位凱樂

（北京奧特維科技有限公司，北京 100015）

0 引 言

近年來，由于經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展，人們的出行需求快速增長，對交通運輸能力提出了嚴重的挑戰(zhàn)。城市迫切需要大力發(fā)展軌道交通，以利于人們出行。隨著軌道交通線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化、運營調(diào)度智能化需求的提出，乘客計數(shù)系統(tǒng)已經(jīng)成為地鐵車輛的標準系統(tǒng)。乘客計數(shù)系統(tǒng)的建設(shè)從服務(wù)于軌道交通運營管理出發(fā)，以提升管理水平、深化行業(yè)應(yīng)用為目的，與相關(guān)管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)管理的精細化與數(shù)據(jù)化。

對于軌道交通運營公司來說，合理地制定列車運行時間表是最重要、最復(fù)雜的任務(wù)之一，這依賴于對每一個車門處上下車人數(shù)的準確統(tǒng)計。但是在軌道交通領(lǐng)域，對乘客流量的監(jiān)測和管理一直是一個難題。在科技迅速發(fā)展的今天，各行各業(yè)都開始挖掘數(shù)據(jù)的價值。對于交通行業(yè)而言，客流數(shù)據(jù)有著重要的意義。交通行業(yè)是為乘客出行服務(wù)的，客流是交通行業(yè)產(chǎn)生效益的直接主要來源。利用客流數(shù)據(jù)可以獲取到每個時段、每條線路、每個站點的客流量，進而可以依據(jù)客流規(guī)律，合理地安排調(diào)度配車數(shù)量、制定車輛發(fā)車計劃，最大限度地發(fā)揮列車運力，同時為提升公共安全管理水平提供信息化手段[1]。

1 方案介紹

乘客計數(shù)系統(tǒng)通過安裝在門區(qū)上方和貫通道上方的紅外裝置實現(xiàn)對上下旅客的點查功能。本系統(tǒng)的乘客計數(shù)器采用紅外傳感器，其核心技術(shù)為紅外原理、TOF測量技術(shù)以及3D視角。系統(tǒng)利用紅外原理結(jié)合飛行時間（Time of Flight，TOF）技術(shù)，快速、精確捕捉人在三維空間的影像，從而精確識別出來?？土鹘y(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)備實時監(jiān)測上下車人員數(shù)量，系統(tǒng)軟件與列車車載系統(tǒng)對接，實現(xiàn)時間、車站等信息的聯(lián)動?？土鹘y(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)備自動完成數(shù)據(jù)采集和相應(yīng)站點的上下車客流人數(shù)統(tǒng)計，并把客流數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)杰囕d服務(wù)器，通過車載服務(wù)器進行數(shù)據(jù)處理后，通過接口傳遞給相應(yīng)的多條線路控制中心（Operating Control Center，OCC）、SCC、線網(wǎng)指揮中心（Traffic Control Center，TCC）等，相關(guān)人員通過PC或移動終端可以隨時查閱相關(guān)線路、各車廂車輛的客流量信息[2]。

系統(tǒng)采用了目前最先進的圖像識別與計算機技術(shù)，客流人數(shù)統(tǒng)計精度達到了國內(nèi)外領(lǐng)先水平，從而有效解決了交通行業(yè)的客流計數(shù)難題。乘客計數(shù)系統(tǒng)主要包含前端設(shè)備、平臺系統(tǒng)、軟件算法以及地面平臺設(shè)備。前端設(shè)備主要有車載乘客計數(shù)控制器和車載乘客計數(shù)傳感器，平臺系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、匯總、分析，并提供標準接口；軟件算法采用智能視頻分析算法，進行實時監(jiān)測與分析；地面服務(wù)器設(shè)備用來統(tǒng)計統(tǒng)計、分析本線路所有車輛的實時人流數(shù)量。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)在列車車門及貫通道上方安裝乘客計數(shù)傳感器，列車頭尾端部署可冗余的乘客計數(shù)主機，每節(jié)車廂部署小型交換機。各乘客計數(shù)傳感器通過以太網(wǎng)總線將計數(shù)數(shù)據(jù)實時發(fā)送至乘客計數(shù)主機，完成本車各車門及各車廂人數(shù)統(tǒng)計，乘客計數(shù)主機通過3G/4G/5G或車地通信專網(wǎng)將數(shù)據(jù)實時上傳至運營控制中心的地面服務(wù)器，生成相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)后，再傳輸給路網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺[3]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 車載設(shè)備說明

車載設(shè)備主要包括安裝于列車車門和車內(nèi)貫通道門的乘客計數(shù)傳感器、部署于車內(nèi)司機室的車載乘客計數(shù)主機以及車載交換機設(shè)備。系統(tǒng)局部拓撲如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)局部拓撲圖

以地鐵B型車輛為例。B型車為6編組車輛，由2節(jié)MC車（帶司機室動力車廂）、2節(jié)MP（動力車廂）、2個M車（非動力拖車）組成。車乘客計數(shù)器安裝于每車每個門區(qū)正上方活門底部蓋板上以及二位端端墻內(nèi)（M2車除外），每車廂共9臺計數(shù)器（M2車為8個）；在車頭車尾各放置一臺控制器，實現(xiàn)冗余功能；每節(jié)車廂配備一臺POE交換機，組成車輛局域網(wǎng)；地面運營中心部署地面服務(wù)器一臺，用于顯示計數(shù)結(jié)果等。配置及安裝位置示意如表1所示。

表1 車載設(shè)備配置表

1.3 功能說明

乘客人數(shù)點查系統(tǒng)通過安裝在門區(qū)上方和貫通道上方的紅外裝置實現(xiàn)對上下旅客的點查功能。安裝在門區(qū)上方和貫通道上方的紅外自動計數(shù)終端通過影像分析來識別乘客數(shù)量，經(jīng)計算分析后給出數(shù)據(jù)結(jié)果，并能夠通過車地?zé)o線通信系統(tǒng)傳輸至運營控制中心（OCC/SCC/TCC）。自動乘客計數(shù)系統(tǒng)的準確率要求達到95%以上。

1.4 乘客計數(shù)終端

乘客計數(shù)終端是一款基于ToF技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機，集成了智能編碼壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸及智能檢測等多種功能的數(shù)字監(jiān)控產(chǎn)品。產(chǎn)品外形如圖3所示。終端采用嵌入式操作系統(tǒng)和高性能硬件處理平臺，具有較高穩(wěn)定性和可靠性。乘客計數(shù)終端基于以太網(wǎng)控制，支持TCP/IP、DHCP、RTSP 等多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，支持ONVIF等開放互聯(lián)協(xié)議。用戶可以通過瀏覽器對終端設(shè)備進行配置，實現(xiàn)遠距離傳輸和實時視頻瀏覽。

圖3 乘客計數(shù)終端外形

1.4.1 尺寸及安裝方式

本方案采用頂部螺絲安裝方式，在車門內(nèi)側(cè)頂端和貫通道內(nèi)側(cè)頂端安裝部署相關(guān)設(shè)備。結(jié)構(gòu)安裝尺寸如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)安裝圖紙

1.4.2 供 電

設(shè)備布線采用隱蔽式的布線方案，通過車廂側(cè)邊的中空部分進行布線。前端攝像機采用航空插頭設(shè)計，具體供電應(yīng)用取決于現(xiàn)場實際情況。設(shè)備支持有源以太網(wǎng)（Power Over Ethernet，POE）供電，也支持12～24 V的直流供電。

1.4.3 計數(shù)終端功能

計數(shù)終端實時采集3D圖像，如圖5測試效果圖所示，用顏色標識距離信息，距離越近時的圖像顏色發(fā)紅。采集到圖像后，終端進行AI圖像處理，識別人、物等信息，結(jié)合車輛系統(tǒng)信息完成整列車的人員統(tǒng)計功能，具體按照如下步驟進行。

圖5 測試效果圖

（1）計數(shù)開始、停止判斷。計數(shù)功能并不是一直開啟的，而是根據(jù)列車車門、零速狀態(tài)、設(shè)備主機發(fā)送的設(shè)定來啟動。

（2）傳感器控制?？刂苽鞲衅鞯膯?停止、參數(shù)配置以及數(shù)據(jù)讀取。

（3）人員識別算法。在視場范圍內(nèi)，終端能區(qū)分人員、行李箱、嬰兒車等不同對象，用于提高計算精度。

（4）人員跟蹤算法。人員進入視場范圍內(nèi)，終端可識別出人員，并跟蹤人員在視場內(nèi)的行動軌跡。

（5）人員計數(shù)判斷。判斷人員是否已經(jīng)進入或者出去。

（6）計數(shù)方向識別。設(shè)置和判斷人員進出方向。

（7）計數(shù)值累加。對人員進出數(shù)值進行累加。

1.5 車載計數(shù)主機功能

車載計數(shù)主機主要完成全車計數(shù)終端的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作，并將結(jié)果上傳到車輛其他系統(tǒng)。計數(shù)主機可配置大容量硬盤，可以保存計數(shù)終端的視頻數(shù)據(jù)，通過記錄視頻數(shù)據(jù)不斷地訓(xùn)練AI識別算法，提高統(tǒng)計的準確率。車載計數(shù)主機實物如圖6所示，設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 車載計數(shù)主機技術(shù)參數(shù)

圖6 車載計數(shù)主機示意圖

車載計數(shù)主機的工作流程如下：

（1）根據(jù)列車零速信號、開關(guān)門信號完成操作車內(nèi)計數(shù)傳感器的啟?？刂乒δ埽_保各車門或貫通道人流計數(shù)的準確性；

（2）統(tǒng)一運算整列車、各車廂、各車門的乘客上下車數(shù)據(jù)，運算完畢后，統(tǒng)一通過公網(wǎng)鏈路或WLAN車地通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)與地面人流計數(shù)系統(tǒng)對接，完成人流大數(shù)據(jù)的云端上傳；

（3）實時診斷各傳感器運行狀態(tài)，并通過日志記錄各傳感器的運行狀態(tài)、計數(shù)狀態(tài)，出現(xiàn)故障后第一時間通過人機接口通知運營人員；

（4）計數(shù)主機具備本列車載客數(shù)據(jù)的歷史統(tǒng)計功能，可完成人流周報統(tǒng)計、月報統(tǒng)計功能，通過3G/4G/5G或WLAN車地通信系統(tǒng)將統(tǒng)計數(shù)據(jù)上傳地面服務(wù)器。

1.6 地面服務(wù)器功能

地面服務(wù)器僅需配置一套即可滿足要求，系統(tǒng)功能如下：

（1）實時接收、匯總、分析、計算所有在線車輛的原始客流數(shù)據(jù)，整合為有效信息，如整車客流數(shù)、單節(jié)車廂客流數(shù)、各站臺上下車客流數(shù)等，并進行結(jié)構(gòu)化存儲；

（2）實時將客流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面乘客信息系統(tǒng)（Passenger Information System，PIS）服務(wù)器，用于站臺內(nèi)客流個性化顯示，實時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至車載PIS系統(tǒng)，用于車載客流個性化顯示；

（3）實時將客流數(shù)據(jù)上傳至控制中心客流數(shù)據(jù)服務(wù)器，系統(tǒng)可以按照列車、站臺、車廂等多維度客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計，完成市內(nèi)軌道交通客流大數(shù)據(jù)分析[4]。

2 系統(tǒng)優(yōu)勢

基于性能強大的各種終端設(shè)備和先進的技術(shù)集成，本系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢，具體如下。

（1）高精確度。TOF測量技術(shù)是基于測量投射的光源信號發(fā)射與接收之間的時間差，計算出景深或距離的一種景深計算方法[5]。乘客計數(shù)器用紅外原理結(jié)合TOF技術(shù)，通過3D視角來捕捉人在門附近的三維輪廓，可以保證極高的檢測精度，統(tǒng)計準確率達95%以上。

（2）雙向客流。系統(tǒng)可同時分辨進入及離開的客流量。

（3）覆蓋范圍寬。攝像機的張角超過120°，可保證在1.9～2 m高的安裝高度情況下覆蓋整個車門。

（4）抗干擾能力強。系統(tǒng)能有效區(qū)分乘客行李、物體的影子及背包等因素的影響。

（5）前端采用嵌入式設(shè)備，故障率低，可免受病毒侵擾。

（6）低運營成本，硬件設(shè)備高度集成，功耗低，省電、省空間，維護便捷。

（7）系統(tǒng)可與廣播系統(tǒng)融合設(shè)計，可將服務(wù)器功能集成到廣播主機，進而降低材料成本。

3 結(jié) 語

本系統(tǒng)能夠準確統(tǒng)計上下車乘客數(shù)量并據(jù)此實現(xiàn)列車智能高效調(diào)度，對軌道交通運營商來說，是一個具有吸引力的解決方案。如果所有列車都部署計數(shù)傳感器，系統(tǒng)可實現(xiàn)所有運營線路的人流量數(shù)據(jù)透明化，實現(xiàn)客流統(tǒng)計、乘客疏導(dǎo)及運營調(diào)度決策，從而輔助確定未來線路開發(fā)決策，進一步完善城市軌道交通規(guī)劃。同時，運營商可建設(shè)運營服務(wù)平臺（手機App或微信公眾號），向市民發(fā)布擁擠度信息，引導(dǎo)乘客規(guī)劃出行計劃。本系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用戶通過路線圖的方式可直觀地查詢當前市內(nèi)的線路擁擠度情況，實現(xiàn)人流大數(shù)據(jù)分析，使城市實現(xiàn)智慧交通目標。