智能视频分析技术在城市轨道交通中的应用研究

何 帆

（厦门路桥信息股份有限公司，福建厦门 361000）

轨道交通是现代城市的主要部分，随着轨道路线不断增多，工作人员已经无法保证监督管理的落实效果，轨道交通开始频繁出现各种安全事故，不利于城市交通的持续发展。智能视频分析是一种基于智能技术的分析技术，将其应用于城市轨道交通中，可以帮助工作人员掌握每条线路的交通状况，自行分析线路运营状况。

1 智能视频分析技术的综合概述

1.1 基础概念

智能视频分析技术通过智能识别系统分析视频信息得到警告或预警信息，通过智能视频数据分析与图像识别高速运动信息图像（高速运动物体轨迹、相对对象位置高度变化、形状角度大小等运动内容）。控制元素与用户行为控制规则存在较大偏差时，系统及时发送告警。铁路智能视频数据分析与监控技术已广泛应用于北京航空信息中心、青藏铁路等国内大型铁路工程项目。此监控技术能够自动分析视频，提取并输出其需要的视频信息，采取各种替代人为的自动监控或协作人为的自动监控等措施。

1.2 应用原理

智能视频分析技术可以建立与引起人们或人们活动相关的视频模型，根据相关模型利用计算机的高速视频计算分析功能，排除场景环境中的非法对正常活动造成干扰的因素，在监视器的图像中判别每个人类身体活动的轨迹，采集的监视图像清晰、易于辨别，能够对建筑物及其环境的异常状况进行判断。

智能视频分析技术主要包括两种技术类型，分别为当前背景图像减去删除法和图像时间差分法，分析方法可以时效地应用当前的背景图像及其他背景减除图像文件进行时间差分图像处理，达到图像运动图及区域图像检测等的功能。此监测方式能够实时提供较为完整的人体运动监测目标分析数据，具有较强的精确度与运动灵敏度。

2 智能视频分析技术在城市轨道交通中的典型应用

2.1 流量统计

车厢、月台、人行通道以及铁路交通中的各种交通空间每天有大量的乘客进出，交通挤塞程度会直接影响车站交通网络管理的正常运作。传统的流量统计由统计闸机清分数据进行统计，轨道交通存在线路换乘时，闸机清分数据无法统计这部分客流情况。应建立全面、实时的当前状态站网络管理系统，使轨道交通车站运营网络状态的数据发布更客观、科学，视频分析有助于提高客流分析的精准度。

2.2 边界管理

轨道交通活动系统庞大而复杂，除了为普通旅客提供自由移动的特殊空间和活动区域外，也存在一些出于安全考虑对普通旅客关闭、随时应对各种异常情况敏感的特殊空间或活动区域。针对这一应用需求，可以利用移动智能视频自动分析技术，实现安全目标区域的实时自动检测，可以对已进入指定安全区域的移动目标进行跟踪和自动分类，并发出报警。在指定人员可进入的特定区域中，通过视频技术对人员及其行为进行安全监管及判定，特定区域包括地铁轨行区、变电站、周围的高架桥梁结构、独立的公共设施（通风口、通信基础设施、办公行政大楼、风井、车库）等。

2.3 行为分析

地铁乘客及进入地铁的人员应受到公共行为安全准则的约束，遵守地铁乘车规定，爱护公共设施设备，不拥挤、不吵闹。通过视频分析技术对乘客行为进行监控与分析，及时发现乘客异常状况，发生吵闹推搡、随意翻越障碍物、破坏公共财物时，及时发出警告。视频分析可以对乘梯人员的姿态进行分析，人员发生姿态扭曲符合摔倒行为时，向乘务员发出警报。

2.4 质量诊断

随着我国城市轨道网络交通系统网络化工程建设和交通运营的不断深入推进，轨道交通内视频图像监控网络系统的专用摄像机设备数量不断扩大增加，给系统设施维护者及工作人员带来巨大的技术挑战。在正常的图像监控中，某些硬件监控设备出现问题会导致监控图像信息丢失。

视频信号质量问题诊断仪的功能主要是对一个前端视频设备的码流图像进行视频解码并对图像传输质量进行评估，实现对前端视频信号中可能存在的质量问题数据的准确判断和实时报警。实时轮询系统工作时，如果用户发现相关设备工作异常，如图像分辨率异常、亮度异常、局部色彩、噪声干扰、数据信号丢失、图像内容冻结等，系统会及时提供警告提示信息和事件通知，使系统工作人员能够及时、快速、准确排除相关系统安全问题或安全系统问题，有效预防因系统图像显示质量出现问题，避免经济损失。

2.5 视频巡站

城市轨道是市民重要的出行工具，地铁运营公司在保障公众出行方面具有不可替代的保障责任。日常车站巡检不同部门时，有明确分工，维保部门开展对车站设施设备的巡查检查，站务、乘务部门进行车站秩序维护的巡站活动。

人工检查巡站存在错班时间差，无法实时覆盖全部巡查区域的问题。监控基本实现车站内所有区域的视频覆盖，通过监控视频辅助车站巡查，结合视频分析技术对站域内的视频资源进行结构化解析，可以实现对车站内异常情况的捕捉、辨别和预警。

3 智能视频分析技术在城市轨道交通中的应用要点

3.1 确定系统结构

在我国城市轨道网络交通监控管理系统的网络结构中,最常见的网络结构设计方式为三级系统联网网络模式。

（1）一级联网模式中，城市轨道的每个车站需要设置一个网络运行控制器和一个监控管理系统，组成一个监控管理子系统，子系统可以直接对整个车站核心区域内的监控摄像机及矩阵监控设备进行有效监控。

（2）二级监控模式中，基于城市轨道网络交通系统中的地铁监控管理设备可以起到一定的综合管理监控效果，该设备的有效监控管理功能能够有效实现对城市地铁网络信息系统的有效通信监控。与一级监控模式相比，二级监控模式合理地通过一级监控模式设备中的地铁摄像机和矩阵机的管理，实现对地铁数据的有效采集管理，达到能够有效实现地铁对联网的有效控制能力。

（3）三级网络联网管理模式中，针对城市轨道运输交通进行监控分析系统管理时，应分别采取监控分析过程管理及监控中心综合监控两种管理模式综合进行分析管理。

3.2 树立基础框架

前景检测模块的算法流程为分离背景图像中变化较大的图像特征区域，分离过程也可以称为前景检测聚类分离。

运动目标跟踪检测技术模块的跟踪算法处理规则为在创建视频跟踪序列的过程中，对前景检测簇的跟踪状态进行有效分析，提取并获得高度稳定且规律的跟踪运动轨迹目标。

跟踪目标运动跟踪技术模块的历史算法的处理过程规则为分析运动目标跟踪的历史运动信息记录，对运动目标跟踪可能会同时出现的目标位置有效进行预测，自动搜索能预测目标位置附近的有效运动跟踪目标。

有效目标跟踪分类处理模块的跟踪算法处理流程规则为自动根据目标特征跟踪值自动实现有效目标分类，包括设定运动跟踪目标的轨迹尺寸、轮廓等，应用的技术是目标分类处理算法。

运动轨迹跟踪分析处理模块的轨迹算法处理流程规则为分析运动跟踪目标的实际运动跟踪轨迹，平滑跟踪运动目标轨迹、修正跟踪运动目标轨迹的速度误差，使运动轨迹跟踪目标的实际跟踪运动相一致。

逻辑事件报警检测处理模块的事件分类处理算法为通过逻辑分析比较跟踪目标运动信息与系统设定的事件报警处理规则，判断并提取跟踪目标信息是否已经达到设定报警规则要求。

3.3 构建数据库

摄像机系统可以实现人脸捕捉、抓牌、识别以及报警，接入当地公安系统后，系统能够进行系统黑白名单管理，发现黑名单人员时直接报警。系统在特定地点或重点建设公共场所的重要公共位置，进行抓拍人脸图像实时比对，实时抓拍布控人员和脸的图像实时度和相识度达到布控系统预先设定自动实时报警阀的最高阈值时，系统自动实时报警系统可以通过网络视频或者声音等多种传播方式对抓拍人脸进行实时自动预警，提醒现场交通监控者和交通管理人员。监控信息系统管理操作人员可以根据双击拖动监控报警器按键的监控信息，自动实时查看监控抓拍到的视频原图和监控录像，进行实时全程跟踪检查核实。

3.4 大数据应用

视频分析AI模型实现基础图像分析要素的训练后，需要不断学习和进化，城市轨道大数据应用能够有效支持进化系统。城市轨道大数据从轨道建设、运营等各个阶段，不断采集汇总设施设备基础状态、故障状态、车站正常客流、高峰客流、低峰客流等数据以及踩踏、火灾、设备状态预警、安检预警、冲突等异常状态数据。城市轨道运营期不断更新迭代，丰富AI训练内容，可以实现智慧视频分析的进化，完善智慧视频分析的运营辅助工具性。为了支撑大数据的信息储备、维持城市轨道的经营，管理单位应统一规划大数据底层的应用端，铺设专业系统和硬件支撑层，不建议无基础信息化支持的城市轨道开展智慧视频分析系统建设。

4 结语

现代城市的轨道建设越发复杂，某一环节管理力度不足会增加城市轨道交通的安全事故概率。相关部门必须重视智能视频分析技术的应用，掌握其中流量统计、边界管理、行为分析以及质量诊断等技术，并在实际应用中注意确定系统结构、树立基础框架以及构建数据库等应用要点，根本解决城市轨道交通存在的问题。