人群密度檢測研究發(fā)展趨勢

何 浩

(華南理工大學廣州學院汽車與交通工程學院，廣東 廣州 510800)

0 引言

近年來，廣東人口已經(jīng)超過了1億，特別是廣州市和深圳市等特大城市，人口超過1 000萬。在節(jié)假日，越來越多的人涌入市區(qū)旅游，給城市的公共交通安全帶來極大的隱患。對此，人群密度檢測作為安防的一種有效手段，其必要性由此增加。隨著監(jiān)控視覺、圖像處理和模式識別學科領(lǐng)域的不斷發(fā)展，多位學者在人群密度檢測這塊領(lǐng)域做了大量的研究成果。傳統(tǒng)方法中，Marana提出了基于紋理特征分析的人群密度估計[6-7]的圖像處理方法，無論是基于紋理特征[1-2]高斯建模[3-4]還是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析[5]，都在朝著基于視頻監(jiān)控的人群密度檢測這個方向深入。本文將針對人群密度檢測系統(tǒng)的調(diào)研，希望能夠了解乘客和專家對于未來在城市軌道交通系統(tǒng)中使用車廂人群密度檢測系統(tǒng)的態(tài)度以及反映的問題，采取相應(yīng)的解決措施并為系統(tǒng)的發(fā)展指明方向，提高地鐵的服務(wù)水平和人們的生活品質(zhì)，為乘客創(chuàng)造一個良好的乘車環(huán)境，促進地鐵事業(yè)和城市軌道交通的發(fā)展。

1 人群密度檢測研究的現(xiàn)狀

1.1 人群密度檢測研究的實際應(yīng)用

人群的密度作為人群的主要屬性，在公共安防、群體管理、場所規(guī)劃等領(lǐng)域具有重要意義[8]。現(xiàn)階段各地海關(guān)使用人群密度檢測系統(tǒng)進行過關(guān)人群的密度檢測以設(shè)置通關(guān)關(guān)口工作人員數(shù)量，在人流量比較大而頻繁的公共場所，如體育場、商場、學校、車站和各種公共娛樂場所等使用人群密度檢測來控制人流量，保障大型場所的公共安全，并且人群密度檢測還用于公共交通系統(tǒng)客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計和公交時刻班次制定等方面。

1.2 實際應(yīng)用中待解決的問題

對于各大海關(guān)在使用人群密度檢測系統(tǒng)的過程中不能融合其他系統(tǒng)進行同步使用，監(jiān)控部分還需要人工來完成，系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性較差。對于公共交通系統(tǒng)的客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面，乘客數(shù)量多少的標準存在不一致，存在系統(tǒng)顯示監(jiān)控區(qū)域內(nèi)人數(shù)少但公眾覺得人員較多的情形，數(shù)據(jù)更新速度不夠及時，導致人流量變動之后系統(tǒng)無法及時更新數(shù)據(jù)；混合高斯模型在低密度以及高密度人群中系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準確性將會下降。在圖像預處理環(huán)節(jié)，場景中干擾因素也很多，如光照環(huán)境變化、 目標遮擋等，極大影響了算法的性能，給背景減除帶來很大挑戰(zhàn)；在實際應(yīng)用以及觀察中發(fā)現(xiàn)，令對象表現(xiàn)特征產(chǎn)生很大變化的較大因素有目標自身的形變以及其他物體的遮擋，給特征提取和統(tǒng)計帶來了極大的困難。

2 地鐵車廂人群密度檢測問卷調(diào)查基本情況

本次問卷調(diào)查歷時5 d，通過線上和線下方式對廣州地鐵目前開通線路進行調(diào)查，共回收到308份有效問卷。參與本次調(diào)查的人群里，男性人數(shù)共138人，占總數(shù)的44.82%；女性人數(shù)為170人，占總數(shù)的55.18%，男女比例接近4：5，與全國男女性別比例基本相符，本次調(diào)研具有一定的時效性與準確性。同時，乘客在17～25歲年齡段的人數(shù)為233人(占75.65%)；乘客在26～35歲年齡段有24人(占7.79%)；年齡在36～50歲有42人(占13.64%)，受調(diào)查乘客主要以年輕人為主。通過Excel表導入數(shù)據(jù)，結(jié)合實際情況，找出數(shù)據(jù)中的眾數(shù)，以此來剖析人群密度檢測的發(fā)展趨勢，得出結(jié)論。

根據(jù)大量觀察法和統(tǒng)計分組法，關(guān)于乘客候車次數(shù)及習慣，如圖1所示。乘客乘車的次數(shù)5次/周以下占首位；其次是2次/d以下；剩余的乘客是3次/d以上。在進入站臺候車時，接近1/2的乘客是隨機選擇候車地點，其次乘客會選擇列車兩端區(qū)域候車，而選擇列車中部和選擇離扶梯較近的車廂的人數(shù)相對較少。利用標準差的公式，如公式2所示：

(1)

反映組內(nèi)個體間的離散程度小，根據(jù)乘客的日常搭車次數(shù)分析，反應(yīng)大多數(shù)乘客對于地鐵車站的服務(wù)設(shè)備設(shè)施、實時客流等情況不是很了解，而該項技術(shù)的研究能有效增加乘客搭乘地鐵的舒適度，提升乘客服務(wù)水平，同時乘客在選擇候車位置時，站臺人數(shù)分布規(guī)律具有多樣化。依據(jù)歸納總結(jié)法，聚類分析系統(tǒng)投入使用前后乘客的行為，如圖2所示。在未有系統(tǒng)前，大部分乘客會選擇移步到空曠車廂乘車，少數(shù)乘客選擇不會移步，這間接反映了大部分乘客希望乘車環(huán)境是相對空曠舒適的，體現(xiàn)了該技術(shù)研究的價值性；系統(tǒng)投入使用后，更多的乘客會按照相關(guān)提示選擇候車地點，極少數(shù)乘客不會按照相關(guān)提示選擇候車地點，利用離散型方差的計算公式，如公式2所示：

(2)

度量出隨機人群中與其數(shù)學期望(即均值)之間的偏離程度較小，這直接反映了乘客對良好乘車環(huán)境的需求，體現(xiàn)了技術(shù)研究的必要性。

圖1 “乘客乘車次數(shù)及習慣”問卷結(jié)果

圖2 系統(tǒng)投入使用前后乘客的行為分析

依靠綜合指標法，就系統(tǒng)性能要求，如圖3所示。當乘客乘坐地鐵時，近1/2人希望在站臺電視和屏蔽門上方看到車廂空閑度；其次是希望在站廳顯示車廂空閑度。根據(jù)問卷反映，對選擇確定該技術(shù)日后的運用位置提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為該技術(shù)的研究提供了指引方向，乘車在觀看車廂空閑度時候，較多乘客希望顯示車廂空閑等級，選擇其他方式獲得信息的乘客比較均衡，為該技術(shù)如何向公眾提供信息提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時為技術(shù)的研究提供了市場的需求方向。

圖3 系統(tǒng)性能要求情況

3 問卷調(diào)查結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1)車廂人群密度檢測有十分廣泛的應(yīng)用前景。通過調(diào)研“如果這項技術(shù)安裝完成并已投入使用，您是否會按照相關(guān)提示選擇車上人數(shù)更少的車廂進行候車”時，81.17%的調(diào)研對象認為“如果這項技術(shù)安裝完成并已投入使用其會按照相關(guān)提示選擇車上人數(shù)更少的車廂進行候車”。由此可以看出，該項技術(shù)若投入運營后，乘客對其的使用度大，并且隨著計算機視覺識別技術(shù)難點的不斷突破，車廂人群密度檢測的可靠性也在不斷加強。

2)車廂人群密度檢測價值映射結(jié)果。依據(jù)調(diào)研結(jié)果，“當列車駛?cè)胝九_時，您發(fā)現(xiàn)部分車廂較為空曠，而您候車的車廂人員較為擁擠，您是否會移步到空曠的車廂”時，74.03%的調(diào)研對象會選擇移步到空曠車廂乘車，乘客的移步行為更加增進了車廂人群密度檢測研究的必要性，其價值映射結(jié)果不僅體現(xiàn)在乘客行為身上，還對運營企業(yè)的成本、效率有極大的作用。

3)顯示系統(tǒng)投放選擇位置的關(guān)鍵性。通過調(diào)研“如果現(xiàn)在有一款可以顯示列車車廂空閑度的設(shè)備，您覺得應(yīng)該在哪些地方進行顯示車廂空閑度”時，有53.57%的人認為應(yīng)該在屏蔽門上方進行安裝，與之并駕齊驅(qū)的有50.65%的人認為應(yīng)該在站臺電視上進行增加信息顯示；其次有占39.29%的人認為應(yīng)該在站廳就提示車廂空閑度，首先該顯示系統(tǒng)的第一目的就是方便乘客。在位置選擇過程中，要盡量滿足乘客的需求，保證乘客可以第一時間接收到車廂人群密度的信息，例如問卷中還有收到可以通過手機APP進行線上的提前提示的建議。

4)顯示車廂內(nèi)空閑度的形式多樣化。通過調(diào)研“您覺得該技術(shù)應(yīng)如何顯示車廂空閑度最方便”時，大多數(shù)人選擇顯示車廂空閑等級，這是一種通過轉(zhuǎn)換得出的列車等級進行折算并反映給站臺上的乘客哪節(jié)車廂人較少。在顯示形式上，可以采用多樣化的方式展示車廂密度信息，減少對乘客隱私的侵犯。

3.2 建議

第一，增加投放方式。比如在官方手機APP上增加功能，可以讓人家提前進行選擇；單獨另外增加一塊顯示屏顯示該系統(tǒng)信息；增加相關(guān)語音提示引導乘客，必要時放大顯示。第二，做好宣傳措施。提前通過公眾號等線上措施以及車站、站臺告示等方式進行線下宣傳，保證系統(tǒng)的宣傳有效性以及便利性，也可以通過宣傳片、地鐵吉祥物代言等方式讓乘客更好地了解系統(tǒng)的作用并積極使用系統(tǒng)。第三，保證系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)可靠性需要非常高，可能還需要有進行備份系統(tǒng)的保留程序，程序設(shè)置以及相關(guān)數(shù)據(jù)采集需要進行不斷地測試以及調(diào)試，系統(tǒng)兼容性需要完全，以免三天兩頭故障，造成服務(wù)質(zhì)量的下降，影響地鐵運營公司的形象以及信譽。

4 云計算和大數(shù)據(jù)時代下的人群密度檢測研究發(fā)展趨勢

作為超高清應(yīng)用重要領(lǐng)域之一的公共交通安防監(jiān)控領(lǐng)域，將進一步進行使用超高清視頻監(jiān)控CCTV等產(chǎn)品，升級改造公共交通安防監(jiān)控系統(tǒng)，加以支持并著重發(fā)展基于超高清視頻監(jiān)控CCTV系統(tǒng)的人臉識別、行為識別、目標分類等人工智能算法，提升監(jiān)控范圍、識別效率及準確率。結(jié)合智慧地鐵建設(shè)和可行性分析，未來在地鐵車廂上應(yīng)用人群密度檢測得知車廂擁擠度信息，從而提高服務(wù)質(zhì)量和安全保障。據(jù)調(diào)查，美國和歐洲的企業(yè)出現(xiàn)了專業(yè)的智能視頻分析監(jiān)控技術(shù)研究公司，并形成了相對成熟的產(chǎn)品，且成功地應(yīng)用于安全工程系統(tǒng)，如美國的Vidient、Verint、0bject Video，以色列的Mate、IOimage等。

地鐵車廂擁擠度智能顯示系統(tǒng)，包括設(shè)置在各車廂內(nèi)的攝像頭、網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控主機以及車載監(jiān)控顯示屏。超高清攝像頭通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與車載監(jiān)控總控制端連接，所述車載監(jiān)控總控制端通過車載無線網(wǎng)絡(luò)裝置與地面服務(wù)器建立通信連接，所述監(jiān)控主機與所述車載監(jiān)控服務(wù)器連接。本實用新型的地鐵車廂客流密度監(jiān)控系統(tǒng)，通過設(shè)置在各車廂內(nèi)的攝像頭采集車廂內(nèi)乘客圖像，并由車載監(jiān)控顯示屏進行實時顯示并發(fā)送至地面服務(wù)器，地面服務(wù)器進行即時處理并加以分析，最終目的用于乘客可以看到每節(jié)車廂的人員密度狀況，便于誘導乘客向密度較小的車廂疏散，以保證行車安全。

未來的5G時代，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)全部由無線傳輸完成，加快了數(shù)據(jù)傳輸和讀取的速度，大大提升了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能。同時，在大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐下，為了便于形成一個高效、安全、廉價的存儲方式，交通網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲模型可轉(zhuǎn)向分布式的數(shù)據(jù)存儲體系。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，為了能夠進一步挖掘海量視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)背后的價值信息，我們可實現(xiàn)視頻圖像模糊查詢、快速檢索、精準定位，快速反饋內(nèi)涵知識輔助決策判斷，從而將視頻監(jiān)控用善、用好。到2022年，我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模超過4萬億元，4K產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本完善，8K關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得突破，形成技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)和應(yīng)用協(xié)調(diào)發(fā)展的良好格局。

5 結(jié)語

通過以上問卷調(diào)查與分析，可以認為在基于智慧地鐵建設(shè)的潮流下，本文結(jié)合人群密度檢測的實際應(yīng)用和實際中待解決問題，提出了利用列車車廂監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合PIDS系統(tǒng)和列車自動監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)進行車廂人群密度檢測，為乘客提供實時的車廂擁擠指數(shù)，使乘客能在客流平峰期享受舒適的乘車環(huán)境，在高峰期能夠順利上車，不僅提高了城市軌道交通的服務(wù)質(zhì)量，減少運營成本，還提升了安全性。在云計算和大數(shù)據(jù)的時代背景下，論述增加新的技術(shù)使人群密度檢測更為簡便、高效，為人群密度檢測的研究方向提供了一條新的發(fā)展道路。