一種軌道交通人群異常行為智能監控機器人設計*

邱錦龍 劉國成 霍睿

(廣州鐵路職業技術學院,廣東廣州 510430)

隨著我國經濟和城鎮化的快速發展,城市規模和人口不斷擴大,軌道交通已經成為了舒緩客流的重要手段。在客流出行的高峰期,在地鐵站、高鐵站、城軌站等場所常常出現大量人流密集和人流高峰的情況。高密度、超大量的人流潮及其不確定行為給軌道交通客流運輸及公共安全帶來了極大壓力和巨大隱患[1]。值得注意的是近些年來出現的各類人群異常行為突發事件(如打架、踩踏、縱火等),引發了社會對軌道交通運輸公共安全的高度關注[2]。事實上,在軌道交通客流運輸中,在高密集人流情況下,如果發生人群異常行為突發事件,若不能及時發現和有效處置,可能導致嚴重的后果[3]。因此在人流密集的情況下,人群異常行為已成為影響公共安全的重要隱患和主要因素之一[4]。為防止此類事件的發生,軌道交通安防部門在地鐵站、高鐵站等場所都安裝了視頻安防監控設備。然而現有安防監控設備存在監控盲區、容易受到遮擋干擾等不足,導致在人流密集情況下,對乘客異常行為的發生難以及時察覺和發現。因此如何改進當前視頻安防監控裝置,以提升安防監控的監測范圍和排除干擾的能力,從而提升對人群異常行為的監控效果,對軌道交通客流安全運輸具有重要的意義和應用價值。

1 當前軌道交通安防監控存在的問題

1.1 當前的安防監控設備仍然存在一定覆蓋盲區

由于當前的安防監控設備大多采用固定支架的安裝方式,其攝像范圍和監控角度都是預先設定好的,在安防作業時,攝像范圍是固定不變的,對于覆蓋范圍以外區域無法監測,因此存在監控盲點或監控死角。雖然部分監控設備采用了電動云臺,但是受固定支架的限制,其調節范圍依然有限,仍存在著監控盲區。

1.2 當前的安防監控設備容易受到遮擋和干擾

在人群密集或擁擠的情況下,監控設備目標區域往往會受到流動人群或個體的遮擋或干擾,導致目標個體的異常行為難以發現。而由于受固定支架限制,監控攝像裝置往往不能移動,只能簡單的調整一下視角,因此無法克服這些遮擋和干擾的影響。這使得當前安防監控設備對人群中出現的各類異常行為難以被及時捕捉或觀察,從而影響了對異常行為突發事件的判斷和及時處置。

1.3 人工監測存在費時費力、容易錯檢漏檢等問題

考慮到現有安防監控設備的不足,在軌道交通客流密集的關鍵區域,常常會布控一些工作人員,采用人工方式來輔助疏導客流并加強安防監控效果。但是在人流密集和擁擠的情況下,采用人工疏導監測巡檢的方式,由于工作強度大且工作人員的技術水平參差不齊,對工作的認真程度也各不相同,往往容易出現錯檢或漏檢等現象。

由此可見,有必要對現有安防監控裝置進行改進,以彌補上述安防監控設備存在的不足和問題。基于此,提出了一種軌道交通人群異常行為智能監控機器人設計解決方案,以此解決上述問題。

2 軌道交通人群異常行為智能監控機器人設計思路

近年來軌道機器人的技術發展,為當前軌道交通領域針對人群異常行為監控所面臨的難題提供了一種新的解決思路和技術方案。基于此,對現有安防監控裝置設計進行改進,提出了一種軌道交通人群異常行為智能監控機器人的設計思路。該思路是設計一款小型智能軌道機器人,通過導軌和機器人行走機構設計來構建一個可以沿著導軌移動的安防巡檢軌道機器人平臺,并在該平臺上安裝配置相應的電動伸縮裝置、電動云臺和智能安防監控設備裝置,以實現監控設備的可移動性、機動性和智能化,以彌補傳統監控裝置不能移動、監控范圍有限等缺點。該設計的優點在于:一是通過導軌設計實現監控裝置的可移動性,從而解決了傳統安防監控設備不能移動的問題;二是采用伸縮裝置與電動云臺相結合的設計方案,使機器人的監控設備可以大幅度的擴大檢測范圍,最大限度的減少監測盲區;三是可以通過軟件控制平臺,基于移動互聯技術實現對機器人的遠程監控管理,實施遠程實時的人群異常行為檢測和監控管理。

3 軌道交通人群異常行為智能監控機器人設計

3.1 硬件設計

軌道交通人群異常行為智能監控機器人設計如圖1所示,包括導軌、行走機構、電動伸縮桿、電動云臺、主控裝置、安防監控裝置、以及環境監測傳感器裝置。其中導軌固定于固定支架上,導軌設計成底部帶有開口的中空矩形框;行走機構設置在導軌內,行走機構設計有8個行走輪,其中行走機構的左右兩個側面各有2個行走輪,行走于中空矩形框側壁,底面設置有4個行走輪,行走于中空矩形框底面;行走機構通過電動伸縮桿與主控裝置的一側連接;主控裝置的另一側連接電動云臺,電動云臺上安裝有安防監控裝置(采用雙目攝像機裝置);主控裝置四面內嵌有煙霧傳感器、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器等環境監測傳感器裝置;主控裝置內置微處理器,用于控制行走機構行走、電動伸縮桿升降、電動云臺的旋轉等動作。此外,主控裝置內安裝有通信模塊和電源模塊,可以將雙目攝像機的視頻圖像數據及環境監測傳感器數據傳送至后臺服務器。

圖1 軌道交通人群異常行為智能監控機器人設計圖Fig.1 The design of an intelligent monitoring robot for abnormal behaviors of rail transit crowds

3.2 應用方式

3.2.1 安裝運行方式

使用連接柱將導軌固定在天花板上,使機器人可以穩定的在導軌上移動。導軌將機器人行走機構包裹在內,使整個機器人懸吊起來,這樣既有利于行走機構的運行保護,也可使行走機構沿著導軌運行實現前后移動。行走機構左右兩側各設置有2個行走輪,可以防止行走機構在行走運行時摩擦左右側壁,也使行走機構能夠穩固有效地在導軌中行駛,同時還能保障伸縮桿位于凹槽中間,避免碰撞摩擦槽口側壁。

3.2.2 巡檢監控方式

行走機構連接著主控裝置,主控裝置連接著電動云臺,電動云臺中安裝有雙目攝像機裝置(使用視頻攝像頭和紅外攝像頭)。通過機器人沿著導軌移動、伸縮桿上升下降、配合電動云臺旋轉,既拓寬了雙目攝像機的檢測范圍,又可以通過移動轉換角度,繞開人群或個體的遮擋干擾,使雙目攝像機在監控作業時更靈活、更全面。

3.2.3 充電方式

導軌連接柱設置有充電樁。行走機構與充電樁對應的側面上對應位置設置有充電貼,充電貼中心設置有通孔。行走機構內部安裝有可充電電池、電量監測裝置和激光測距裝置,其中激光測距裝置發出的激光對準通孔,可充電電池連接充電貼和電量檢測裝置,激光測距裝置、電量檢測裝置與主控裝置電源連接。激光測距裝置獲取行走機構到兩個充電樁的距離,主控裝置控制行走機構向距離近的充電樁移動,實現充電貼與充電樁對接充電。

3.2.4 數據采集方式

主控裝置內安裝有環境監測裝置和通信裝置。環境監測裝置包括煙霧、二氧化碳和溫濕度等傳感器,可以獲取煙霧數據、二氧化碳數值和溫濕度等環境監測數據。通信裝置可將采集的圖像信息和環境信息實時上報至服務平臺。通過環境監測裝置,結合雙目攝像機的圖像數據,可以在后臺服務器用于分析不同狀態環境下探測區域的異常行為發生情況。

3.3 與現有安防監控裝置比較分析

將本文設計與現有的固定式安防監控設備、電動云臺安防監控設備的比較分析如表1所示。

表1 與現有安防監控設備(機器人)的比較Tab.1 Comparison with existing security monitoring equipment (robots)

從表中對比可知,本文設計相比于現有安防監控設備(機器人)的設計在移動方式、監控范圍及抗遮擋干擾性等方面有較好改進。與傳統固定式或電動云臺安防監控設備相比,該設計更為靈活;與目前地面移動巡檢機器人相比,該設計更為穩定和可靠,巡查和監測方位效果更好,這主要得益于該設計可以沿著固定的軌道進行工作,從而工作環境和工作條件更為穩定可控。由此可見,該設計更有利于和適用于火車站、地鐵站、高鐵站、城軌站等人流密集的軌道交通場所使用。

4 結語

在軌道交通運營中,人群異常行為已成為影響乘客安全的重要因素,特別是在人群密集或人群擁擠的情況下。然而在軌道交通領域,現有安防監控設備由于存在監控盲區、難以克服人群或個體遮擋及干擾的影響,導致對異常行為的監控效果難以得到充分保障。本文設計通過引入導軌,將監控設備和機器人行走機構和主控裝置結合,可以實現監控裝置的穩定移動和監控角度的靈活變換調整,從而擴大了監視范圍和提高了抗遮擋干擾的能力。該設計可以用于替代現有安防監控設備,適用于火車站、地鐵站、高鐵站等軌道交通場所,為軌道交通巡檢監控作業提供一種新的技術方案,進而有助于提高對軌道交通人群異常行為的監測能力。