郁琦暉，楊海紅，李傲松

1.上海申通地鐵集團有限公司 2.上海工程技術大學

0 引 言

隨著城市軌道交通的不斷建設發(fā)展，城市居民的出行對其依賴性也越來越高，線網(wǎng)客流量日益增長，而車站容客量有限，于是二者的矛盾愈加尖銳，給車站的運營埋下了安全隱患，同時因客流擁擠造成的事故風險也大大增加。目前，運營單位也各自采取了視頻監(jiān)控、移動數(shù)據(jù)終端監(jiān)測、紅外線或激光檢測等技術來實現(xiàn)對大客流安全狀態(tài)進行監(jiān)測，并建立相應的動態(tài)指標體系和判斷標準實現(xiàn)動態(tài)客流風險預警。

金照[1]分析了視頻檢測技術的數(shù)據(jù)流向，通過前端對視頻信息進行分析處理得到相應出入口、通道以及各區(qū)域客流量數(shù)據(jù)以及客流分布數(shù)據(jù)；麻天驕[2]分析目前客流檢測技術所面臨的難點，即在軌道交通車站內部由于現(xiàn)場情況的影響以及圖像數(shù)據(jù)量大等現(xiàn)狀提出多源監(jiān)測客流的解決方案；陳菁菁[3]詳細分析了用以獲取客流信息的熱敏傳感技術的優(yōu)劣。但其對安裝環(huán)境要求相對較高，同時也受制于客流的復雜情況，故在車站內廣泛安裝推廣還難以實現(xiàn)；于此同時，此項技術安裝成本較高，不適用于大面積推廣使用。綜上，合理利用監(jiān)測方法，使其達到準確的設計要求和使用目的。

1 客流采集終端技術與設備

從各類技術的特征出發(fā)，對其原理、技術特點、適用性等方面進行單獨的分析，并給出不同技術實際應用的前景，作為各地鐵車站選用不同客流監(jiān)測技術的基礎，便于車站及時、客觀地對站內的客流狀況進行評估，以保證站內的客流安全與服務水平，各監(jiān)測技術對比如表1。

表1 各監(jiān)測技術對比

依照不同功能客流監(jiān)測終端設備可分為存量式計數(shù)設備和通量式計數(shù)設備2種[4]。諸如基于視頻分析客流計數(shù)的攝像頭這樣的存量式設備是指大范圍覆蓋統(tǒng)計區(qū)域的設備，該類型設備雖成本低但精度較差，并且不存在誤差由于通量的增加而累積的現(xiàn)象[5]。諸如紅外客流計數(shù)器這樣的通量式設備是指設置于各區(qū)域連接通道處用以統(tǒng)計客流在區(qū)域間的流向、流量的設備，該類型設備雖成本高但精度好，但會存在存量式設備沒有的誤差累積現(xiàn)象。

除此之外，各檢測技術還有著各自不同的局限性，如手機信令數(shù)據(jù)的監(jiān)測需要三大運營商公開手機用戶移動電話的實時數(shù)據(jù)信息，而這牽扯到用戶的隱私以及某些商業(yè)機密，因此很難實現(xiàn)；再比如，視頻識別技術的監(jiān)控范圍有限，要進行大范圍客流監(jiān)測，要求大量攝像機覆蓋所有目標區(qū)域，而既有的監(jiān)控設備很難做到這點。另外受攝像機設備能力的影響，從近到遠，客流監(jiān)測精度逐漸降低不可避免，甚至無法識別。

綜上所述，各監(jiān)測技術的實際應用會受到多方面影響，諸如數(shù)據(jù)精度低、受環(huán)境干擾較大、設備安裝成本高等等，如何將不同的通量式、存量式監(jiān)測技術有機結合起來，互相彌補各自的不足，以最低的成本、最小的工作量得到最精確、最詳細的客流數(shù)據(jù)，即為本文的研究重點。

本文所設計的多技術融合客流監(jiān)測系統(tǒng)所采用的客流監(jiān)測技術主要包括視頻識別技術、WiFi嗅探技術、紅外傳感監(jiān)測技術，并利用AFC數(shù)據(jù)作為輔助校正，以此實現(xiàn)準確的客流監(jiān)測。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 客流監(jiān)測方案設計

在地鐵車站內，乘客的流動過程和流動路線簡稱為乘客“流線”[6]。樓扶梯、進出站閘機、安檢這幾處為客流必經(jīng)之地，且樓扶梯處多為安全事故高發(fā)區(qū)，因此對這幾個關鍵位置應區(qū)別對待，分別選用合適的監(jiān)測技術，對其通量客流進行重點監(jiān)測，便可較為準確的得到車站客流的分布情況。

以上述關鍵節(jié)點為界，可把車站劃分為三個區(qū)域：非付費區(qū)、付費區(qū)和站臺區(qū)域[7]。在區(qū)域銜接的關鍵節(jié)點處，分析該節(jié)點客流特征，結合該節(jié)點運營設備特點，采用適合的客流監(jiān)測技術進行數(shù)據(jù)采集。

車站內局部區(qū)域客流擁堵多為兩個原因，一是由設施設備能力不足導致，二是由于車站承載能力不足。設施設備能力包括為閘機、安檢門以及樓扶梯三處。

進出站閘機作為付費區(qū)與非付費區(qū)的分界點是決定乘客進出站效率的關鍵，由于閘機通行能力不足從而導致閘機前排隊較長，這會使得付費區(qū)或非付費區(qū)發(fā)生不同程度的擁堵，可選定排隊長度作為其預警指標。閘機處，采用AFC數(shù)據(jù)。閘機本身具備計數(shù)功能，因此可利用閘機內部所記錄的客流數(shù)據(jù)，將其傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺。

安檢處一般有車站安檢人員現(xiàn)場負責，服務能力比較穩(wěn)定，若一定時間內通過人數(shù)較多，說明有較多乘客有乘車需求，可選取1min通過人數(shù)作為其檢測指標。安檢處采用主動紅外傳感技術。進站乘客均須通過安檢門，但極少有乘客在此處停留，因此，這里最適合安裝通量式技術設備，又因為安檢處為車站付費區(qū)與非付費區(qū)的銜接節(jié)點，環(huán)境較為復雜，客流較為紊亂，但主動紅外監(jiān)測技術充分利用自身光源，能最大程度上排除溫度、光線、環(huán)境等外部條件對檢測效果的影響，最適合用于安檢門處的客流監(jiān)測。

樓扶梯指的是用以連接站臺層和站廳層的樓扶梯，由上行樓扶梯、下行樓扶梯組成，其通行能力決定了站臺上客流的疏散效率。如果其通行能力因故受限，導致通行客流流速過慢，就會加重站臺層或站廳層客流擁堵。樓扶梯處同樣極少有乘客停留，適合采用通量式技術設備監(jiān)測客流，但考慮到樓扶梯處為安全事故高發(fā)區(qū)域，僅僅進行客流計數(shù)不足以為客流預警提供足夠的依據(jù)，因此樓扶梯處采用視頻識別技術，并選定客流流速作為預警指標，在樓梯處上方垂直安裝攝像裝置，能夠最高效地識別到樓扶梯上的乘客，進而分析得到相關客流指標。此外，通過攝像設備的監(jiān)控功能，還可高效關注樓扶梯處的客流實況，以便及時發(fā)現(xiàn)此處的突發(fā)狀況。

車站承載能力不足主要包括站臺等區(qū)域。站臺區(qū)域采用WiFi嗅探技術統(tǒng)計待乘乘客人數(shù)。站臺層范圍大，人數(shù)眾多，且大部分乘客處于待乘狀態(tài)，流動性不強，通量式技術設備難以完成對該區(qū)域乘客的統(tǒng)計，而通過在站臺區(qū)域布設WiFi嗅探器，可以實現(xiàn)在站臺區(qū)域遠距離、大范圍的統(tǒng)計客流人數(shù)。需注意，該監(jiān)測方法首先需統(tǒng)計監(jiān)測區(qū)域內打開WiFi的無線終端數(shù)目，進而通過一定的擴樣比例才可間接得知監(jiān)測區(qū)域的客流停留量。

以上海地鐵某站為例，紅外傳感設備、視頻識別設備布設位置如圖1所示，其中橢圓標注為紅外設備布置點，矩形標注為視頻設備布置點，藍色線框范圍內為付費區(qū)，綠色線框內為非付費區(qū)。

圖1 節(jié)點設備布設位置

WiFi嗅探器的布設位置同樣以該站站臺層為例，由于站臺層較為狹長且對稱，在此只放置站臺西端設備布設情況，如圖2所示：

圖2 站臺WiFi嗅探器布置

2.2 大客流預警

客流預警是通過對高密度區(qū)域客流的狀態(tài)進行分析和研究，按照擁堵程度和擁堵范圍對客流的狀態(tài)進行警情判斷，并為預警應對提供較為詳細的數(shù)據(jù)來源[2、5]，本文的客流實時監(jiān)測系統(tǒng)也設計了預警功能，具體如下。

要及時實現(xiàn)預警，首先需確定客流檢測指標，劃分合適的預警級別標準，然后系統(tǒng)對所監(jiān)測的客流數(shù)據(jù)與設定的預警指標進行對比，判斷是否預警。該設計可為車站采取客流疏散方案、緊急救援措施等提供決策依據(jù)?？土黝A警流程如圖3所示：

圖3 客流預警流程圖

據(jù)由上海市公安局、上海申通地鐵集團有限公司聯(lián)合發(fā)布的《大客流組織預案》將大客流分為一級、二級、三級三個等級，其中一級最為擁擠、二級次之、三級客流擁擠程度最低。因此大客流預警等級須與此保持一致[8]。

客流風險預警采用信息發(fā)布的方式，包括引導客流的信息及對車站人員的命令兩部分。引導客流可利用廣播系統(tǒng)、屏幕顯示等。例如需要緊急疏散乘客時，在站內由廣播系統(tǒng)發(fā)布客流疏散路徑，屏幕顯示客流風險預警信息，禁止新的乘客進站等。對車站人員的命令發(fā)布包括關閉電扶梯、關閉進站閘機等措施發(fā)布。

能夠反應客流聚集程度的且作為預警依據(jù)的客流指標有很多，包括售檢票服務水平，客流密度、客流流速，排隊長度等。因此，需要對站內不同區(qū)域選定相應的預警指標，一旦站內出現(xiàn)擁堵情況，能夠及時作出預警，以便最快速度采取站外限流、站內引導等措施，避免站內擁堵風險進一步加劇。

車站設施設備能力預警需求及適用客流檢測技術，如表2所示。

表2 設施設備能力預警

車站承載能力主要包括站臺及換乘通道兩處。

站臺容納能力又名站臺設計能力，據(jù)站臺面積、2人/m2的設計標準和一定的站臺有效系數(shù)，便能夠計算得到站臺設計容納人數(shù)[9]。

換乘通道的通行能力和線路間的換乘效率直接相關。如果換乘通道乘客流速低、密度大，就造成人流聚集導致的換乘困難甚至嚴重的踩踏事故。

車站承載能力預警需求及其適用的檢測技術，如表3所示。

表3 車站承載能力預警

2.3 系統(tǒng)組成結構及可視化界面

基于以上研究內容，本文設計了一套客流監(jiān)測方案，并設計了實時客流監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測站內客流并顯示相應的客流信息指標，同時，可以有效預警大客流擁堵聚集情況的發(fā)生，以便工作人員可以及時應對突發(fā)情況。此外，該系統(tǒng)可以通過信息發(fā)布功能高效疏導擁堵乘客，提高工作效率。

2.3.1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)總體由客流信息采集、客流數(shù)據(jù)處理、大客流預警和客流信息顯示四部分組成。具體的設計內容如下：① 結合車站空間特點，并考慮到乘客流線，設計了融合多種監(jiān)測技術的設備布設方案；② 結合車站預警需求及合適的監(jiān)測技術，提出了同時考慮車站服務水平以及乘客乘車安全的客流預警觸發(fā)指標；③ 設計了可現(xiàn)實站內不同區(qū)域的客流量、客流密度等客流指標的可視化界面，可供車站工作人員實時處理客流數(shù)據(jù)并做出最優(yōu)決策決策，有效達到客流監(jiān)測目的；④設計了信息發(fā)布功能，車站決策者可直接命令車站人員做出相關具體措施，還可對乘客通過廣播、顯示屏等方式發(fā)出引導信息。

2.3.2 數(shù)據(jù)可視化界面

本文設計了具有客流監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示和預警信息發(fā)布等功能的界面。界面分為車站參數(shù)設置模塊、客流監(jiān)控工作模塊、樓扶梯實況監(jiān)控模塊及預警信息發(fā)布模塊，界面簡潔美觀，操作學習簡單、數(shù)據(jù)清晰明了。車站參數(shù)設置模塊、客流分布顯示、客流實況及信息發(fā)布界面如圖4、5、6、7所示。

圖4 車站參數(shù)設置界面

圖5 客流分布顯示界面

圖6 樓扶梯實況界面

圖7 信息發(fā)布界面

3 結 論

① 根據(jù)地鐵站不同區(qū)域的客流特點，并考慮了客流流線及不同監(jiān)測技術的優(yōu)勢之處，結合車站進出站閘機等原有設備，融合不同監(jiān)測技術，設計了多源數(shù)據(jù)客流監(jiān)測設備布設方案；

② 基于服務水平和預警需求設定了客流預警觸發(fā)指標，劃分了預警級別，建立了基于客流流速、客流密度等的客流指標的預警模型，可在客流聚集風險過大時及時做出預警；

③ 設計了具有數(shù)據(jù)顯示、信息發(fā)布等功能的系統(tǒng)可視化界面，能夠清晰明了的觀察到車站各區(qū)域的客流變化，實現(xiàn)了對車站客流的實時監(jiān)測?？上蚩土骶奂瘏^(qū)域的乘客發(fā)布相關區(qū)域擁堵及疏導的預警通知，最大可能的規(guī)避乘客聚集情況的風險，進而減少車站安全事故發(fā)生概率，并增強擁堵客流的疏散效率。

此外，系統(tǒng)可加強車站人員對突發(fā)事件的決策能力和處理效率，為管理部門在突發(fā)事件發(fā)生時快速響應、內部預警協(xié)調并及時進行客流疏導提供強力支撐，以便直觀掌握客流狀態(tài)，以便車站人員能夠根據(jù)實時客流信息，在車站局部區(qū)域發(fā)生擁堵時及時做出相關舉措，降低安全事故發(fā)生的風險。同時，也便于發(fā)布預警信息，高效引導客流，疏散乘客。同時也可為其他相關研究提供客流數(shù)據(jù)，從而能夠更深入地分析軌道交通客流狀況。