基于视频分析技术的车站大客流预警系统

吴丽娜

摘要：南京地铁当前客流量逐年上升，对车站遇到大客流集中出现时通过实时的大客流预警，可以使运营人员对乘客安全、客运组织等方面出现的问题进行有效的处理，进而达到安全运营的目的。本文主要分析了车站大客流预警系统的实现，仅供参考。

关键词：南京地铁；大客流；预警系统；视频分析技术

1.车站大客流预警的现状与问题

如今，车站大客流预警主要是通过工作人员的工作经验和特定区域的监控图像来对突发大客流进行预警，并制定有效的疏散措施，但是这样的大客流预警不仅缺乏客流量定性依据，而且存在工作人员的责任心、工作态度、巡视时间周期及及时察看视频等一系列问题，从而影响车站大客流预警的整体效果。实际上，车站大客流预警一般是简单的根据各车站进出站闸机所传递的信息来统计客流，但是这种预警统计方式所统计的客流量缺乏真实性和准确性，不能对车站大客流进行实时、动态的统计，最多只能显示乘客进站、出站的人数与位置，同时在乘客换乘车站时也不能准确统计换乘通道中现有多少客流。对于这个问题，目前国内外还没有现成的统计技术和方法可用。另一方面，大部分换乘枢纽站不能部署AFC系统，虽然可以布置，但是AFC客流数据存在延时性，对换乘通道的客流统计与实际客流量存在较大差异。

总之，目前国内外的地铁运营方都缺乏对客流实时数据的准确统计，缺乏理论上的算法验证，无论在精确度还是实时度方面，大客流的统计都是差强人意的，更谈不上能通过对历史客流数据的分析和挖掘来准确判断和预警，帮助客运人员安排现场疏导。可以说在现有的技术条件下，地铁运营方对整个路网实时客流（特别是换乘客流）的预警、统计分析技术与应用领域还是空白。

2.车站大客流预警的目的

车站大客流预警系统研究项目的开展，目的在于在南京地铁的枢纽站，建立监测、预警、预案处置的综合性危机解除机制。

利用现有摄像头，可以对车站大客流进行检测，并且对无法监测到的重要位置进行摄像头的补充，最终实现对闸机口、售票区、站台-站厅楼梯、一号线到二号线换乘通道、站台等人流容易积压区域监测预警。

利用智能视频分析等技术手段，打破单一的依靠人员巡视应对突发大客流发出预警等问题，进行实时的、准确的、高效的客流信息分析、收集、预警，而且还可以有效启动与该系统相对应的响应处置程序，这样不仅可以有效提高大客流响应效率，而且还可以避免出现人员踩踏事故，有效降低事故造成的经济损失。

实现本车站和地铁OA内网中的管理人员，能够实时查看地铁客流数据、检索历史客流数据、及时推送与查看任意时刻的预警信息。

3.车站大客流预警系统的可行性

为了实施大客流预警系统，我们对车站的现有监控基础设施条件作了前期调研。

3.1监控设施

南京地铁闭路电视监控系统由车站本地监控、中心远端监控和传输通道三部分组成。车站本地监控含前端摄像机组件（包括摄像机、护罩、支架、镜头、云台等），信号处理系统（包括画面处理器、矩阵控制键盘、视频矩阵、隔离地变压器、字符叠加分配器、后置视频放大器、避雷器等），图像记录显示系统（包括数字硬盘录像机、专业视频监视器等组成）。中心远端监控由远程多媒体控制服务器、录像管理服务器、多媒体控制客户端、专业视频监视器等组成。传输通道主要是由以太网通道、OTN传输通道及线缆传输通道等组成。

每个车站的监控系统是电视联网系统中的一个节点，可以独立工作，实现本地的所有视频管理和控制功能。它为每个车站的站厅与升降电梯等重要位置提供全视频监视。

摄像机的视频信号通过专用视频电缆传输，最远可达1公里。车站的监控系统的视频矩阵，可提供足够的路数的视频输入/输出与以太网接口接入。

作为项目可行性的前期调研结果，南京地铁现有的闭路电视监控系统在添加必要的监设备施后完全可以满足构建大客流预警系统的基础设施需求。

对于通道和上下车客流，通过垂直架设的摄像机可以有效避免遮挡的情况，分析服务器分析垂直架设的摄像机的图像，对行人进行检测并跟踪，从而进行客流统计，计精度可以高达95%。

3.2网络与通信条件

南京地铁选购了西门子SBCS双环结构OTN2600光纤网，其具有一定的自愈能力，可以作为整个地铁运行过程中的通信城域网络。西门子的OTN是支持多层协议的开放式的传输网络，它可以根据数据、语音、视频等业务的相关标准设计接口，使符合这些标准的设备可通过OTN节点机毫无限制地直接互联，带宽与可扩展性能可以实现对车站大客流的有效管理，如闭路电视监控系统、环境控制系统、公务/专业电话系统、电力控制系统、防灾系统、AFC系统、OA系统、广播服务系统等。每个车站系统都能获得独立稳定的2M bps带宽的传输通道（提供一个E1接口）。

因为大客流预警系统将与地铁AFC等其他系统一样是借助于现有地铁网路设施的一个相对南京地铁公司网络中的独立网络，南京地铁现有网络设施条件完全可以满足构建大客流预警系统的网路与通信的需求。

4.大客流预警系统的安全体系与功能分析

大客流预警系统信息安全保密将以国际与国家制订的准则与标准为依据，提供各种安全保密服务。

4.1软件隐患防范

为软件安全与保密，大客流预警系统在设计时使用正板软件，正规使用第三方软件，禁止使用“后门”程序（例如模拟事件实现第三方软件的特定按钮，当系统运行时你无法阻止使用者使用强力杀毒程序，而杀毒程序会把这种模拟事件程序作为病毒清除，而导致系统不能正常运行，甚至系统崩溃）。

4.2系统配置

该类隐患主要是不当的网络结构和配置造成的信息传输故障。本系统使用成熟的设备，按系统要求严格配置，保证端到端防火墙或者防火墙到防火墙之间的安全，防止IP地址欺骗、发送邮件攻击、网络文件系统攻击、网络信息服务攻击、扫描器攻击、口令攻击、嗅探攻击、病毒和破坏性攻击等，防止黑客通过寻找并利用网络系统的脆弱性和软件的漏洞，来进行身份标识、刺探窃取口令或避开计算机安全系统来对其进行控制，以实现对计算机网络或数据库的非法进入，窃取其中的信息。

4.3安全防范

大客流预警系统中存储有大量的企业信息资源，对这类信息系统将采取严格防范措施保证其机密性、完整性、可用性、可控性。采用登录口令、访问权控制、身份认证、经授权的部分信息的特定范围内公开访问与处理、防止非法访问系统，病毒入侵，篡改、黑客攻击。

4.4数据备份

系统中信息的备份与恢复是提高数据完整性的基本措施，本系统的备份与恢复工作由系统自动完成，可设置系统每天在服务器之间互相备份数据库数据。

4.5功能分析

通常情况下，大客流预警系统能够实时计算、存储、显示、分析地铁车站客运流量；提供多种形式的数据报表；统计查询历史数据；有效分析和挖掘数据信息，从而为管理者提供决策信息；管理者能够借助系统PC终端来对任意时刻、任意时间段的客流数据进行查看；提供预警信息，并采取有效措施给予处理。

5.大客流预警系统结构

5.1大客流预警系统布线

大客流预警系统是独立于现有车站监控系统，或者说是现有车站监控系统的子系统。

5.2大客流预警系统架构

实際上，大客流预警系统主要是由管理服务器、分析服务器与客户端界面等部分组成。

管理服务器功能：统计报表、监控调用、分析客流数据、用户管理、推送预警、查询历史数据等。

分析服务器功能：识别图像中的客流数量，捕捉摄像机中的实时数据，并借助深度学习算法对数据进行分析，并把分析后的图片信息、数据信息传递到管理服务器中。

大客流预警系统采用了B/S软件结构，即所谓的浏览器/服务器架构，系统管理部分选择了B/S结构，其具有维护方便、分布性强、开发简单成本低、共享性好、通用性和易用性等优势。

6.结语

综上所述，地铁大客流预警系统是多学科相互交融的复杂系统工程，其实现的主要难点是人头数识别算法中特殊监控摄像头（如球机型摄像头）的动态性问题、现场光照的动态性变化问题、摄像头角度、高度以及照射区域距离远近人头像素比例问题，在具体的实践中，还需要更多数据分析和技术支持，才能确保系统的准确性和可靠性。

（作者单位：南京地铁运营有限责任公司）