王海

根據(jù)《新時代軌道交通創(chuàng)新與發(fā)展》白皮書的戰(zhàn)略綱要精神，選取廣州地鐵廣州塔站作為試點，開展“智慧地鐵”示范工程改造。其中基于智能分析的視頻監(jiān)控起著舉足輕重的作用，可實現(xiàn)人臉識別、客流分析、異常行為檢測、人員密度統(tǒng)計、熱成像溫度感應(yīng)等功能。為此，針對不同類型攝像機（分辨率為200萬像素及以上），對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，調(diào)整安裝位置及拍攝角度，找出最優(yōu)的拍攝效果。

1 人臉抓拍攝像機

廣州塔車站共安裝17臺人臉抓拍攝像機，后端服務(wù)器實時分析抓拍的人臉圖片，并將布控告警消息在平臺上展示，實現(xiàn)以圖搜圖、人臉比對、重點人員布控等功能。

現(xiàn)場使用攝像機實測有效抓拍寬度為5.2 m，可抓拍距離為5～12 m，根據(jù)設(shè)備特性及乘客行為分析，布控測試數(shù)據(jù)及分析如下。

1.1 地鐵車站入口

地鐵車站入口樓梯處為地鐵站內(nèi)與站外的分割線，需要部署人臉識別攝像機，來監(jiān)控并追蹤地鐵站范圍內(nèi)的人員情況。將攝像機安裝在進(jìn)站樓梯上、下端，其人臉識別測試數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 進(jìn)站樓梯上下端的人臉識別測試數(shù)據(jù)對比

分析進(jìn)站人員在下樓梯時普遍會低頭看臺階，當(dāng)進(jìn)站人員踏到最后一級臺階時，會習(xí)慣性抬頭看前方，此時抓拍效果最佳，抓拍成功率可提升20%以上，有效抓拍成功率達(dá)到95%以上，因此抓拍攝像機應(yīng)安裝在入口樓梯下端。

1.2 地鐵站出入閘機

地鐵站出入閘機是付費區(qū)與非付費區(qū)的分割線，部署人臉識別能有效監(jiān)控出入付費區(qū)的人員情況。閘機前后的人臉識別測試數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 閘機前后的人臉識別抓拍測試數(shù)據(jù)對比

由于乘客在進(jìn)入閘機時均需要刷卡或手機掃碼，一般是低頭查看刷卡及掃描設(shè)備，此時較難捕捉人臉。當(dāng)通過閘機后，乘客普遍會抬頭張望或正視前方，此時抓拍成功率提升30%～40%，因此建議選擇乘客通過閘機后捕捉人臉信息。

1.3 站內(nèi)人流方向

地鐵站內(nèi)人流均有一定方向性，人臉識別攝像機應(yīng)盡量設(shè)置于人員流向的正前方為最佳［1］。為了避免人流前后通過時，后方人臉被前方人員遮擋，安裝攝像機時，需要一定的俯視角度［2］，如圖1所示。

圖1 人臉識別攝像機安裝位置示意圖

一般攝像機的安裝高度為5.2 m，拍攝距離D的范圍為5～12 m，可覆蓋不同高度的人群，在不同俯視角度α抓拍人臉。不同俯視角度的人臉抓拍測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同俯視角度的人臉抓拍測試數(shù)據(jù)對比

經(jīng)過測試比對，攝像機的安裝以垂直方向、俯視角度15°±5°為宜。

2 扶梯行為攝像機

廣州塔車站共安裝13臺扶梯行為攝像機，通過后臺算法進(jìn)行乘客異常行為實時監(jiān)控，并自動推送告警至物聯(lián)網(wǎng)終端。

2.1 扶梯上下方

扶梯異常行為分析算法，采用人體骨架序列進(jìn)行計算［3］，主要通過人體頭部及四肢的動作，判斷人員行為情況，因此需要攝像機拍攝到人體特征全貌［4］。扶梯上下方的異常行為分析測試數(shù)據(jù)對比見表4。

表4 扶梯上下方的異常行為分析測試數(shù)據(jù)對比

經(jīng)過實踐分析，由于攝像機在扶梯上方朝下拍攝時，存在上方人員遮擋下方人員的情況，攝像機無法拍攝到下方人員四肢，造成算法識別誤差率較高；而攝像機在扶梯下方拍攝時，識別精度可提升10%以上，因此建議在扶梯下方安裝異常行為分析攝像機。

2.2 安裝位置

扶梯異常行為分析攝像機的安裝位置見圖2。顯然其安裝距離和高度的不同會直接影響分析的精確度。攝像機距離扶梯太近、太低，都容易導(dǎo)致分析范圍小，無法識別人體行為；攝像機距離扶梯太遠(yuǎn)、太高，又容易出現(xiàn)遮擋，且目標(biāo)尺寸太小也無法識別。經(jīng)大量測試，攝像機安裝高度與距扶梯口的距離最優(yōu)配比如表5所示，建議根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行安裝。

圖2 扶梯異常行為分析攝像機的安裝位置示意圖

表5 扶梯異常行為分析攝像機的高度H及與扶梯口距離S最優(yōu)配比

2.3 檢測區(qū)域

扶梯異常行為分析攝像機的自定義扶梯區(qū)域與檢測區(qū)域的設(shè)置，對分析情況影響較大。攝像機角度正對扶梯下方時，成像中扶梯成等腰三角形或等腰梯形，人體［5］在梯面至扶手帶范圍內(nèi)，有助于增強識別準(zhǔn)確性。經(jīng)現(xiàn)場大量測試，攝像機扶梯區(qū)域應(yīng)略寬于扶手帶區(qū)域，檢測區(qū)域應(yīng)略寬于梯面區(qū)域。扶梯異常行為分析攝像機最佳區(qū)域設(shè)置見圖3。

圖3 扶梯異常行為分析攝像機最佳區(qū)域設(shè)置示意圖

3 客流密度分析攝像機

廣州塔車站共安裝21臺客流密度分析攝像機，其中9臺安裝在站廳售票、安檢區(qū)，12臺分別安裝在3號線和APM線站臺，通過后臺算法實時統(tǒng)計售票、安檢、站臺區(qū)域人數(shù)，對人員密度進(jìn)行分析，并自動推送至物聯(lián)網(wǎng)終端，以熱力圖的方式呈現(xiàn)，便于車服人員用于實時檢測車站內(nèi)各區(qū)域人員聚集情況，更快、更精確地進(jìn)行客流控制及應(yīng)急響應(yīng)。

客流密度分析攝像機通過計算機視覺算法，對采集到的視頻圖像進(jìn)行處理。在人群密度較低時，采用計算量較小，但較準(zhǔn)確的像素數(shù)統(tǒng)計，并應(yīng)用時間軸的信息進(jìn)行背景生成；在人群密度較高時，應(yīng)用小波包分解來對人群圖像進(jìn)行多角度分析，然后提取小波包分解系數(shù)矩陣的計盒維數(shù)作為特征，送入分類器進(jìn)行分類，得到人群密度等級，達(dá)到對密集客流密度實時檢測的目的［6］。因此，當(dāng)拍攝區(qū)域人員密度較高、且人員流動性較緩時，數(shù)據(jù)的實際意義更大，也更具參考價值。建議該類攝像機部署在人員聚集且流動性較緩的區(qū)域，例如安檢排隊區(qū)、自助售票區(qū)、站臺區(qū)等。

客流密度分析攝像機的安裝高度、拍攝角度對密度分析算法影響較大，經(jīng)過多次測試，其安裝參考數(shù)據(jù)如表6所示。

4 客流統(tǒng)計攝像機

廣州塔車站共安裝12臺客流統(tǒng)計攝像機，通過前端硬件算法對進(jìn)出人數(shù)進(jìn)行點數(shù)，實時統(tǒng)計出入人數(shù)、換乘人數(shù)等，并在平臺上顯示，便于車服及調(diào)度人員對出入車站人員數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，根據(jù)客流數(shù)量啟動相關(guān)地應(yīng)急措施。

該類攝像機采用雙目立體視覺技術(shù)［7］，基于雙鏡頭的立體攝像，可獲取目標(biāo)的高度信息，結(jié)合智能跟蹤算法，分析行人的行為軌跡，從而精確計算出客流人數(shù)及行走方向；通過對計數(shù)區(qū)域進(jìn)行分塊處理，有效解決乘客徘徊等行為導(dǎo)致的重復(fù)計數(shù)。

該類攝像機一般設(shè)置在乘客進(jìn)出站的必經(jīng)之路，以免造成統(tǒng)計數(shù)值與實際數(shù)據(jù)的差異。攝像機采用基于人體結(jié)構(gòu)特征的算法進(jìn)行識別，主要辨認(rèn)頭肩特征，其安裝需有一定的俯視角度。經(jīng)大量測試，俯視角度40°～70°可保證前后人頭肩無遮擋的同時，頭肩特征完整，建議安裝在通道中間，避免左右人頭肩遮擋，客流統(tǒng)計攝像機安裝位置見圖4，其高度及與監(jiān)控距離最優(yōu)配比見表7。

表6 客流密度分析攝像機的安裝參考數(shù)據(jù)

圖4 客流統(tǒng)計攝像機安裝位置示意圖

表7 客流統(tǒng)計攝像機的高度與監(jiān)控距離最優(yōu)配比

5 溫度監(jiān)測攝像機

廣州塔車站共安裝8臺溫度監(jiān)測攝像機，可將物體發(fā)出的不可見紅外光轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像［8］，通過有顏色的圖片來顯示被測量物表面的溫度分布，根據(jù)溫度的微小差異找出溫度的異常點，從而對設(shè)備異常高溫起到及時識別、及時告警的作用，以便檢測到高溫情況啟動相關(guān)應(yīng)急措施。

決定溫度監(jiān)測攝像機測溫距離的最重要因素是鏡頭焦距，直接決定了目標(biāo)成像的大小。焦距越大，成像距離越遠(yuǎn)，視場角越小，即內(nèi)置的熱像儀可以看到的距離越遠(yuǎn)，但水平視角越小。若要測量一個物體的溫度，需要保證物體在熱像儀中有超過9個像素。以設(shè)備房最常見的安裝高度為例，溫度監(jiān)測攝像機不同焦距的最佳監(jiān)控距離配比見表8。建議根據(jù)現(xiàn)場安裝條件，來選擇攝像機焦距和安裝位置。

表8 溫度檢測攝像機不同焦距的最佳監(jiān)控距離配比

由于溫度監(jiān)測攝像機主要對紅外光進(jìn)行成像，對周邊環(huán)境因素的變化很敏感，因此部署時應(yīng)注意以下情況：①保持?jǐn)z像機安裝位置的平穩(wěn)，如出現(xiàn)抖動容易導(dǎo)致溫度虛高；②探測環(huán)境要單一，避免人員頻繁流動，因人員攜帶的高溫物品易造成誤報；③避開風(fēng)口位置安裝，風(fēng)速過大容易引起攝像機抖動，還會導(dǎo)致熱量散失，影響該類攝像機對設(shè)備的測量。

6 總結(jié)

在廣州塔“智慧地鐵”示范站建設(shè)中，應(yīng)用了上述5種智能攝像機，成功實現(xiàn)了人臉識別布控、乘客扶梯行為異常分析、人員密度監(jiān)控、客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計、實時溫度監(jiān)測等功能。每種攝像機均需根據(jù)其功能進(jìn)行最佳部署。該示范站的建設(shè)為即將大規(guī)模推廣智能化及信息化發(fā)展，積累了寶貴的經(jīng)驗。