一種車載乘客計數系統

位凱樂

（北京奧特維科技有限公司，北京 100015）

0 引 言

近年來，由于經濟建設快速發展，人們的出行需求快速增長，對交通運輸能力提出了嚴重的挑戰。城市迫切需要大力發展軌道交通，以利于人們出行。隨著軌道交通線網網絡化、運營調度智能化需求的提出，乘客計數系統已經成為地鐵車輛的標準系統。乘客計數系統的建設從服務于軌道交通運營管理出發，以提升管理水平、深化行業應用為目的，與相關管理系統對接，實現管理的精細化與數據化。

對于軌道交通運營公司來說，合理地制定列車運行時間表是最重要、最復雜的任務之一，這依賴于對每一個車門處上下車人數的準確統計。但是在軌道交通領域，對乘客流量的監測和管理一直是一個難題。在科技迅速發展的今天，各行各業都開始挖掘數據的價值。對于交通行業而言，客流數據有著重要的意義。交通行業是為乘客出行服務的，客流是交通行業產生效益的直接主要來源。利用客流數據可以獲取到每個時段、每條線路、每個站點的客流量，進而可以依據客流規律，合理地安排調度配車數量、制定車輛發車計劃，最大限度地發揮列車運力，同時為提升公共安全管理水平提供信息化手段[1]。

1 方案介紹

乘客計數系統通過安裝在門區上方和貫通道上方的紅外裝置實現對上下旅客的點查功能。本系統的乘客計數器采用紅外傳感器，其核心技術為紅外原理、TOF測量技術以及3D視角。系統利用紅外原理結合飛行時間（Time of Flight，TOF）技術，快速、精確捕捉人在三維空間的影像，從而精確識別出來。客流統計系統設備實時監測上下車人員數量，系統軟件與列車車載系統對接，實現時間、車站等信息的聯動。客流統計系統設備自動完成數據采集和相應站點的上下車客流人數統計，并把客流數據通過以太網傳輸到車載服務器，通過車載服務器進行數據處理后，通過接口傳遞給相應的多條線路控制中心（Operating Control Center，OCC）、SCC、線網指揮中心（Traffic Control Center，TCC）等，相關人員通過PC或移動終端可以隨時查閱相關線路、各車廂車輛的客流量信息[2]。

系統采用了目前最先進的圖像識別與計算機技術，客流人數統計精度達到了國內外領先水平，從而有效解決了交通行業的客流計數難題。乘客計數系統主要包含前端設備、平臺系統、軟件算法以及地面平臺設備。前端設備主要有車載乘客計數控制器和車載乘客計數傳感器，平臺系統進行數據統計、匯總、分析，并提供標準接口；軟件算法采用智能視頻分析算法，進行實時監測與分析；地面服務器設備用來統計統計、分析本線路所有車輛的實時人流數量。

1.1 系統架構

系統整體架構如圖1所示。系統在列車車門及貫通道上方安裝乘客計數傳感器，列車頭尾端部署可冗余的乘客計數主機，每節車廂部署小型交換機。各乘客計數傳感器通過以太網總線將計數數據實時發送至乘客計數主機，完成本車各車門及各車廂人數統計，乘客計數主機通過3G/4G/5G或車地通信專網將數據實時上傳至運營控制中心的地面服務器，生成相關統計數據后，再傳輸給路網大數據分析平臺[3]。

圖1 系統結構圖

1.2 車載設備說明

車載設備主要包括安裝于列車車門和車內貫通道門的乘客計數傳感器、部署于車內司機室的車載乘客計數主機以及車載交換機設備。系統局部拓撲如圖2所示。

圖2 系統局部拓撲圖

以地鐵B型車輛為例。B型車為6編組車輛，由2節MC車（帶司機室動力車廂）、2節MP（動力車廂）、2個M車（非動力拖車）組成。車乘客計數器安裝于每車每個門區正上方活門底部蓋板上以及二位端端墻內（M2車除外），每車廂共9臺計數器（M2車為8個）；在車頭車尾各放置一臺控制器，實現冗余功能；每節車廂配備一臺POE交換機，組成車輛局域網；地面運營中心部署地面服務器一臺，用于顯示計數結果等。配置及安裝位置示意如表1所示。

表1 車載設備配置表

1.3 功能說明

乘客人數點查系統通過安裝在門區上方和貫通道上方的紅外裝置實現對上下旅客的點查功能。安裝在門區上方和貫通道上方的紅外自動計數終端通過影像分析來識別乘客數量，經計算分析后給出數據結果，并能夠通過車地無線通信系統傳輸至運營控制中心（OCC/SCC/TCC）。自動乘客計數系統的準確率要求達到95%以上。

1.4 乘客計數終端

乘客計數終端是一款基于ToF技術的網絡攝像機，集成了智能編碼壓縮、網絡傳輸及智能檢測等多種功能的數字監控產品。產品外形如圖3所示。終端采用嵌入式操作系統和高性能硬件處理平臺，具有較高穩定性和可靠性。乘客計數終端基于以太網控制，支持TCP/IP、DHCP、RTSP 等多種網絡通信協議，支持ONVIF等開放互聯協議。用戶可以通過瀏覽器對終端設備進行配置，實現遠距離傳輸和實時視頻瀏覽。

圖3 乘客計數終端外形

1.4.1 尺寸及安裝方式

本方案采用頂部螺絲安裝方式，在車門內側頂端和貫通道內側頂端安裝部署相關設備。結構安裝尺寸如圖4所示。

圖4 結構安裝圖紙

1.4.2 供 電

設備布線采用隱蔽式的布線方案，通過車廂側邊的中空部分進行布線。前端攝像機采用航空插頭設計，具體供電應用取決于現場實際情況。設備支持有源以太網（Power Over Ethernet，POE）供電，也支持12～24 V的直流供電。

1.4.3 計數終端功能

計數終端實時采集3D圖像，如圖5測試效果圖所示，用顏色標識距離信息，距離越近時的圖像顏色發紅。采集到圖像后，終端進行AI圖像處理，識別人、物等信息，結合車輛系統信息完成整列車的人員統計功能，具體按照如下步驟進行。

圖5 測試效果圖

（1）計數開始、停止判斷。計數功能并不是一直開啟的，而是根據列車車門、零速狀態、設備主機發送的設定來啟動。

（2）傳感器控制。控制傳感器的啟動/停止、參數配置以及數據讀取。

（3）人員識別算法。在視場范圍內，終端能區分人員、行李箱、嬰兒車等不同對象，用于提高計算精度。

（4）人員跟蹤算法。人員進入視場范圍內，終端可識別出人員，并跟蹤人員在視場內的行動軌跡。

（5）人員計數判斷。判斷人員是否已經進入或者出去。

（6）計數方向識別。設置和判斷人員進出方向。

（7）計數值累加。對人員進出數值進行累加。

1.5 車載計數主機功能

車載計數主機主要完成全車計數終端的數據統計工作，并將結果上傳到車輛其他系統。計數主機可配置大容量硬盤，可以保存計數終端的視頻數據，通過記錄視頻數據不斷地訓練AI識別算法，提高統計的準確率。車載計數主機實物如圖6所示，設備技術參數如表2所示。

表2 車載計數主機技術參數

圖6 車載計數主機示意圖

車載計數主機的工作流程如下：

（1）根據列車零速信號、開關門信號完成操作車內計數傳感器的啟停控制功能，確保各車門或貫通道人流計數的準確性；

（2）統一運算整列車、各車廂、各車門的乘客上下車數據，運算完畢后，統一通過公網鏈路或WLAN車地通信系統將數據與地面人流計數系統對接，完成人流大數據的云端上傳；

（3）實時診斷各傳感器運行狀態，并通過日志記錄各傳感器的運行狀態、計數狀態，出現故障后第一時間通過人機接口通知運營人員；

（4）計數主機具備本列車載客數據的歷史統計功能，可完成人流周報統計、月報統計功能，通過3G/4G/5G或WLAN車地通信系統將統計數據上傳地面服務器。

1.6 地面服務器功能

地面服務器僅需配置一套即可滿足要求，系統功能如下：

（1）實時接收、匯總、分析、計算所有在線車輛的原始客流數據，整合為有效信息，如整車客流數、單節車廂客流數、各站臺上下車客流數等，并進行結構化存儲；

（2）實時將客流數據轉發至地面乘客信息系統（Passenger Information System，PIS）服務器，用于站臺內客流個性化顯示，實時將數據轉發至車載PIS系統，用于車載客流個性化顯示；

（3）實時將客流數據上傳至控制中心客流數據服務器，系統可以按照列車、站臺、車廂等多維度客流數據統計，完成市內軌道交通客流大數據分析[4]。

2 系統優勢

基于性能強大的各種終端設備和先進的技術集成，本系統具有多種優勢，具體如下。

（1）高精確度。TOF測量技術是基于測量投射的光源信號發射與接收之間的時間差，計算出景深或距離的一種景深計算方法[5]。乘客計數器用紅外原理結合TOF技術，通過3D視角來捕捉人在門附近的三維輪廓，可以保證極高的檢測精度，統計準確率達95%以上。

（2）雙向客流。系統可同時分辨進入及離開的客流量。

（3）覆蓋范圍寬。攝像機的張角超過120°，可保證在1.9～2 m高的安裝高度情況下覆蓋整個車門。

（4）抗干擾能力強。系統能有效區分乘客行李、物體的影子及背包等因素的影響。

（5）前端采用嵌入式設備，故障率低，可免受病毒侵擾。

（6）低運營成本，硬件設備高度集成，功耗低，省電、省空間，維護便捷。

（7）系統可與廣播系統融合設計，可將服務器功能集成到廣播主機，進而降低材料成本。

3 結 語

本系統能夠準確統計上下車乘客數量并據此實現列車智能高效調度，對軌道交通運營商來說，是一個具有吸引力的解決方案。如果所有列車都部署計數傳感器，系統可實現所有運營線路的人流量數據透明化，實現客流統計、乘客疏導及運營調度決策，從而輔助確定未來線路開發決策，進一步完善城市軌道交通規劃。同時，運營商可建設運營服務平臺（手機App或微信公眾號），向市民發布擁擠度信息，引導乘客規劃出行計劃。本系統提供基礎數據，用戶通過路線圖的方式可直觀地查詢當前市內的線路擁擠度情況，實現人流大數據分析，使城市實現智慧交通目標。