本發(fā)明涉及一種地鐵站內(nèi)客流預(yù)警系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于客流密度與閘機(jī)通行時(shí)間的地鐵客流預(yù)警系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

地鐵因其快捷準(zhǔn)時(shí)的特性越來越受到城市出行者的青睞，隨著地鐵線網(wǎng)布局的進(jìn)一步完善，地鐵在城市公共交通體系中的分擔(dān)率不斷提高，客流也進(jìn)一步加大。在帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也加劇了車站運(yùn)載的負(fù)荷，減緩了客流速度，造成站廳擁擠。不僅降低了服務(wù)水平，影響乘客出行感受，同時(shí)也帶來了安全隱患。因此，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握客流信息，了解運(yùn)行狀態(tài)，有針對(duì)性的對(duì)大客流進(jìn)行預(yù)警，能夠有效的改善車站環(huán)境，提高通行速度，緩解大客流帶來的運(yùn)輸壓力，保障出行安全。

地鐵客流預(yù)警是根據(jù)觀測(cè)到的情況和以往總結(jié)的規(guī)律，得到可能性的前兆，向相關(guān)部門發(fā)出緊急信號(hào)，報(bào)告危險(xiǎn)情況，避免在不知情或準(zhǔn)備不足的情況下發(fā)生危險(xiǎn)，從而最大程度的減低損失。地鐵客流預(yù)警主要包括對(duì)站廳服務(wù)設(shè)施進(jìn)行調(diào)查與分析，對(duì)車站內(nèi)的客流流動(dòng)情況進(jìn)行評(píng)估與預(yù)測(cè)，按影響程度和擁堵范圍做出分級(jí)警示并提前發(fā)布預(yù)報(bào)，核心是對(duì)疏散范圍內(nèi)的行人密度的進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)算。

目前地鐵客流預(yù)警通常以圖像信息采集為基礎(chǔ)，通過行人在空間移動(dòng)是否順暢進(jìn)行判斷是否需要預(yù)警，這種技術(shù)通常不考慮地鐵站內(nèi)行人疏散的時(shí)間問題，同時(shí)也沒有考慮行人移動(dòng)空間的差異性，簡(jiǎn)單的將閘機(jī)、電梯及其他空間等同處理，預(yù)警機(jī)制相對(duì)簡(jiǎn)單，不能滿足日益增長的地鐵客流需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)以上問題，本發(fā)明提出一種基于客流密度與閘機(jī)通行時(shí)間的地鐵客流預(yù)警系統(tǒng)及方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于客流密度與閘機(jī)通行時(shí)間的地鐵客流預(yù)警方法，包括以下步驟：

(1)采集和記錄攝像機(jī)拍攝區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)和單位時(shí)間內(nèi)的區(qū)域客流人數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到客流密度數(shù)據(jù)庫；

(2)通過視頻資料獲得單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)和離去的乘客數(shù)量，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到閘機(jī)通行時(shí)間數(shù)據(jù)庫；

(3)從客流密度數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取數(shù)據(jù)，計(jì)算區(qū)域客流密度；

(4)從閘機(jī)通行時(shí)間數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取數(shù)據(jù)，計(jì)算閘機(jī)平均通過時(shí)間和閘機(jī)處排隊(duì)乘客數(shù)；

(5)分析區(qū)域客流密度和閘機(jī)平均通過時(shí)間，若超過預(yù)警閾值，則進(jìn)行報(bào)警，給出處理措施，對(duì)地鐵內(nèi)客流狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整；

(6)重復(fù)上述過程，直到分析結(jié)果低于預(yù)警閾值。

步驟(1)中所述的環(huán)境數(shù)據(jù)為拍攝區(qū)域的面積；步驟(3)中區(qū)域客流密度的計(jì)算公式為：

D＝P/A

其中，D為區(qū)域客流密度，P為單位時(shí)間內(nèi)的區(qū)域客流人數(shù)，A為拍攝區(qū)域的面積。

步驟(4)中閘機(jī)平均通過時(shí)間的計(jì)算公式為：

閘機(jī)處排隊(duì)乘客數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，W_s為閘機(jī)平均通過時(shí)間，L_s為閘機(jī)處排隊(duì)乘客數(shù)，λ為單位時(shí)間內(nèi)單檢票機(jī)新到達(dá)乘客的數(shù)量，μ為單位時(shí)間內(nèi)單檢票機(jī)服務(wù)能力，ρ為閘機(jī)服務(wù)強(qiáng)度，數(shù)值為λ與μ的比值。

一種基于客流密度與閘機(jī)通行時(shí)間的地鐵客流預(yù)警系統(tǒng)，包括客流密度數(shù)據(jù)采集單元、閘機(jī)通過時(shí)間計(jì)算單元、客流密度動(dòng)態(tài)分析單元和預(yù)警措施反饋單元；客流密度數(shù)據(jù)采集單元，用于采集和記錄地鐵站內(nèi)某區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)和單位時(shí)間內(nèi)的區(qū)域客流人數(shù)；閘機(jī)通過時(shí)間計(jì)算單元，用于計(jì)算乘客通過閘機(jī)所需的必要時(shí)間；客流密度動(dòng)態(tài)分析單元，用于計(jì)算乘客離開地鐵站所需的時(shí)間；預(yù)警措施反饋單元，用于評(píng)價(jià)已實(shí)施的客流疏散方案，對(duì)疏散效率低的客流疏散方案進(jìn)行優(yōu)化。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分考慮地鐵客流在閘機(jī)處的疏散效率，并非簡(jiǎn)單考慮地鐵內(nèi)區(qū)域客流密度，將閘機(jī)處客流通過時(shí)間和客流等候人數(shù)也考慮在內(nèi)，地鐵區(qū)域客流預(yù)警機(jī)制更為準(zhǔn)確，在不改變地鐵運(yùn)營管理成本的情況下，可以極大地減緩鐵站內(nèi)客流擁堵現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的地鐵客流預(yù)警方法的工作流程示意圖；

圖2是本發(fā)明的預(yù)警狀態(tài)判別矩陣示意圖；

圖3是本發(fā)明的地鐵站廳設(shè)施平面布局示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明所述的基于客流密度與閘機(jī)通行時(shí)間的地鐵客流預(yù)警系統(tǒng)，包括客流密度數(shù)據(jù)采集單元、閘機(jī)通過時(shí)間計(jì)算單元、客流密度動(dòng)態(tài)分析單元和預(yù)警措施反饋單元。

客流密度數(shù)據(jù)采集單元，用于采集和記錄地鐵站內(nèi)行人在某區(qū)域內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)和物理運(yùn)動(dòng)特性數(shù)據(jù)；閘機(jī)通過時(shí)間計(jì)算單元，用于計(jì)算乘客通過閘機(jī)所需的必要時(shí)間；客流密度動(dòng)態(tài)分析單元，用于計(jì)算乘客離開地鐵站所需時(shí)間的時(shí)序變化；預(yù)警措施反饋單元，用于評(píng)價(jià)已實(shí)施的客流疏散方案，對(duì)不滿足疏散效率的客流疏散方案進(jìn)行優(yōu)化。

地鐵客流預(yù)警方法的工作流程示意圖如圖1所示，包括以下步驟：

(1)采集和記錄攝像機(jī)拍攝的區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)，采集不同時(shí)間點(diǎn)上的區(qū)域客流人數(shù)，并將采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到客流密度數(shù)據(jù)庫；

(2)通過視頻數(shù)據(jù)獲得單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)和離去的乘客數(shù)量，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到閘機(jī)通行時(shí)間數(shù)據(jù)庫；

(3)客流密度數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取客流人數(shù)數(shù)據(jù)，并計(jì)算區(qū)域客流密度；

(4)從閘機(jī)通行時(shí)間數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)和離去的乘客數(shù)量，并計(jì)算閘機(jī)平均通過時(shí)間和閘機(jī)處排隊(duì)的乘客數(shù)量；

(5)分析區(qū)域客流密度和閘機(jī)通行時(shí)間，若超過預(yù)警閾值，則進(jìn)行報(bào)警，提醒地鐵工作人員疏散客流，直到地鐵站內(nèi)客流密度動(dòng)態(tài)分析單元中客流密度數(shù)值分析結(jié)果離開預(yù)警區(qū)域。

預(yù)警狀態(tài)判別矩陣如圖2所示，即在高客流密度、長閘機(jī)通過時(shí)間狀態(tài)下需進(jìn)行客流預(yù)警處理，具體預(yù)警閾值需通過各地鐵站點(diǎn)長期運(yùn)營數(shù)據(jù)確定。

步驟(1)中，根據(jù)每個(gè)攝像機(jī)的拍攝位置，采集和記錄該攝像機(jī)拍攝區(qū)域內(nèi)的交通環(huán)境數(shù)據(jù)和行人物理運(yùn)動(dòng)特性數(shù)據(jù)，需要記錄的數(shù)據(jù)有攝像機(jī)拍攝區(qū)域的面積A(m²)，和乘客人數(shù)P(人)，從而計(jì)算客流密度D(人/m²)，如式1所示。

D＝P/A 1

步驟(2)中，根據(jù)乘客刷卡數(shù)據(jù)，獲取單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)和離去乘客數(shù)量，從而計(jì)算得到閘機(jī)服務(wù)強(qiáng)度，依照式2和式3計(jì)算得到閘機(jī)平均通過時(shí)間W_s(s)和閘機(jī)處排隊(duì)乘客數(shù)L_s(人)。

其中，λ為單位時(shí)間內(nèi)單檢票機(jī)新到達(dá)乘客的數(shù)量，μ為單位時(shí)間內(nèi)單檢票機(jī)服務(wù)能力，ρ為閘機(jī)服務(wù)強(qiáng)度，數(shù)值為λ與μ的比值。

利用客流密度數(shù)據(jù)采集單元中的客流密度數(shù)據(jù)，結(jié)合閘機(jī)通過時(shí)間計(jì)算單元中乘客疏散能力，定量化分析地鐵站內(nèi)各時(shí)刻客流密度，并將實(shí)時(shí)的客流密度數(shù)值輸入到預(yù)警措施反饋單元，接收客流密度動(dòng)態(tài)分析單元中客流密度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)置預(yù)警機(jī)制進(jìn)行判斷，若數(shù)值分析結(jié)果已進(jìn)入預(yù)警區(qū)域，則按不同情況給出合適的反饋措施，對(duì)地鐵內(nèi)客流狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)上述過程，直到數(shù)值分析結(jié)果離開預(yù)警區(qū)域。

利用圖像識(shí)別技術(shù)得到地鐵區(qū)域內(nèi)客流密度，根據(jù)排隊(duì)論理論，以閘機(jī)服務(wù)強(qiáng)度作為反饋，分析地鐵客流疏散效率，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)得到更為準(zhǔn)確的地鐵站內(nèi)客流密度。由于圖像識(shí)別技術(shù)和閘機(jī)服務(wù)強(qiáng)度具有一定的時(shí)差，所用的采集設(shè)備也有一定的誤差，運(yùn)用上述方法得到的客流密度會(huì)具有一定偏差，因此要根據(jù)實(shí)施效果進(jìn)行反饋計(jì)算，從而獲得滿足地鐵運(yùn)營管理需要的客流預(yù)警機(jī)制。

下面結(jié)合圖3和具體案例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖3所示是典型城市軌道交通車站站廳設(shè)施平面布局示意圖，單側(cè)通道式布局，包含兩組進(jìn)站閘機(jī)和兩組出站閘機(jī)。

(1)采集和記錄行人流信息數(shù)據(jù)

采集客流密度數(shù)據(jù)和閘機(jī)通行時(shí)間兩大模塊的核心數(shù)據(jù)，一般攝像機(jī)采集面積為20m²的矩形區(qū)域，按信號(hào)周期長度采集行人流信息數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在歷史事故數(shù)據(jù)記錄單元中，如表1所示，記錄15分鐘內(nèi)客流數(shù)據(jù)。

表1

本預(yù)警系統(tǒng)主要針對(duì)地鐵站內(nèi)乘客出站疏散預(yù)警，按目前地鐵站內(nèi)行人流線分離的實(shí)際情況，僅采集和存儲(chǔ)出站乘客的客流數(shù)據(jù)。攝像機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)記錄對(duì)象分為A型、B型；其中，A型錄像機(jī)用于記錄站廳層出站閘機(jī)區(qū)域的客流數(shù)據(jù)；B型錄像機(jī)用于記錄樓梯和自動(dòng)扶梯區(qū)域的客流數(shù)據(jù)，記錄站廳層中的樓樓扶梯區(qū)域以及站臺(tái)和站廳的連接性樓樓扶梯區(qū)域。

(2)監(jiān)控和計(jì)算區(qū)域客流密度及閘機(jī)通行時(shí)間

地鐵客流伴隨地鐵列車進(jìn)出站具有瞬時(shí)性和爆發(fā)性特征，因此客流出站疏散是否達(dá)到預(yù)警級(jí)別不能依據(jù)短時(shí)間的客流數(shù)據(jù)計(jì)算判別，可以設(shè)定判別統(tǒng)計(jì)時(shí)長為15分鐘，即將客流數(shù)據(jù)庫中15分鐘數(shù)據(jù)作為判別基數(shù)。根據(jù)客流特征和預(yù)警疏散的實(shí)時(shí)調(diào)控要求，地鐵站可對(duì)該統(tǒng)計(jì)時(shí)長進(jìn)行調(diào)整。

監(jiān)控統(tǒng)計(jì)時(shí)長內(nèi)的區(qū)域客流密度，攝像監(jiān)控區(qū)域平均客流人數(shù)B₁為67人，B₂為51人，則B₁區(qū)域的客流密度為D＝P/A＝67/20＝3.35人/m²，B₂區(qū)域的客流密度為D＝P/A＝51/20＝2.55人/m²。

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157-20139.3.14)，各類型檢票機(jī)最大通過能力在1200～1800人/閘機(jī)·小時(shí)，計(jì)算閘機(jī)組服務(wù)能力時(shí)，取單檢票機(jī)平均通過時(shí)間為2.5s/人，則通過能力為1440人/閘機(jī)·小時(shí)。計(jì)算統(tǒng)計(jì)時(shí)長內(nèi)的閘機(jī)通行時(shí)間，A₁、A₂監(jiān)控區(qū)域閘機(jī)組每組均開設(shè)4組閘機(jī)，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和公式1-3，兩區(qū)域閘機(jī)通行時(shí)間計(jì)算如表2所示。

表2

(3)客流密度動(dòng)態(tài)分析

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157-2013)，站臺(tái)通道客流密度上限為0.33m²/人，即3人/m²，以此作為高密度客流判斷的標(biāo)準(zhǔn)。以此判斷，B₁區(qū)域客流處于高密度，B₂區(qū)域客流不處于高密度。

閘機(jī)通行時(shí)間判別根據(jù)實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，一般以歷史數(shù)據(jù)中出現(xiàn)客流擁堵需疏散時(shí)的狀態(tài)作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。A₁區(qū)域閘機(jī)組服務(wù)強(qiáng)度達(dá)到0.90，平均通過時(shí)間為13.75s，平均排隊(duì)人數(shù)為4.95人；A₂區(qū)域閘機(jī)組服務(wù)強(qiáng)度達(dá)到0.75，平均通過時(shí)間為6.25s，平均排隊(duì)人數(shù)為1.88人。以10s閘機(jī)平均通過時(shí)間作為長閘機(jī)通過時(shí)間判別標(biāo)準(zhǔn)，由此A₁區(qū)域閘機(jī)進(jìn)入長閘機(jī)通過時(shí)間范圍，而A₂區(qū)域閘機(jī)則不在此范圍。

(4)預(yù)警狀態(tài)判別

根據(jù)客流密度動(dòng)態(tài)分析，得出A₁區(qū)域處于高密度客流、長閘機(jī)通過時(shí)間狀態(tài)，進(jìn)入客流疏散預(yù)警區(qū)域，需采取相應(yīng)措施；A₂區(qū)域則處于高密度客流、一般閘機(jī)通過時(shí)間，未進(jìn)入客流疏散預(yù)警區(qū)域，暫可不采取應(yīng)對(duì)措施。

(5)處理措施與反饋

在客流預(yù)警狀態(tài)下，車站行車值班員應(yīng)實(shí)時(shí)向運(yùn)營控制中心匯報(bào)車站的實(shí)際擁擠情況，運(yùn)營控制中心值班調(diào)度員聯(lián)系車廠調(diào)度員和在線列車司機(jī)，調(diào)整列車速度，控制到站時(shí)間，優(yōu)化列車調(diào)度。同時(shí)結(jié)合車站布局，加強(qiáng)徘徊乘客道路指引信息服務(wù)，調(diào)整進(jìn)出閘機(jī)比例等。

具體處理措施根據(jù)各地鐵應(yīng)急規(guī)范與手冊(cè)有所不同，在此案例中，A₁區(qū)域由于閘機(jī)組處于高負(fù)荷服務(wù)狀態(tài)，因此增設(shè)閘機(jī)數(shù)量可有效降低閘機(jī)通過時(shí)間和排隊(duì)人數(shù)?？煽紤]將現(xiàn)有A₁區(qū)域的4個(gè)出站閘機(jī)增設(shè)為5個(gè)出站閘機(jī)。根據(jù)改進(jìn)措施實(shí)施效果計(jì)算如表3所示，閘機(jī)通過時(shí)間降至5.8s，平均排隊(duì)人數(shù)降至1.68人，離開了客流預(yù)警區(qū)域。

表3