用

以色列VIISIGHTS公司，提出了共享方式的全自動無人駕駛汽車的理念，全自動駕駛汽車僅保留乘客坐席，實時檢測車輛運行過程中人員行為狀態(tài)，確保所有客室內(nèi)成員安全。通過在車廂加裝感知攝像機，實時檢測乘客乘車行為包括是否佩戴安全帶、抽煙、喝酒等異常行為進行語音報警，并上傳后臺進行信用登記。

在新型智慧城市建設浪潮下，國內(nèi)諸多企業(yè)、研究單位也紛紛致力于自主識別監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)[3]。天津地鐵二號線采用了一整套綜合監(jiān)控方案NiceVision IP。該方案旨在對軌道、車站和乘客進行不間斷式的監(jiān)控，當發(fā)生擅自闖入等異常事件時，系統(tǒng)將實時向地鐵監(jiān)管人員發(fā)出警報，提高監(jiān)管人員對異常事件的感知能力[4]。2019 年，中國本土企業(yè)研發(fā)的熊貓智能公交車，配備了功能強大的感知系統(tǒng)。通過高安全級別的異常行為監(jiān)控系統(tǒng)，全方位識別分析乘客異常行為，包括偷竊、摔跤、吸煙等。如識別監(jiān)測到類似行為，系統(tǒng)將記錄行為實施者體貌特征，后臺即時播報預警，為公眾出行安全提供更全面的保障。

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

列車端配置綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)設備，通過邊緣計算服務器實現(xiàn)客流、異常行為等數(shù)據(jù)感知。車站端部署一套乘客信息服務系統(tǒng)，通過PIS系統(tǒng)為乘客提供實時、多元化、全方位的信息服務[5]。中心端開發(fā)建設一套列車感知服務平臺，通過車地無線通信，實現(xiàn)列車數(shù)據(jù)的接收及地面應用、轉(zhuǎn)發(fā)處理等[3]。詳情如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)配置

主要由一體化控制主機、邊緣計算服務器、存儲服務器、交換機、物聯(lián)網(wǎng)關及采集設備等構(gòu)成，實現(xiàn)各類監(jiān)測信息的采集，并進行計算處理及判斷，實現(xiàn)采集信息的本地存儲和客流、異常等信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能。綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)依托車載PIS系統(tǒng)以太網(wǎng)進行部署，可以實現(xiàn)車載子系統(tǒng)上報數(shù)據(jù)的集中存儲、集中查詢、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和可視化展示功能。并通過車地無線網(wǎng)絡實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時傳輸。系統(tǒng)詳細配置如圖2所示。

司機室攝像機。司機室攝像機安裝在司機臺上，系統(tǒng)基于面部特征識別，通過攝像頭收集司機的面部圖像，定位頭部姿勢和獲取人臉當前特征，并與數(shù)據(jù)庫中的各種異常行為模型（如長時間閉眼、疲態(tài)、長時間低頭）進行比較以識別司機的當前狀態(tài)，系統(tǒng)識別出司機異常行為后，立即對司機進行聲音和指示燈提醒。

客室攝像機。每節(jié)客室設置4臺魚眼攝像機，安裝在內(nèi)裝頂板上，具體安裝位置如圖3所示。用于客室視頻畫面采集，支撐客室客流監(jiān)測、乘客行為監(jiān)測、設備設施狀態(tài)監(jiān)測。采用POE供電方式，最大功耗12 W；支持Micro SD/Micro SDHC / Micro SDXC卡并具備斷網(wǎng)本地存儲及斷網(wǎng)續(xù)傳功能。

空氣質(zhì)量傳感器。每節(jié)客室設置2臺空氣質(zhì)量傳感器，安裝在內(nèi)裝活門上，具體安裝位置如圖3所示。用于實時監(jiān)測客室空氣質(zhì)量。傳感器外殼采用鋁合金及塑料ABS材質(zhì)，自然擴散式的進氣方式，能夠?qū)崟r監(jiān)測客室空氣的PM2.5、PM10、二氧化碳、甲醛、溫度、濕度和TVOC等參數(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)關。物聯(lián)網(wǎng)關安裝在客室電氣柜內(nèi)，負責客室空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、匯總及轉(zhuǎn)發(fā)。

一體化控制主機。安裝在客室電氣柜內(nèi)，采用嵌入式、無風扇工業(yè)級控制計算機。用于整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚、軟件部署及為PIS系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)提供電氣接口。

邊緣計算服務器。安裝在客室電氣柜內(nèi)，用于部署視頻分析算法，并接入視頻監(jiān)控圖像進行車廂場景分析。

存儲服務器。安裝在客室電氣柜內(nèi)，用于智能感知攝像機視頻圖像接入存儲，輸入視頻最大分辨率為1 280 P，存儲時長不低于90 d。

車載交換機。安裝在客室電氣柜內(nèi)，預設8個百兆以太網(wǎng)接口和4個千兆以太網(wǎng)接口，采用鏈路聚合的組網(wǎng)形式支持bypass功能。主要用于智能感知系統(tǒng)設備網(wǎng)絡接入及車廂間組網(wǎng)。

3" 智能分析功能

3.1" 車廂擁擠度監(jiān)測

通過車廂內(nèi)攝像機，在劃定的區(qū)域范圍內(nèi)進行人員統(tǒng)計監(jiān)測，并綜合劃定范圍的物理面積計算其單位面積人員數(shù)量，依據(jù)AW1（坐席）、AW2（6人/m2）、AW3（9人/m2）3個等級標準進行車廂滿載率監(jiān)測（圖4）。列車客室出現(xiàn)乘客密度過高情況時，車廂擁擠度信息通過預留接口推送至PIS廣播，列車廣播通報車廂擁擠密度情況，以提示車內(nèi)乘客可自主進行擁擠疏散。亦可通過車地無線通信，將數(shù)據(jù)推送至地面PIS系統(tǒng)，地面PIS系統(tǒng)在車站顯示屏進行展示，使得站臺乘客及站務人員可事先了解各車廂乘客擁擠程度，以此實現(xiàn)候車乘客的事先預知、事先引導。

3.2" 乘客行為監(jiān)測

3.2.1" 不文明占座行為

平峰時段，對車廂座位人員躺臥肢體動作進行實時監(jiān)測。當監(jiān)測到乘客在車廂內(nèi)有不文明占座行為超過15 s時（時間可調(diào)整），如圖5所示，系統(tǒng)自動將報警信息及畫面推送到司機室。司機顯示屏彈窗告警顯示，包含事件類型、地點、時間、抓拍圖片和現(xiàn)場視頻畫面，司機根據(jù)視頻信息進行判斷后，可選擇廣播通知提醒、忽略和誤報3種操作方式。

3.2.2" 掃碼傳銷、乞討賣藝行為檢測

平峰時段，系統(tǒng)通過徘徊檢測技術、行為識別技術等，對乘客的非正常徘徊及傳銷、乞討動作進行識別，綜合以上識別特征，判斷車內(nèi)乘客的掃碼傳銷、乞討賣藝行為，并進行告警提示，同時截圖圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

3.2.3" 乘客異常倒地

攝像機實時監(jiān)控車廂內(nèi)乘客行為信息并根據(jù)算法進行姿態(tài)估計，發(fā)現(xiàn)人的落腳點和頭的三維投影相差較大，并且算法估計人頭高度較低時，判斷乘客為倒地狀態(tài)，乘客倒地狀態(tài)包含趴地、半躺、全躺姿勢，持續(xù)10 s觸發(fā)報警。司機查看視頻后可選擇通知下一站地面站務人員，站務工作人員可事先獲取車次、客室車廂、到站時間等內(nèi)容實現(xiàn)快速響應、智能聯(lián)動。

3.2.4" 乘客異常騷動行為監(jiān)測

由暴恐、打架、乘客暈倒等突發(fā)事件引起的人員騷動，系統(tǒng)能實時標定乘客的位置，并能夠?qū)崟r對乘客位置進行追蹤。當群體事件發(fā)生時，系統(tǒng)追蹤到的事件特征符合神經(jīng)網(wǎng)絡模塊的判斷，再結(jié)合人工智能模型標定情況進行綜合判斷，實現(xiàn)群體異常行為識別，同時截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。當客室攝像機檢測到3人以上運動軌跡，方向朝向四面八方，呈散開狀態(tài)，高速移動時，或2人以上運動軌跡交叉揉在一起，持續(xù)5 s以上時，系統(tǒng)判斷群體異常騷動。

3.3" 終點站清客

系統(tǒng)預先對車輛清客后的場景進行建模和場景學習，當列車到達終點站后，對車廂進行清客狀態(tài)識別，并判斷出乘客滯留情況，當檢測到乘客滯留及物品遺留時，系統(tǒng)進行告警，同時截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

3.4" 客室設施狀態(tài)監(jiān)測

當LCD顯示屏、動態(tài)地圖顯示屏監(jiān)測出黑屏、藍屏現(xiàn)象時，將數(shù)據(jù)推送到相關檢修部門，提醒檢修人員進行及時檢修。在列車出庫前，由司機通過司機顯示屏進行一鍵查車操作，當系統(tǒng)接收到一鍵查車指令時，系統(tǒng)自動對LCD顯示屏、動態(tài)地圖顯示屏藍黑屏異常狀態(tài)進行監(jiān)測，當監(jiān)測到黑屏、藍屏現(xiàn)象時，系統(tǒng)告警提醒，提醒檢修人員進行及時檢修同時截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

3.5" 客室環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測

通過布置在客車車廂內(nèi)的空氣質(zhì)量傳感器，可以實時對客室溫濕度、PM2.5、二氧化碳等空氣質(zhì)量進行監(jiān)測，系統(tǒng)主機獲取采集數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)的分析，并與空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動可實現(xiàn)車廂內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)。

3.6" 司機工作狀態(tài)監(jiān)測

列車綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控駕駛員的異常狀態(tài)（長時間閉眼、疲勞、低頭時間長），系統(tǒng)基于面部特征識別，通過攝像頭采集駕駛員面部圖像，定位頭部姿態(tài)并獲取面部當前特征，并與數(shù)據(jù)庫中的各種異常行為模型進行比對，從而對駕駛員當前狀態(tài)進行識別。系統(tǒng)在對駕駛員異常行為進行識別后，立即對駕駛員進行語音提示和指示燈提示，并將此事件記錄在案，并將相關記錄上傳到地面。

3.7" 未佩戴口罩識別

根據(jù)疫情防控要求，乘客乘坐公共交通，需要佩戴口罩。系統(tǒng)通過對乘客畫像數(shù)據(jù)的提取及模糊過濾處理，在不侵害乘客隱私的情況下，實時監(jiān)測并提取乘客面部的口罩特征，自動識別車廂內(nèi)乘客是否未佩戴口罩，發(fā)現(xiàn)未佩戴口罩行為，系統(tǒng)自動推送相關界面給司機，司機可以通過人工廣播進行提醒告警，同時截取圖像數(shù)據(jù)保留證據(jù)。

4" 試驗驗證

4.1" 系統(tǒng)聯(lián)動功能

列車綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)與列車TCMS系統(tǒng)通過IEEE802.3標準以太網(wǎng)接口連接，用于從TCMS系統(tǒng)獲得校時和列車車次、到站及終點站等關鍵信息。通過IEEE802.3標準以太網(wǎng)接口與PIS系統(tǒng)連接，實現(xiàn)在司機室PIS屏幕顯示報警信息及相關視頻聯(lián)動，同時推送給廣播系統(tǒng)告警聯(lián)動指令，實現(xiàn)廣播聯(lián)動。

4.2" 功能指標

通過對系統(tǒng)進行例行試驗，模擬場景驗證，得到系統(tǒng)功能指標見表1。

5" 結(jié)束語

列車綜合感知監(jiān)控系統(tǒng)的應用，可提高地鐵運營對緊急事件的處理與應對能力，提升乘客服務智慧化水平，打造舒適便捷出行氛圍。通過智能視頻處理技術，可實現(xiàn)對全列車廂旅客和物品滯留的監(jiān)測，減少站務人員配比，有利于降本增效，提高運營效率。系統(tǒng)調(diào)試過程中，其靈敏度和準確率受乘客數(shù)量影響較大，建議隨著設備使用期間不斷積累數(shù)據(jù)狀態(tài)，完善數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，持續(xù)調(diào)整軟件算法。

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