一種車(chē)載乘客計(jì)數(shù)系統(tǒng)

位凱樂(lè)

（北京奧特維科技有限公司，北京 100015）

0 引 言

近年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，人們的出行需求快速增長(zhǎng)，對(duì)交通運(yùn)輸能力提出了嚴(yán)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(yùn)營(yíng)調(diào)度智能化需求的提出，乘客計(jì)數(shù)系統(tǒng)已經(jīng)成為地鐵車(chē)輛的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。乘客計(jì)數(shù)系統(tǒng)的建設(shè)從服務(wù)于軌道交通運(yùn)營(yíng)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(duì)接，實(shí)現(xiàn)管理的精細(xì)化與數(shù)據(jù)化。

對(duì)于軌道交通運(yùn)營(yíng)公司來(lái)說(shuō)，合理地制定列車(chē)運(yùn)行時(shí)間表是最重要、最復(fù)雜的任務(wù)之一，這依賴于對(duì)每一個(gè)車(chē)門(mén)處上下車(chē)人數(shù)的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。但是在軌道交通領(lǐng)域，對(duì)乘客流量的監(jiān)測(cè)和管理一直是一個(gè)難題。在科技迅速發(fā)展的今天，各行各業(yè)都開(kāi)始挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值。對(duì)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(lái)源。利用客流數(shù)據(jù)可以獲取到每個(gè)時(shí)段、每條線路、每個(gè)站點(diǎn)的客流量，進(jìn)而可以依據(jù)客流規(guī)律，合理地安排調(diào)度配車(chē)數(shù)量、制定車(chē)輛發(fā)車(chē)計(jì)劃，最大限度地發(fā)揮列車(chē)運(yùn)力，同時(shí)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(jì)數(shù)系統(tǒng)通過(guò)安裝在門(mén)區(qū)上方和貫通道上方的紅外裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)上下旅客的點(diǎn)查功能。本系統(tǒng)的乘客計(jì)數(shù)器采用紅外傳感器，其核心技術(shù)為紅外原理、TOF測(cè)量技術(shù)以及3D視角。系統(tǒng)利用紅外原理結(jié)合飛行時(shí)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(shí)別出來(lái)?？土鹘y(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上下車(chē)人員數(shù)量，系統(tǒng)軟件與列車(chē)車(chē)載系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、車(chē)站等信息的聯(lián)動(dòng)?？土鹘y(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集和相應(yīng)站點(diǎn)的上下車(chē)客流人數(shù)統(tǒng)計(jì)，并把客流數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)杰?chē)載服務(wù)器，通過(guò)車(chē)載服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)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(guò)PC或移動(dòng)終端可以隨時(shí)查閱相關(guān)線路、各車(chē)廂車(chē)輛的客流量信息[2]。

系統(tǒng)采用了目前最先進(jìn)的圖像識(shí)別與計(jì)算機(jī)技術(shù)，客流人數(shù)統(tǒng)計(jì)精度達(dá)到了國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平，從而有效解決了交通行業(yè)的客流計(jì)數(shù)難題。乘客計(jì)數(shù)系統(tǒng)主要包含前端設(shè)備、平臺(tái)系統(tǒng)、軟件算法以及地面平臺(tái)設(shè)備。前端設(shè)備主要有車(chē)載乘客計(jì)數(shù)控制器和車(chē)載乘客計(jì)數(shù)傳感器，平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、匯總、分析，并提供標(biāo)準(zhǔn)接口；軟件算法采用智能視頻分析算法，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析；地面服務(wù)器設(shè)備用來(lái)統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)、分析本線路所有車(chē)輛的實(shí)時(shí)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(chē)車(chē)門(mén)及貫通道上方安裝乘客計(jì)數(shù)傳感器，列車(chē)頭尾端部署可冗余的乘客計(jì)數(shù)主機(jī)，每節(jié)車(chē)廂部署小型交換機(jī)。各乘客計(jì)數(shù)傳感器通過(guò)以太網(wǎng)總線將計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至乘客計(jì)數(shù)主機(jī)，完成本車(chē)各車(chē)門(mén)及各車(chē)廂人數(shù)統(tǒng)計(jì)，乘客計(jì)數(shù)主機(jī)通過(guò)3G/4G/5G或車(chē)地通信專(zhuān)網(wǎng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至運(yùn)營(yíng)控制中心的地面服務(wù)器，生成相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，再傳輸給路網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)[3]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 車(chē)載設(shè)備說(shuō)明

車(chē)載設(shè)備主要包括安裝于列車(chē)車(chē)門(mén)和車(chē)內(nèi)貫通道門(mén)的乘客計(jì)數(shù)傳感器、部署于車(chē)內(nèi)司機(jī)室的車(chē)載乘客計(jì)數(shù)主機(jī)以及車(chē)載交換機(jī)設(shè)備。系統(tǒng)局部拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2 系統(tǒng)局部拓?fù)鋱D

以地鐵B型車(chē)輛為例。B型車(chē)為6編組車(chē)輛，由2節(jié)MC車(chē)（帶司機(jī)室動(dòng)力車(chē)廂）、2節(jié)MP（動(dòng)力車(chē)廂）、2個(gè)M車(chē)（非動(dòng)力拖車(chē)）組成。車(chē)乘客計(jì)數(shù)器安裝于每車(chē)每個(gè)門(mén)區(qū)正上方活門(mén)底部蓋板上以及二位端端墻內(nèi)（M2車(chē)除外），每車(chē)廂共9臺(tái)計(jì)數(shù)器（M2車(chē)為8個(gè)）；在車(chē)頭車(chē)尾各放置一臺(tái)控制器，實(shí)現(xiàn)冗余功能；每節(jié)車(chē)廂配備一臺(tái)POE交換機(jī)，組成車(chē)輛局域網(wǎng)；地面運(yùn)營(yíng)中心部署地面服務(wù)器一臺(tái)，用于顯示計(jì)數(shù)結(jié)果等。配置及安裝位置示意如表1所示。

表1 車(chē)載設(shè)備配置表

1.3 功能說(shuō)明

乘客人數(shù)點(diǎn)查系統(tǒng)通過(guò)安裝在門(mén)區(qū)上方和貫通道上方的紅外裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)上下旅客的點(diǎn)查功能。安裝在門(mén)區(qū)上方和貫通道上方的紅外自動(dòng)計(jì)數(shù)終端通過(guò)影像分析來(lái)識(shí)別乘客數(shù)量，經(jīng)計(jì)算分析后給出數(shù)據(jù)結(jié)果，并能夠通過(guò)車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)傳輸至運(yùn)營(yíng)控制中心（OCC/SCC/TCC）。自動(dòng)乘客計(jì)數(shù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確率要求達(dá)到95%以上。

1.4 乘客計(jì)數(shù)終端

乘客計(jì)數(shù)終端是一款基于ToF技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，集成了智能編碼壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸及智能檢測(cè)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(tái)，具有較高穩(wěn)定性和可靠性。乘客計(jì)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(kāi)放互聯(lián)協(xié)議。用戶可以通過(guò)瀏覽器對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸和實(shí)時(shí)視頻瀏覽。

圖3 乘客計(jì)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(chē)門(mén)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(guò)車(chē)廂側(cè)邊的中空部分進(jìn)行布線。前端攝像機(jī)采用航空插頭設(shè)計(jì)，具體供電應(yīng)用取決于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jì)數(shù)終端功能

計(jì)數(shù)終端實(shí)時(shí)采集3D圖像，如圖5測(cè)試效果圖所示，用顏色標(biāo)識(shí)距離信息，距離越近時(shí)的圖像顏色發(fā)紅。采集到圖像后，終端進(jìn)行AI圖像處理，識(shí)別人、物等信息，結(jié)合車(chē)輛系統(tǒng)信息完成整列車(chē)的人員統(tǒng)計(jì)功能，具體按照如下步驟進(jìn)行。

圖5 測(cè)試效果圖

（1）計(jì)數(shù)開(kāi)始、停止判斷。計(jì)數(shù)功能并不是一直開(kāi)啟的，而是根據(jù)列車(chē)車(chē)門(mén)、零速狀態(tài)、設(shè)備主機(jī)發(fā)送的設(shè)定來(lái)啟動(dòng)。

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

（3）人員識(shí)別算法。在視場(chǎng)范圍內(nèi)，終端能區(qū)分人員、行李箱、嬰兒車(chē)等不同對(duì)象，用于提高計(jì)算精度。

（4）人員跟蹤算法。人員進(jìn)入視場(chǎng)范圍內(nèi)，終端可識(shí)別出人員，并跟蹤人員在視場(chǎng)內(nèi)的行動(dòng)軌跡。

（5）人員計(jì)數(shù)判斷。判斷人員是否已經(jīng)進(jìn)入或者出去。

（6）計(jì)數(shù)方向識(shí)別。設(shè)置和判斷人員進(jìn)出方向。

（7）計(jì)數(shù)值累加。對(duì)人員進(jìn)出數(shù)值進(jìn)行累加。

1.5 車(chē)載計(jì)數(shù)主機(jī)功能

車(chē)載計(jì)數(shù)主機(jī)主要完成全車(chē)計(jì)數(shù)終端的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，并將結(jié)果上傳到車(chē)輛其他系統(tǒng)。計(jì)數(shù)主機(jī)可配置大容量硬盤(pán)，可以保存計(jì)數(shù)終端的視頻數(shù)據(jù)，通過(guò)記錄視頻數(shù)據(jù)不斷地訓(xùn)練AI識(shí)別算法，提高統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確率。車(chē)載計(jì)數(shù)主機(jī)實(shí)物如圖6所示，設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 車(chē)載計(jì)數(shù)主機(jī)技術(shù)參數(shù)

圖6 車(chē)載計(jì)數(shù)主機(jī)示意圖

車(chē)載計(jì)數(shù)主機(jī)的工作流程如下：

（1）根據(jù)列車(chē)零速信號(hào)、開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)完成操作車(chē)內(nèi)計(jì)數(shù)傳感器的啟停控制功能，確保各車(chē)門(mén)或貫通道人流計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性；

（2）統(tǒng)一運(yùn)算整列車(chē)、各車(chē)廂、各車(chē)門(mén)的乘客上下車(chē)數(shù)據(jù)，運(yùn)算完畢后，統(tǒng)一通過(guò)公網(wǎng)鏈路或WLAN車(chē)地通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)與地面人流計(jì)數(shù)系統(tǒng)對(duì)接，完成人流大數(shù)據(jù)的云端上傳；

（3）實(shí)時(shí)診斷各傳感器運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)日志記錄各傳感器的運(yùn)行狀態(tài)、計(jì)數(shù)狀態(tài)，出現(xiàn)故障后第一時(shí)間通過(guò)人機(jī)接口通知運(yùn)營(yíng)人員；

（4）計(jì)數(shù)主機(jī)具備本列車(chē)載客數(shù)據(jù)的歷史統(tǒng)計(jì)功能，可完成人流周報(bào)統(tǒng)計(jì)、月報(bào)統(tǒng)計(jì)功能，通過(guò)3G/4G/5G或WLAN車(chē)地通信系統(tǒng)將統(tǒng)計(jì)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(shí)時(shí)接收、匯總、分析、計(jì)算所有在線車(chē)輛的原始客流數(shù)據(jù)，整合為有效信息，如整車(chē)客流數(shù)、單節(jié)車(chē)廂客流數(shù)、各站臺(tái)上下車(chē)客流數(shù)等，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)；

（2）實(shí)時(shí)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(tái)內(nèi)客流個(gè)性化顯示，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至車(chē)載PIS系統(tǒng)，用于車(chē)載客流個(gè)性化顯示；

（3）實(shí)時(shí)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(chē)、站臺(tái)、車(chē)廂等多維度客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shì)

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

（1）高精確度。TOF測(cè)量技術(shù)是基于測(cè)量投射的光源信號(hào)發(fā)射與接收之間的時(shí)間差，計(jì)算出景深或距離的一種景深計(jì)算方法[5]。乘客計(jì)數(shù)器用紅外原理結(jié)合TOF技術(shù)，通過(guò)3D視角來(lái)捕捉人在門(mén)附近的三維輪廓，可以保證極高的檢測(cè)精度，統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。

（2）雙向客流。系統(tǒng)可同時(shí)分辨進(jìn)入及離開(kāi)的客流量。

（3）覆蓋范圍寬。攝像機(jī)的張角超過(guò)120°，可保證在1.9～2 m高的安裝高度情況下覆蓋整個(gè)車(chē)門(mén)。

（4）抗干擾能力強(qiáng)。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?jǐn)_。

（6）低運(yùn)營(yíng)成本，硬件設(shè)備高度集成，功耗低，省電、省空間，維護(hù)便捷。

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

3 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)上下車(chē)乘客數(shù)量并據(jù)此實(shí)現(xiàn)列車(chē)智能高效調(diào)度，對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，是一個(gè)具有吸引力的解決方案。如果所有列車(chē)都部署計(jì)數(shù)傳感器，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)營(yíng)線路的人流量數(shù)據(jù)透明化，實(shí)現(xiàn)客流統(tǒng)計(jì)、乘客疏導(dǎo)及運(yùn)營(yíng)調(diào)度決策，從而輔助確定未來(lái)線路開(kāi)發(fā)決策，進(jìn)一步完善城市軌道交通規(guī)劃。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商可建設(shè)運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)（手機(jī)App或微信公眾號(hào)），向市民發(fā)布擁擠度信息，引導(dǎo)乘客規(guī)劃出行計(jì)劃。本系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用戶通過(guò)路線圖的方式可直觀地查詢當(dāng)前市內(nèi)的線路擁擠度情況，實(shí)現(xiàn)人流大數(shù)據(jù)分析，使城市實(shí)現(xiàn)智慧交通目標(biāo)。