一种车载乘客计数系统

位凯乐

（北京奥特维科技有限公司，北京 100015）

0 引 言

近年来，由于经济建设快速发展，人们的出行需求快速增长，对交通运输能力提出了严重的挑战。城市迫切需要大力发展轨道交通，以利于人们出行。随着轨道交通线网网络化、运营调度智能化需求的提出，乘客计数系统已经成为地铁车辆的标准系统。乘客计数系统的建设从服务于轨道交通运营管理出发，以提升管理水平、深化行业应用为目的，与相关管理系统对接，实现管理的精细化与数据化。

对于轨道交通运营公司来说，合理地制定列车运行时间表是最重要、最复杂的任务之一，这依赖于对每一个车门处上下车人数的准确统计。但是在轨道交通领域，对乘客流量的监测和管理一直是一个难题。在科技迅速发展的今天，各行各业都开始挖掘数据的价值。对于交通行业而言，客流数据有着重要的意义。交通行业是为乘客出行服务的，客流是交通行业产生效益的直接主要来源。利用客流数据可以获取到每个时段、每条线路、每个站点的客流量，进而可以依据客流规律，合理地安排调度配车数量、制定车辆发车计划，最大限度地发挥列车运力，同时为提升公共安全管理水平提供信息化手段[1]。

1 方案介绍

乘客计数系统通过安装在门区上方和贯通道上方的红外装置实现对上下旅客的点查功能。本系统的乘客计数器采用红外传感器，其核心技术为红外原理、TOF测量技术以及3D视角。系统利用红外原理结合飞行时间（Time of Flight，TOF）技术，快速、精确捕捉人在三维空间的影像，从而精确识别出来。客流统计系统设备实时监测上下车人员数量，系统软件与列车车载系统对接，实现时间、车站等信息的联动。客流统计系统设备自动完成数据采集和相应站点的上下车客流人数统计，并把客流数据通过以太网传输到车载服务器，通过车载服务器进行数据处理后，通过接口传递给相应的多条线路控制中心（Operating Control Center，OCC）、SCC、线网指挥中心（Traffic Control Center，TCC）等，相关人员通过PC或移动终端可以随时查阅相关线路、各车厢车辆的客流量信息[2]。

系统采用了目前最先进的图像识别与计算机技术，客流人数统计精度达到了国内外领先水平，从而有效解决了交通行业的客流计数难题。乘客计数系统主要包含前端设备、平台系统、软件算法以及地面平台设备。前端设备主要有车载乘客计数控制器和车载乘客计数传感器，平台系统进行数据统计、汇总、分析，并提供标准接口；软件算法采用智能视频分析算法，进行实时监测与分析；地面服务器设备用来统计统计、分析本线路所有车辆的实时人流数量。

1.1 系统架构

系统整体架构如图1所示。系统在列车车门及贯通道上方安装乘客计数传感器，列车头尾端部署可冗余的乘客计数主机，每节车厢部署小型交换机。各乘客计数传感器通过以太网总线将计数数据实时发送至乘客计数主机，完成本车各车门及各车厢人数统计，乘客计数主机通过3G/4G/5G或车地通信专网将数据实时上传至运营控制中心的地面服务器，生成相关统计数据后，再传输给路网大数据分析平台[3]。

图1 系统结构图

1.2 车载设备说明

车载设备主要包括安装于列车车门和车内贯通道门的乘客计数传感器、部署于车内司机室的车载乘客计数主机以及车载交换机设备。系统局部拓扑如图2所示。

图2 系统局部拓扑图

以地铁B型车辆为例。B型车为6编组车辆，由2节MC车（带司机室动力车厢）、2节MP（动力车厢）、2个M车（非动力拖车）组成。车乘客计数器安装于每车每个门区正上方活门底部盖板上以及二位端端墙内（M2车除外），每车厢共9台计数器（M2车为8个）；在车头车尾各放置一台控制器，实现冗余功能；每节车厢配备一台POE交换机，组成车辆局域网；地面运营中心部署地面服务器一台，用于显示计数结果等。配置及安装位置示意如表1所示。

表1 车载设备配置表

1.3 功能说明

乘客人数点查系统通过安装在门区上方和贯通道上方的红外装置实现对上下旅客的点查功能。安装在门区上方和贯通道上方的红外自动计数终端通过影像分析来识别乘客数量，经计算分析后给出数据结果，并能够通过车地无线通信系统传输至运营控制中心（OCC/SCC/TCC）。自动乘客计数系统的准确率要求达到95%以上。

1.4 乘客计数终端

乘客计数终端是一款基于ToF技术的网络摄像机，集成了智能编码压缩、网络传输及智能检测等多种功能的数字监控产品。产品外形如图3所示。终端采用嵌入式操作系统和高性能硬件处理平台，具有较高稳定性和可靠性。乘客计数终端基于以太网控制，支持TCP/IP、DHCP、RTSP 等多种网络通信协议，支持ONVIF等开放互联协议。用户可以通过浏览器对终端设备进行配置，实现远距离传输和实时视频浏览。

图3 乘客计数终端外形

1.4.1 尺寸及安装方式

本方案采用顶部螺丝安装方式，在车门内侧顶端和贯通道内侧顶端安装部署相关设备。结构安装尺寸如图4所示。

图4 结构安装图纸

1.4.2 供 电

设备布线采用隐蔽式的布线方案，通过车厢侧边的中空部分进行布线。前端摄像机采用航空插头设计，具体供电应用取决于现场实际情况。设备支持有源以太网（Power Over Ethernet，POE）供电，也支持12～24 V的直流供电。

1.4.3 计数终端功能

计数终端实时采集3D图像，如图5测试效果图所示，用颜色标识距离信息，距离越近时的图像颜色发红。采集到图像后，终端进行AI图像处理，识别人、物等信息，结合车辆系统信息完成整列车的人员统计功能，具体按照如下步骤进行。

图5 测试效果图

（1）计数开始、停止判断。计数功能并不是一直开启的，而是根据列车车门、零速状态、设备主机发送的设定来启动。

（2）传感器控制。控制传感器的启动/停止、参数配置以及数据读取。

（3）人员识别算法。在视场范围内，终端能区分人员、行李箱、婴儿车等不同对象，用于提高计算精度。

（4）人员跟踪算法。人员进入视场范围内，终端可识别出人员，并跟踪人员在视场内的行动轨迹。

（5）人员计数判断。判断人员是否已经进入或者出去。

（6）计数方向识别。设置和判断人员进出方向。

（7）计数值累加。对人员进出数值进行累加。

1.5 车载计数主机功能

车载计数主机主要完成全车计数终端的数据统计工作，并将结果上传到车辆其他系统。计数主机可配置大容量硬盘，可以保存计数终端的视频数据，通过记录视频数据不断地训练AI识别算法，提高统计的准确率。车载计数主机实物如图6所示，设备技术参数如表2所示。

表2 车载计数主机技术参数

图6 车载计数主机示意图

车载计数主机的工作流程如下：

（1）根据列车零速信号、开关门信号完成操作车内计数传感器的启停控制功能，确保各车门或贯通道人流计数的准确性；

（2）统一运算整列车、各车厢、各车门的乘客上下车数据，运算完毕后，统一通过公网链路或WLAN车地通信系统将数据与地面人流计数系统对接，完成人流大数据的云端上传；

（3）实时诊断各传感器运行状态，并通过日志记录各传感器的运行状态、计数状态，出现故障后第一时间通过人机接口通知运营人员；

（4）计数主机具备本列车载客数据的历史统计功能，可完成人流周报统计、月报统计功能，通过3G/4G/5G或WLAN车地通信系统将统计数据上传地面服务器。

1.6 地面服务器功能

地面服务器仅需配置一套即可满足要求，系统功能如下：

（1）实时接收、汇总、分析、计算所有在线车辆的原始客流数据，整合为有效信息，如整车客流数、单节车厢客流数、各站台上下车客流数等，并进行结构化存储；

（2）实时将客流数据转发至地面乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）服务器，用于站台内客流个性化显示，实时将数据转发至车载PIS系统，用于车载客流个性化显示；

（3）实时将客流数据上传至控制中心客流数据服务器，系统可以按照列车、站台、车厢等多维度客流数据统计，完成市内轨道交通客流大数据分析[4]。

2 系统优势

基于性能强大的各种终端设备和先进的技术集成，本系统具有多种优势，具体如下。

（1）高精确度。TOF测量技术是基于测量投射的光源信号发射与接收之间的时间差，计算出景深或距离的一种景深计算方法[5]。乘客计数器用红外原理结合TOF技术，通过3D视角来捕捉人在门附近的三维轮廓，可以保证极高的检测精度，统计准确率达95%以上。

（2）双向客流。系统可同时分辨进入及离开的客流量。

（3）覆盖范围宽。摄像机的张角超过120°，可保证在1.9～2 m高的安装高度情况下覆盖整个车门。

（4）抗干扰能力强。系统能有效区分乘客行李、物体的影子及背包等因素的影响。

（5）前端采用嵌入式设备，故障率低，可免受病毒侵扰。

（6）低运营成本，硬件设备高度集成，功耗低，省电、省空间，维护便捷。

（7）系统可与广播系统融合设计，可将服务器功能集成到广播主机，进而降低材料成本。

3 结 语

本系统能够准确统计上下车乘客数量并据此实现列车智能高效调度，对轨道交通运营商来说，是一个具有吸引力的解决方案。如果所有列车都部署计数传感器，系统可实现所有运营线路的人流量数据透明化，实现客流统计、乘客疏导及运营调度决策，从而辅助确定未来线路开发决策，进一步完善城市轨道交通规划。同时，运营商可建设运营服务平台（手机App或微信公众号），向市民发布拥挤度信息，引导乘客规划出行计划。本系统提供基础数据，用户通过路线图的方式可直观地查询当前市内的线路拥挤度情况，实现人流大数据分析，使城市实现智慧交通目标。