地铁车厢拥挤度实时监测显示技术研究

张 健

（西安市轨道交通集团有限公司机场城际公司，陕西 西安 710016）

0 引 言

当高峰期时，大量乘客进入地铁站内，因电客车停车时间短，乘客无法预知每节车厢的拥挤程度，盲目候车，导致部分车厢极度拥挤，部分车厢较为宽松，易造成部分站台等候乘客无法上车而滞留于站台，降低了列车的运载能力，浪费列车空间资源，降低乘客的乘车体验，严重时还可能会影响到站内的正常运行[1]。通过车载视频监控系统和车辆载重分析，将数字化的车厢拥挤度通过LTE等车地无线系统实时地传送至运营服务后台及站台乘客信息显示终端上[2]，可为运营单位实时调整行车组织和客运组织，以及乘客及时选乘车厢提供有力帮助。根据调研上海地铁、北京地铁、西安地铁获取显示实时拥挤度的技术方案，从系统原理、组成及准确性等方面进行研究分析。

1 地铁列车拥挤度与车厢拥挤度

列车拥挤度是列车满载率的另一种反映形式，是指线路高峰小时断面客运量与线路实际运输能力的比值，列车高峰小时拥挤度=高峰小时高断面客运量/相应断面的小时运力×100%，用以表示列车的拥挤程度，其中线路高峰小时断面客运量是指线路高峰小时各个断面客运量的平均值[3-4]。列车拥挤度既是乘客服务指标又是安全指标，因为车厢过度拥挤很可能造成次生影响，尤其是在突发应急情况下，很容易造成人员踩踏、伤害等事故[5]。

地铁车厢内一般分为门前区和座位区两部分，门前区是全立席区，座位区是坐席和立席的混合区[6]，车厢拥挤度是反映车厢内部单位面积上乘载乘客（含坐席区和立席区）密度的一个指标。车厢拥挤度在一定程度上也能客观地反映列车拥挤度的情况。

2 实时显示车厢拥挤度的技术方案

随着“智慧地铁”的发展，国内外已有越来越多的城市开展地铁拥挤度统计和查询的智能化服务，且各城市所采用的技术与方案均存在一定差异，目前实时显示地铁车厢拥挤度较多的方法有车辆载重计算和车载视频监控系统分析[7]。

2.1 车辆载重计算

目前，国内地铁车辆载重的计算方法是根据空气悬挂系统上空气弹簧内系统压力大小，通过一定的换算关系得到车辆的实际载重量。

地铁车辆载重计算系统主要由数据测量设备、数据采集设备、数据处理设备和运算分析软件组成。通过测量、采集设备连续不断地采集空气弹簧的压力信号进行处理，运用计算分析软件得到车辆的实际载重量[8]。再通过列车控制和管理系统TCMS与空气悬挂系统建立通信，空气悬挂系统再将实时采集到的动态载荷值通过车辆MVB传输到TCMS系统上，TCMS系统对MVB上的动态载荷值进行数据换算和存储。通过换算公式：实际载客数=载客率×超载人数×模型系数，即可大致换算出车厢内乘客数量，其中载客率=（实际载重－空载载荷）/（超载载荷－空载载荷）×100%。

2.2 车载视频监控系统分析

车载视频监控系统计算车厢拥挤度的设备主要有采集设备车载摄像头和分析处理设备客流分析服务器等[9]。通过地铁车厢内安装的车载摄像头采集各车厢内的视频图像，将各车厢摄像头采集到图像拼接为检测图像，并对检测图像进行区域划分和标注车厢编号，再将图像输入到拥挤度识别模型中进行辨识，根据基准模型和检测图像的对比分析和计算，从而获得各节车厢对应编号的拥挤度状态[10]。车载视频监控系统组成如图1所示。

图1 车载视频监控系统组成

通过车载视频监控系统分析计算车厢拥挤度的处理流程主要为：背景建模→图像检测采集→剔除重叠区域→目标计算和分析。

2.2.1 背景建模

车厢背景模型是拥挤度分析处理的基础，采用差分算法和概率统计相结合的算法，能够在复杂的环境中建立一幅尽可能真实的背景图像，为提取目标和对比分析提供重要基础。

2.2.2 图像检测采集

利用人体大小、头部、肩部等位置及特征信息分离出独立目标块，并根据特征信息排除非人目标。

2.2.3 剔除重叠区域

通过车载摄像头对各车厢内的图像进行特征点提取，再将相邻的两个图像的特征点进行匹配，获得重叠区域（单个车厢存在多个摄像头画面交叉覆盖区域），利用剔除重合图像的方法，将所有重叠区域的图像筛选剔除后，拼接出各车厢检测图像。

2.2.4 目标计算和分析

对检测区域内的被检图像进行计算和分析，其中包含对动态目标进出检测区域的跟踪、判别和计算。

2.2.5 其他功能

通过车载视频监控系统的分析处理设备，还可对车厢内人员行为进行智能化分析，可识别常规动作包如“跑动”“摔倒”等动作，同时还可监测车厢内的环境温度，当车厢内出现乘客异常行为或车厢内存在火灾隐患时，运营人员可及时发现并迅速进行处置。

3 车地无线系统实时数据传输

电客车通过车载数据分析处理设备将获取的各节车厢拥挤度数据定期通过车地无线系统传输至中央的PIS服务器或运营服务后台，中央PIS服务器将该数据发送至站内PIS播放控制器，最终显示在站台LCD显示屏上。当车厢拥挤度发生改变时，车辆及时将发生过改变的列车拥挤度发送给PIS，PIS服务器结合ATS发送的车辆信号，对数据进行处理后再进行下发。LCD屏实时拥挤度显示如图2所示。

图2 LCD屏实时拥挤度显示

4 站台LCD屏上拥挤度显示方案

PIS系统车站播控器可将接收到的中央服务器传送的每列电客车车厢拥挤度显示在站台LCD屏上，根据PIS系统的版面设计，在LCD屏适当位置显示带有每节车厢拥挤度标识的电客车图标。

目前，常用的车厢拥挤度显示标识有文字、图形、颜色等，便于乘客直观地选择乘坐车厢。利用图形显示拥挤度信息如图3所示。利用文字+颜色显示拥挤度信息如图4所示。

图3 利用图形显示拥挤度信息

图4 利用文字+颜色显示拥挤度信息

5 结 语

利用车辆载重计算获取车厢拥挤度时，因车厢空车的重量相对固定，采集每节车厢重量与列车在空车情况下的重量差即为车厢中人员与物品的重量，再根据平均体重的预估值和车辆限载人数，即可大致计算出当前车厢拥挤度信息。优点是客流量小的情况下，计算结果较为准确；缺点为男女老幼体重差距较大，且乘客是否携带行李等因素会影响到系统的准确性。车载视频监控系统对车厢拥挤度的分析计算不受客流影响，也不受乘客携带行李的大小多少影响，拥挤度的计算结果较为准确，同时通过车载视频监控系统的智能分析，还能实现对乘客异常行为分析及环境温度监测等辅助功能。

通过集成大数据和云平台等高科技，将地铁列车运行的相关信息上传云平台自动计算并实现无线传输，市民可在足不出户的情况下通过手机终端实时查看线路满载率、车厢拥挤度等信息，帮助乘客选择更加舒适和更加快捷的出行体验。