智能视频分析系统在地铁检修段安全生产环节中的应用

马兴宇,刘兴阳,张海峰

（北京市地铁运营有限公司运营四分公司,北京 101300）

0 引言

目前城市轨道交通车辆检修段作业过程中存在以下安全隐患：工作人员未按规定着装（反光衣）、高空作业人员不按规定佩戴安全帽安全带、轨道带电作业、非工作人员进入禁区、工作期间追逐打闹等。而智能技术的兴起，可以有效解决地铁工作中存在的安全隐患。该文以北京市地铁运营四公司十三陵车辆段为对象，首先对智能分析技术的功能需求进行了针对性分析，然后对系统的总体框架以及功能实现方法分别进行了说明。

1 地铁检修车辆段安全生产工作现状

目前，安全生产保障的主要手段是从设备和网络层面入手，如无线网络控制器、无线网络路由器、无线电脑钥匙等，并在车辆段构建无线蜂窝局域网。一个无线节点在网内的漫游，可实现操作终端与主控室之间的信息实时交互、地线状态的实时查询和防误逻辑判断，构筑了段区的实时防误网络。通过该网络，可实现各操作节点间的实时闭锁。这些节点包括接触网高压隔离开关、接地线和检修作业平台门等，具备权限管理、模拟预演、逻辑判断、隔离刀闸强制闭锁、操作过程实时防误、接地线规范管理和接地前强制验电等功能，可避免部分生产操作人为失误因素的影响，比如避免工作人员走错带电间隔、带电挂接地线等误操作。同时，还引入了智能门控、视频联动监控、安全警示、车辆位置检测和流程管控等技术模块来保障检修作业顺利进行。

尽管采用了多种安全防护措施，并编制了完善的规章管理制度，但在实际生产阶段，由于大量的人员参与作业，仍存在不少的不规范操作和安全隐患。整个检修工作流程中，存在隐患发现不及时、监督管控不全面、安全管理难度大等问题。

2 地铁车辆段智能视频分析系统应用分析

轨道交通车辆检修段，检修过程中由于轨道带电、高空作业等因素，需要十分严格的安全要求。地铁运营公司针对危险作业编制了完善的操作规范制度，但人工监督管理的难度很大。目前现有手段均是从设备层面增加安全机制，缺乏智能化的实时人员操作规范监督手段。针对以上需求，结合智能分析、AI等新兴技术，对智能分析技术在轨道交通车辆检修段安全生产方面的应用等方向开展研究，实现自动化人员行为监测管理，建立管理台账[1]，具有重大意义。在既有技术框架下，对北京地铁运营四公司十三陵车辆段项目进行智能化升级改造示范应用，通过测试验证，攻克从技术到工程转变的关键技术，实现对部分关键安全生产环节的过程监督，为系统应用和推广打下坚实基础。

3 地铁车辆段智能视频分析系统功能

3.1 带电入轨监测技术

列车入库出库期间需要使轨道带电。工作人员需要在列车入库前、出库前将轨道上电，并在入库停稳后、出库后将轨道断电。但在通电期间会有可能由于沟通或监管不到位，导致有人或物进入带电轨道，造成安全事故。因此，此系统应能具备轨道带电状态下的安全监测功能[2]。

3.2 高空作业防护监测

列车检修期间需要工作人员登上列车顶部检查，登顶期间属于高空作业，需要佩戴安全帽并系挂安全带。若出现未按要求佩戴安全帽或不系安全带的情况，系统应能正确识别出并产生响应报警事件。

3.3 接车回库安全监测

列车在入库过程中，需要有工作人员位于轨道两侧，以保证轨道处于清空状态，避免无关人员进入，防止意外发生。因此该系统应具备列车入库期间工作人员到岗情况的监测功能，对未到岗的情况生成报警记录。

3.4 空调盖板丢失或螺丝松动监测

北京地铁曾发生过运营过程中车顶空调盖板脱落情况，造成运营安全事故。因此运营公司要求空调盖板检查为必检项。该系统应能自动对工作人员检测内容进行核准，检查空调盖板是否脱落、螺丝是否拧紧。

3.5 入侵监测

检修车辆段轨道区间外设置有栏杆，禁止人员翻越进入轨道区间。该系统应能对进入禁区的人员进行检测并及时生成报警记录[3]。

3.6 着工服监测

检修车辆段要求工作人员必须着反光工作服，以保障安全。该系统应能对监测区域，识别工作人员工服，是否存在违规操作、防止非工作人员进入站区。

3.7 追逐打闹监测

检修车辆段要求工作人员有序工作，禁止嬉戏打闹、奔跑追逐。该系统应能识别车辆段检修库工作人员在检修库内的异常情况，查看相关工作人员是否在在列检库内追逐打闹、骚乱等异常情况，提前预警、上报、处理，提升管理效率，防止造成人身危险和危及生产安全。

4 智能视频分析系统

4.1 系统总体架构

系统通过车辆段现有的高清相机及新安装高频摄像机采集实时视频信息，将视频信息传输至智能分析终端设备，分析终端设备通过对视频画面的分析，利用智能视频分析技术，将异常事件信息、报警图片、报警视频上传本地服务器，由本地服务器上传至运营中心[4]。本地可在监控大屏查看实时报警事件。报警事件的发包频率是实时上传。总体架构图如图1所示。

图1 总体架构图

4.2 系统功能实现

4.2.1 带电入轨监测

此功能基于电闸状态检测以及入侵检测技术，系统通过实时判断电闸状态来决定报警事件是否发生。当电闸状态处于闭合时，此时禁止人员进入轨道，如发生人员进入则产生报警事件；当电闸处于断开时，允许人员进入轨道作业，人员进入不会产生报警事件（如图2所示）。

图2 电闸状态监测

4.2.2 高空作业防护监测

系统通过设定人员检测区域、安全锚点检测区域，先对人的检测，定位到安全帽及安全带的位置，再通过安全帽、安全带模型比对，判断工作人员是否佩戴；同时通过对安全锚点检测安全带尾端是否挂在锚点上，进而完成高空作业防护检测的功能[5]。

4.2.3 接车回库安全监测

系统通过对划定区域进行车辆检测，识别列车入库状态。通过人员检测、工服检测等技术手段，判断列车入库过程中，划定的人员站立区域是否有工作人员值守，且是否身着工装。对车辆入库过程中，规定区域无接车工作人员、人员未着工服等情况进行报警，实现接车监测功能（如图3所示）。

图3 接车监测

4.2.4 空调盖板丢失或螺丝松动监测

在列车出库门顶部安装高频高清相机，通过每秒200帧的帧率抓拍列车顶部图像，通过模型比对捕捉到空调盖板，检测盖板是否丢失；再根据预制的定位逻辑定位到螺丝点位，高频高清相机可有效抑制列车运动和曝光时间产生的拖影效果，可清晰的抓拍到工作人员检修后在螺丝上绘制的防松线，通过判断防松线是否是一条直线断定螺丝是否紧固[6]。

4.2.5 入侵监测

该系统可设置检测区域、禁止线以及入侵方向，违规人员如从轨道区域外部跨越禁止线进入轨道区域内部，则会产生报警；对于从检修库进入轨道区域的人则不会产生报警。

4.2.6 着工服监测

预先采集十三陵车辆段工作人员工作服图片样本，进行模型训练，训练后的模型导入智能分析终端。分析终端在对检测范围内的人员进行抓拍后提取人体特征，并与工服模型中的人体特征进行比对，比对成功则不报警，比对失败则将报警记录和报警图片上传[7]。

4.2.7 追逐打闹监测

系统采用人体关键点检测技术，通过提取人体关键点判断人员动作，当系统判定两人或多人动作符合打架时，则产生打架报警事件；当系统判定两人或多人在短时间内移动较长距离，或在短时间内两人或多人四散分开或聚集，则产生追逐报警或骚动报警[8]。

4.2.8 报警平台

平台记录保存车辆段的各类型报警信息并提供多维度的统计、查询和展示，方便管理人员了解实时生产情况和安全管理态势（如图4～6所示）。

图4 今日报警类型统计

图5 报警数量统计

图6 实时报警列表

5 结束语

在各行各业的生产过程中，安全生产的思想始终不能改变。但麻痹大意、惯性思维是安全事故发生的主要原因。智能视频分析系统在地铁检修段安全生产过程中的实践应用，验证了其在生产监督各环节的重要作用。智能视频分析系统的建设，将传统视频监控的“被动”转变为“主动”，有效降低监控系统的人力需求与工作负担，提高了管理水平和工作效率，作用重大，意义深远。该次实践应用旨在通过智能视频分析系统的建设，研究和拓展其应用价值，从而把智能化技术推广到各行各业的生产环境，提高生产效率，减少安全风险因素，确保生产安全运行，保证工作人员生命安全，促进行业企业健康、稳定、安全、可持续发展。