一种地铁站台门乘客引导系统的设计与实现

田洪金，殷 玲

（1.珠海市协正智能装备有限公司，广东 珠海 519000；2.广东交通职业技术学院，广东 广州 510650）

0 引 言

地铁作为一种城市轨道交通，起到缓解城市交通堵塞、降低交通污染的作用，其具有运行速度快、运行时间准、列车间隔短、载客量大等优势，已成为大多数人的首选出行工具。但是由于目前大多数城市的地铁线路没有完全覆盖到城市的各个角落，在早晚高峰时段地铁线路客流较大，地铁车厢和站台内部会出现拥挤现象，存在一定的安全隐患。同时，由于地铁的车厢数较多、站台较长，乘客上下车厢的门位随机，且乘客事先无法预估各节车厢的具体人数，因此常常会出现部分车厢比较拥挤而有些车厢存有空位的情况，导致车厢人数分布不均，车厢的空间资源没有得到合理利用。

目前，绝大多数地铁采用车辆载重计算车厢拥挤度，此方法主要根据平均体重预估值和车辆限载人数，大致计算车厢拥挤度。在客流量小时，计算结果较为准确，但如果人们的体重差距较大就会影响计算的准确性，并不能很好地解决上述问题。本文提出一种地铁站台门乘客引导系统，利用地铁车厢内摄像头拍摄视频，获取地铁车厢和乘客图像帧；经过图像处理后统计车厢人数并传输到下一站，引导乘客合理选择候车车厢。本系统利用机器视觉、通信等技术实现智能化引导，具有成本低、易实现、效率高等优点。

1 乘客引导系统概述

乘客引导系统以乘客安全为本，进一步提高乘车效率和乘车舒适度。系统集视频监控技术、多媒体传输技术、显示技术、通信技术、机器视觉技术等技术为一体，能够快速、准确地统计车厢乘客数量，以车站显示终端为媒介向乘客显示车厢乘客数量、拥挤度、列车到站等信息，为乘客选择候车车厢提供有价值的引导，也是提高地铁运营管理水平和乘客服务质量的有效工具。同时，对乘客引导系统可以进行内容的扩充，如乘车防疫须知、车站/列车服务时间、列车时刻表、政府公告、运营商公告、出行参考、媒体新闻、体育赛事、金融信息、广告等动态的多媒体信息。

2 乘客引导系统的工作原理

为缓解地铁运行压力、引导乘客选择候车车厢，利用视频监控技术、机器视觉技术及通信技术等，设计出一种地铁站台门乘客引导系统。

地铁站台门乘客引导系统主要由多个图像采集模块、图像识别模块、主控模块以及多个引导信息显示模块等组成。其中，图像采集模块分别设置在各个地铁车厢内，用于采集各地铁车厢内的第一图像；图像采集模块的输出端均与图像识别模块的输入端连接，图像识别模块的输出端与主控模块的第一输入端连接；引导信息显示模块分别设置在各个地铁屏蔽门上，其输入端均与主控模块的第一输出端连接。系统整体结构如图1所示。

图1 系统整体结构

本文设计的地铁乘客引导系统首先通过图像采集模块获取地铁车厢内的第一图像；再通过图像识别模块对第一图像进行识别处理，得到该地铁车厢内的乘客数量，进而将该地铁车厢内的乘客数量传输至主控模块；最后由主控模块根据各个地铁车厢内的乘客数量生成相应的引导信息，并将引导信息传输至各个地铁屏蔽门上的引导信息显示模块，从而实现对地铁乘客的引导。通过对各个地铁车厢内的乘客数量进行实时采集识别，可以准确得到用于引导地铁乘客的信息，并在各个地铁屏蔽门上实时显示，从而提醒地铁乘客合理选择候车车厢，降低了地铁车厢拥挤度，提高了地铁车厢的空间资源利用率，提高了地铁乘客的乘车效率和乘车舒适度。

3 乘客引导系统的功能模块

本文设计的地铁站台门乘客引导系统主要包括图像采集模块、图像识别模块、主控模块、通信模块、引导模块及附加功能的传感器模块。下面对各模块的具体功能进行介绍。

3.1 图像采集模块

图像采集模块主要是通过在地铁车厢的内顶面安装广角高清摄像头，实时采集地铁车厢内的俯视图，从而可以通过提取人的头部轮廓来对乘客数量进行识别，提高了乘客数量获取的准确性和对乘客引导的准确性。此模块也可以采用红外热成像仪实时获取地铁车厢内的热成像图片，由于人体各部位的热场不一样，通过红外热成像仪获取的热成像图片也可以准确地识别出地铁车厢内的乘客数量。

3.2 图像识别模块

图像识别模块是乘客引导系统的核心部分，包括对采集图像进行一系列的处理，如图2所示。首先是图像二值化，对于给定阈值，图像像素点灰度值被设为0或255，图像二值化后数据量大大减少，并凸显出目标轮廓；接着进行先开后闭运算，开运算指先对图像腐蚀后再膨胀，用来消除小的物体，平滑形状边界，并且不改变其面积，去除小颗粒噪声，断开物体之间的粘连；闭运算指先对图像膨胀后再腐蚀，可以用来填充物体内的小空洞，连接邻近的物体，并连接断开的轮廓线，平滑其边界的同时不改变面积。初步处理后的图像使用Canny算子边缘检测，提取轮廓并通过刚性工具使其连续；由于俯视图中人头近似于圆，所以对连续轮廓进行圆变换检测，再结合人头部大小特征，剔除过小的圆，筛选出真实圆，并统计数量，最后将车厢人数信息传输到主控模块使用。

图2 图像识别

3.3 主控制器模块

主控制器采用开源硬件Arduino。Arduino具有编程简单、灵活、功能强大、易于使用、开发周期短等特点。主控制器Arduino是乘客引导系统的中心，接收图像识别处理后的信息、各类传感器信息，快速处理接收指令，做出回应发送到引导模块，并与通信模块进行双向通信，从而确保整个系统的正常运行。

3.4 通信模块

通信模块与主控模块连接，用于与云服务器通信。乘客引导系统中产生的数据定期通过通信模块传输到云服务器，并对数据进行存储和更新。

3.5 引导模块

引导模块包括显示引导和语音引导：显示引导的输入端与主控模块的第一输出端连接；语音引导的输入端与主控模块的第二输出端连接。

引导信息可以包括当前屏蔽门对应地铁车厢的乘客数量、拥挤度等信息，也可以包括邻近屏蔽门对应地铁车厢的乘客数量、拥挤度信息，还可以直接显示全部车厢的乘客数量和拥挤度。显示方法可以采用数字显示或颜色分级显示，如红色代表乘客数量较多，黄色代表乘客数量适中，绿色代表乘客数量较少。在当前屏蔽门对应地铁车厢的乘客数量较多时，还可以直接显示乘客数量较少的地铁车厢，以及与当前屏蔽门最近的地铁屏蔽门，便于乘客快速找到合理的候车位置。

语音引导可以设置在地铁站的电梯和自动扶梯处；根据实时获取的各个地铁车厢内的乘客数量，主控模块可以生成对应的语音引导信息，并通过语音引导模块进行实时语音引导，将乘客指引到合适的候车区域。

3.6 传感器模块

系统中主要包括二氧化碳传感器和温度传感器：二氧化碳传感器分别设置在各个地铁车厢内，其输出端与主控模块的第二输入端连接；温湿度传感器的输出端与主控模块的第三输入端连接。

二氧化碳传感器用于采集地铁车厢内的二氧化碳浓度信息，并将其传输至主控模块，这样既可以根据实时的二氧化碳浓度对地铁车厢内的拥挤度进行判断，然后通过引导信息显示模块进行显示，也可以直接在该地铁车厢对应的地铁屏蔽门上显示该二氧化碳浓度信息。

温湿度传感器用于采集地铁车厢内的温湿度信息，并将该温湿度信息传输至主控模块，从而可以在对应的地铁屏蔽门上显示，便于乘客合理选择候车车厢，进一步提高了地铁乘客的乘车效率和乘车舒适度。

4 结 语

利用地铁车厢现有视频监控系统采集图像，再经过图像识别、图像处理等过程，实现对地铁车厢乘客人数的统计；主控制器对接收数据进行处理后传送车厢拥挤度信息到终端模块，通过LCD屏显示和语音引导等方式指引乘客合理选择候车车厢，提高乘车效率和乘车舒适度，减少车厢乘客分布不均现象和站台候车区局部拥挤现象。此乘客引导系统还可以通过扩展传感器增加温湿度检测、二氧化碳检测等辅助功能，进一步地提高乘客乘车舒适度。