地鐵車廂擁擠度實時監測顯示技術研究

張 健

（西安市軌道交通集團有限公司機場城際公司，陜西 西安 710016）

0 引 言

當高峰期時，大量乘客進入地鐵站內，因電客車停車時間短，乘客無法預知每節車廂的擁擠程度，盲目候車，導致部分車廂極度擁擠，部分車廂較為寬松，易造成部分站臺等候乘客無法上車而滯留于站臺，降低了列車的運載能力，浪費列車空間資源，降低乘客的乘車體驗，嚴重時還可能會影響到站內的正常運行[1]。通過車載視頻監控系統和車輛載重分析，將數字化的車廂擁擠度通過LTE等車地無線系統實時地傳送至運營服務后臺及站臺乘客信息顯示終端上[2]，可為運營單位實時調整行車組織和客運組織，以及乘客及時選乘車廂提供有力幫助。根據調研上海地鐵、北京地鐵、西安地鐵獲取顯示實時擁擠度的技術方案，從系統原理、組成及準確性等方面進行研究分析。

1 地鐵列車擁擠度與車廂擁擠度

列車擁擠度是列車滿載率的另一種反映形式，是指線路高峰小時斷面客運量與線路實際運輸能力的比值，列車高峰小時擁擠度=高峰小時高斷面客運量/相應斷面的小時運力×100%，用以表示列車的擁擠程度，其中線路高峰小時斷面客運量是指線路高峰小時各個斷面客運量的平均值[3-4]。列車擁擠度既是乘客服務指標又是安全指標，因為車廂過度擁擠很可能造成次生影響，尤其是在突發應急情況下，很容易造成人員踩踏、傷害等事故[5]。

地鐵車廂內一般分為門前區和座位區兩部分，門前區是全立席區，座位區是坐席和立席的混合區[6]，車廂擁擠度是反映車廂內部單位面積上乘載乘客（含坐席區和立席區）密度的一個指標。車廂擁擠度在一定程度上也能客觀地反映列車擁擠度的情況。

2 實時顯示車廂擁擠度的技術方案

隨著“智慧地鐵”的發展，國內外已有越來越多的城市開展地鐵擁擠度統計和查詢的智能化服務，且各城市所采用的技術與方案均存在一定差異，目前實時顯示地鐵車廂擁擠度較多的方法有車輛載重計算和車載視頻監控系統分析[7]。

2.1 車輛載重計算

目前，國內地鐵車輛載重的計算方法是根據空氣懸掛系統上空氣彈簧內系統壓力大小，通過一定的換算關系得到車輛的實際載重量。

地鐵車輛載重計算系統主要由數據測量設備、數據采集設備、數據處理設備和運算分析軟件組成。通過測量、采集設備連續不斷地采集空氣彈簧的壓力信號進行處理，運用計算分析軟件得到車輛的實際載重量[8]。再通過列車控制和管理系統TCMS與空氣懸掛系統建立通信，空氣懸掛系統再將實時采集到的動態載荷值通過車輛MVB傳輸到TCMS系統上，TCMS系統對MVB上的動態載荷值進行數據換算和存儲。通過換算公式：實際載客數=載客率×超載人數×模型系數，即可大致換算出車廂內乘客數量，其中載客率=（實際載重－空載載荷）/（超載載荷－空載載荷）×100%。

2.2 車載視頻監控系統分析

車載視頻監控系統計算車廂擁擠度的設備主要有采集設備車載攝像頭和分析處理設備客流分析服務器等[9]。通過地鐵車廂內安裝的車載攝像頭采集各車廂內的視頻圖像，將各車廂攝像頭采集到圖像拼接為檢測圖像，并對檢測圖像進行區域劃分和標注車廂編號，再將圖像輸入到擁擠度識別模型中進行辨識，根據基準模型和檢測圖像的對比分析和計算，從而獲得各節車廂對應編號的擁擠度狀態[10]。車載視頻監控系統組成如圖1所示。

圖1 車載視頻監控系統組成

通過車載視頻監控系統分析計算車廂擁擠度的處理流程主要為：背景建模→圖像檢測采集→剔除重疊區域→目標計算和分析。

2.2.1 背景建模

車廂背景模型是擁擠度分析處理的基礎，采用差分算法和概率統計相結合的算法，能夠在復雜的環境中建立一幅盡可能真實的背景圖像，為提取目標和對比分析提供重要基礎。

2.2.2 圖像檢測采集

利用人體大小、頭部、肩部等位置及特征信息分離出獨立目標塊，并根據特征信息排除非人目標。

2.2.3 剔除重疊區域

通過車載攝像頭對各車廂內的圖像進行特征點提取，再將相鄰的兩個圖像的特征點進行匹配，獲得重疊區域（單個車廂存在多個攝像頭畫面交叉覆蓋區域），利用剔除重合圖像的方法，將所有重疊區域的圖像篩選剔除后，拼接出各車廂檢測圖像。

2.2.4 目標計算和分析

對檢測區域內的被檢圖像進行計算和分析，其中包含對動態目標進出檢測區域的跟蹤、判別和計算。

2.2.5 其他功能

通過車載視頻監控系統的分析處理設備，還可對車廂內人員行為進行智能化分析，可識別常規動作包如“跑動”“摔倒”等動作，同時還可監測車廂內的環境溫度，當車廂內出現乘客異常行為或車廂內存在火災隱患時，運營人員可及時發現并迅速進行處置。

3 車地無線系統實時數據傳輸

電客車通過車載數據分析處理設備將獲取的各節車廂擁擠度數據定期通過車地無線系統傳輸至中央的PIS服務器或運營服務后臺，中央PIS服務器將該數據發送至站內PIS播放控制器，最終顯示在站臺LCD顯示屏上。當車廂擁擠度發生改變時，車輛及時將發生過改變的列車擁擠度發送給PIS，PIS服務器結合ATS發送的車輛信號，對數據進行處理后再進行下發。LCD屏實時擁擠度顯示如圖2所示。

圖2 LCD屏實時擁擠度顯示

4 站臺LCD屏上擁擠度顯示方案

PIS系統車站播控器可將接收到的中央服務器傳送的每列電客車車廂擁擠度顯示在站臺LCD屏上，根據PIS系統的版面設計，在LCD屏適當位置顯示帶有每節車廂擁擠度標識的電客車圖標。

目前，常用的車廂擁擠度顯示標識有文字、圖形、顏色等，便于乘客直觀地選擇乘坐車廂。利用圖形顯示擁擠度信息如圖3所示。利用文字+顏色顯示擁擠度信息如圖4所示。

圖3 利用圖形顯示擁擠度信息

圖4 利用文字+顏色顯示擁擠度信息

5 結 語

利用車輛載重計算獲取車廂擁擠度時，因車廂空車的重量相對固定，采集每節車廂重量與列車在空車情況下的重量差即為車廂中人員與物品的重量，再根據平均體重的預估值和車輛限載人數，即可大致計算出當前車廂擁擠度信息。優點是客流量小的情況下，計算結果較為準確；缺點為男女老幼體重差距較大，且乘客是否攜帶行李等因素會影響到系統的準確性。車載視頻監控系統對車廂擁擠度的分析計算不受客流影響，也不受乘客攜帶行李的大小多少影響，擁擠度的計算結果較為準確，同時通過車載視頻監控系統的智能分析，還能實現對乘客異常行為分析及環境溫度監測等輔助功能。

通過集成大數據和云平臺等高科技，將地鐵列車運行的相關信息上傳云平臺自動計算并實現無線傳輸，市民可在足不出戶的情況下通過手機終端實時查看線路滿載率、車廂擁擠度等信息，幫助乘客選擇更加舒適和更加快捷的出行體驗。