何 帆

（廈門路橋信息股份有限公司，福建廈門 361000）

軌道交通是現(xiàn)代城市的主要部分，隨著軌道路線不斷增多，工作人員已經(jīng)無法保證監(jiān)督管理的落實效果，軌道交通開始頻繁出現(xiàn)各種安全事故，不利于城市交通的持續(xù)發(fā)展。智能視頻分析是一種基于智能技術的分析技術，將其應用于城市軌道交通中，可以幫助工作人員掌握每條線路的交通狀況，自行分析線路運營狀況。

1 智能視頻分析技術的綜合概述

1.1 基礎概念

智能視頻分析技術通過智能識別系統(tǒng)分析視頻信息得到警告或預警信息，通過智能視頻數(shù)據(jù)分析與圖像識別高速運動信息圖像（高速運動物體軌跡、相對對象位置高度變化、形狀角度大小等運動內(nèi)容）?？刂圃嘏c用戶行為控制規(guī)則存在較大偏差時，系統(tǒng)及時發(fā)送告警。鐵路智能視頻數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控技術已廣泛應用于北京航空信息中心、青藏鐵路等國內(nèi)大型鐵路工程項目。此監(jiān)控技術能夠自動分析視頻，提取并輸出其需要的視頻信息，采取各種替代人為的自動監(jiān)控或協(xié)作人為的自動監(jiān)控等措施。

1.2 應用原理

智能視頻分析技術可以建立與引起人們或人們活動相關的視頻模型，根據(jù)相關模型利用計算機的高速視頻計算分析功能，排除場景環(huán)境中的非法對正常活動造成干擾的因素，在監(jiān)視器的圖像中判別每個人類身體活動的軌跡，采集的監(jiān)視圖像清晰、易于辨別，能夠?qū)ㄖ锛捌洵h(huán)境的異常狀況進行判斷。

智能視頻分析技術主要包括兩種技術類型，分別為當前背景圖像減去刪除法和圖像時間差分法，分析方法可以時效地應用當前的背景圖像及其他背景減除圖像文件進行時間差分圖像處理，達到圖像運動圖及區(qū)域圖像檢測等的功能。此監(jiān)測方式能夠?qū)崟r提供較為完整的人體運動監(jiān)測目標分析數(shù)據(jù)，具有較強的精確度與運動靈敏度。

2 智能視頻分析技術在城市軌道交通中的典型應用

2.1 流量統(tǒng)計

車廂、月臺、人行通道以及鐵路交通中的各種交通空間每天有大量的乘客進出，交通擠塞程度會直接影響車站交通網(wǎng)絡管理的正常運作。傳統(tǒng)的流量統(tǒng)計由統(tǒng)計閘機清分數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，軌道交通存在線路換乘時，閘機清分數(shù)據(jù)無法統(tǒng)計這部分客流情況。應建立全面、實時的當前狀態(tài)站網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，使軌道交通車站運營網(wǎng)絡狀態(tài)的數(shù)據(jù)發(fā)布更客觀、科學，視頻分析有助于提高客流分析的精準度。

2.2 邊界管理

軌道交通活動系統(tǒng)龐大而復雜，除了為普通旅客提供自由移動的特殊空間和活動區(qū)域外，也存在一些出于安全考慮對普通旅客關閉、隨時應對各種異常情況敏感的特殊空間或活動區(qū)域。針對這一應用需求，可以利用移動智能視頻自動分析技術，實現(xiàn)安全目標區(qū)域的實時自動檢測，可以對已進入指定安全區(qū)域的移動目標進行跟蹤和自動分類，并發(fā)出報警。在指定人員可進入的特定區(qū)域中，通過視頻技術對人員及其行為進行安全監(jiān)管及判定，特定區(qū)域包括地鐵軌行區(qū)、變電站、周圍的高架橋梁結構、獨立的公共設施（通風口、通信基礎設施、辦公行政大樓、風井、車庫）等。

2.3 行為分析

地鐵乘客及進入地鐵的人員應受到公共行為安全準則的約束，遵守地鐵乘車規(guī)定，愛護公共設施設備，不擁擠、不吵鬧。通過視頻分析技術對乘客行為進行監(jiān)控與分析，及時發(fā)現(xiàn)乘客異常狀況，發(fā)生吵鬧推搡、隨意翻越障礙物、破壞公共財物時，及時發(fā)出警告。視頻分析可以對乘梯人員的姿態(tài)進行分析，人員發(fā)生姿態(tài)扭曲符合摔倒行為時，向乘務員發(fā)出警報。

2.4 質(zhì)量診斷

隨著我國城市軌道網(wǎng)絡交通系統(tǒng)網(wǎng)絡化工程建設和交通運營的不斷深入推進，軌道交通內(nèi)視頻圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的專用攝像機設備數(shù)量不斷擴大增加，給系統(tǒng)設施維護者及工作人員帶來巨大的技術挑戰(zhàn)。在正常的圖像監(jiān)控中，某些硬件監(jiān)控設備出現(xiàn)問題會導致監(jiān)控圖像信息丟失。

視頻信號質(zhì)量問題診斷儀的功能主要是對一個前端視頻設備的碼流圖像進行視頻解碼并對圖像傳輸質(zhì)量進行評估，實現(xiàn)對前端視頻信號中可能存在的質(zhì)量問題數(shù)據(jù)的準確判斷和實時報警。實時輪詢系統(tǒng)工作時，如果用戶發(fā)現(xiàn)相關設備工作異常，如圖像分辨率異常、亮度異常、局部色彩、噪聲干擾、數(shù)據(jù)信號丟失、圖像內(nèi)容凍結等，系統(tǒng)會及時提供警告提示信息和事件通知，使系統(tǒng)工作人員能夠及時、快速、準確排除相關系統(tǒng)安全問題或安全系統(tǒng)問題，有效預防因系統(tǒng)圖像顯示質(zhì)量出現(xiàn)問題，避免經(jīng)濟損失。

2.5 視頻巡站

城市軌道是市民重要的出行工具，地鐵運營公司在保障公眾出行方面具有不可替代的保障責任。日常車站巡檢不同部門時，有明確分工，維保部門開展對車站設施設備的巡查檢查，站務、乘務部門進行車站秩序維護的巡站活動。

人工檢查巡站存在錯班時間差，無法實時覆蓋全部巡查區(qū)域的問題。監(jiān)控基本實現(xiàn)車站內(nèi)所有區(qū)域的視頻覆蓋，通過監(jiān)控視頻輔助車站巡查，結合視頻分析技術對站域內(nèi)的視頻資源進行結構化解析，可以實現(xiàn)對車站內(nèi)異常情況的捕捉、辨別和預警。

3 智能視頻分析技術在城市軌道交通中的應用要點

3.1 確定系統(tǒng)結構

在我國城市軌道網(wǎng)絡交通監(jiān)控管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構中,最常見的網(wǎng)絡結構設計方式為三級系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡模式。

（1）一級聯(lián)網(wǎng)模式中，城市軌道的每個車站需要設置一個網(wǎng)絡運行控制器和一個監(jiān)控管理系統(tǒng)，組成一個監(jiān)控管理子系統(tǒng)，子系統(tǒng)可以直接對整個車站核心區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控攝像機及矩陣監(jiān)控設備進行有效監(jiān)控。

（2）二級監(jiān)控模式中，基于城市軌道網(wǎng)絡交通系統(tǒng)中的地鐵監(jiān)控管理設備可以起到一定的綜合管理監(jiān)控效果，該設備的有效監(jiān)控管理功能能夠有效實現(xiàn)對城市地鐵網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的有效通信監(jiān)控。與一級監(jiān)控模式相比，二級監(jiān)控模式合理地通過一級監(jiān)控模式設備中的地鐵攝像機和矩陣機的管理，實現(xiàn)對地鐵數(shù)據(jù)的有效采集管理，達到能夠有效實現(xiàn)地鐵對聯(lián)網(wǎng)的有效控制能力。

（3）三級網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)管理模式中，針對城市軌道運輸交通進行監(jiān)控分析系統(tǒng)管理時，應分別采取監(jiān)控分析過程管理及監(jiān)控中心綜合監(jiān)控兩種管理模式綜合進行分析管理。

3.2 樹立基礎框架

前景檢測模塊的算法流程為分離背景圖像中變化較大的圖像特征區(qū)域，分離過程也可以稱為前景檢測聚類分離。

運動目標跟蹤檢測技術模塊的跟蹤算法處理規(guī)則為在創(chuàng)建視頻跟蹤序列的過程中，對前景檢測簇的跟蹤狀態(tài)進行有效分析，提取并獲得高度穩(wěn)定且規(guī)律的跟蹤運動軌跡目標。

跟蹤目標運動跟蹤技術模塊的歷史算法的處理過程規(guī)則為分析運動目標跟蹤的歷史運動信息記錄，對運動目標跟蹤可能會同時出現(xiàn)的目標位置有效進行預測，自動搜索能預測目標位置附近的有效運動跟蹤目標。

有效目標跟蹤分類處理模塊的跟蹤算法處理流程規(guī)則為自動根據(jù)目標特征跟蹤值自動實現(xiàn)有效目標分類，包括設定運動跟蹤目標的軌跡尺寸、輪廓等，應用的技術是目標分類處理算法。

運動軌跡跟蹤分析處理模塊的軌跡算法處理流程規(guī)則為分析運動跟蹤目標的實際運動跟蹤軌跡，平滑跟蹤運動目標軌跡、修正跟蹤運動目標軌跡的速度誤差，使運動軌跡跟蹤目標的實際跟蹤運動相一致。

邏輯事件報警檢測處理模塊的事件分類處理算法為通過邏輯分析比較跟蹤目標運動信息與系統(tǒng)設定的事件報警處理規(guī)則，判斷并提取跟蹤目標信息是否已經(jīng)達到設定報警規(guī)則要求。

3.3 構建數(shù)據(jù)庫

攝像機系統(tǒng)可以實現(xiàn)人臉捕捉、抓牌、識別以及報警，接入當?shù)毓蚕到y(tǒng)后，系統(tǒng)能夠進行系統(tǒng)黑白名單管理，發(fā)現(xiàn)黑名單人員時直接報警。系統(tǒng)在特定地點或重點建設公共場所的重要公共位置，進行抓拍人臉圖像實時比對，實時抓拍布控人員和臉的圖像實時度和相識度達到布控系統(tǒng)預先設定自動實時報警閥的最高閾值時，系統(tǒng)自動實時報警系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡視頻或者聲音等多種傳播方式對抓拍人臉進行實時自動預警，提醒現(xiàn)場交通監(jiān)控者和交通管理人員。監(jiān)控信息系統(tǒng)管理操作人員可以根據(jù)雙擊拖動監(jiān)控報警器按鍵的監(jiān)控信息，自動實時查看監(jiān)控抓拍到的視頻原圖和監(jiān)控錄像，進行實時全程跟蹤檢查核實。

3.4 大數(shù)據(jù)應用

視頻分析AI模型實現(xiàn)基礎圖像分析要素的訓練后，需要不斷學習和進化，城市軌道大數(shù)據(jù)應用能夠有效支持進化系統(tǒng)。城市軌道大數(shù)據(jù)從軌道建設、運營等各個階段，不斷采集匯總設施設備基礎狀態(tài)、故障狀態(tài)、車站正常客流、高峰客流、低峰客流等數(shù)據(jù)以及踩踏、火災、設備狀態(tài)預警、安檢預警、沖突等異常狀態(tài)數(shù)據(jù)。城市軌道運營期不斷更新迭代，豐富AI訓練內(nèi)容，可以實現(xiàn)智慧視頻分析的進化，完善智慧視頻分析的運營輔助工具性。為了支撐大數(shù)據(jù)的信息儲備、維持城市軌道的經(jīng)營，管理單位應統(tǒng)一規(guī)劃大數(shù)據(jù)底層的應用端，鋪設專業(yè)系統(tǒng)和硬件支撐層，不建議無基礎信息化支持的城市軌道開展智慧視頻分析系統(tǒng)建設。

4 結語

現(xiàn)代城市的軌道建設越發(fā)復雜，某一環(huán)節(jié)管理力度不足會增加城市軌道交通的安全事故概率。相關部門必須重視智能視頻分析技術的應用，掌握其中流量統(tǒng)計、邊界管理、行為分析以及質(zhì)量診斷等技術，并在實際應用中注意確定系統(tǒng)結構、樹立基礎框架以及構建數(shù)據(jù)庫等應用要點，根本解決城市軌道交通存在的問題。