摘要：高速鐵路客運(yùn)樞紐作為城市綜合交通網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)及客流集散地，每天有著大量的客流聚集，加強(qiáng)對視頻監(jiān)控采集點(diǎn)布設(shè)研究，對有效保障高速鐵路客運(yùn)樞紐的客流安全具有重要意義。闡述高速鐵路客運(yùn)樞紐視頻監(jiān)控采集點(diǎn)布設(shè)研究現(xiàn)狀，在傳統(tǒng)最大化覆蓋問題(MCLP)求解方法基礎(chǔ)上，從立體式布局和監(jiān)控強(qiáng)度方面進(jìn)行完善和補(bǔ)充，提出基于建筑輪廓、旅客流線和重點(diǎn)區(qū)域的三級布設(shè)流程和布設(shè)方案，以成都東站換乘層視頻監(jiān)控采集點(diǎn)布設(shè)為例進(jìn)行驗(yàn)證分析。結(jié)果表明，新布設(shè)方案在視頻監(jiān)控圖像方面體現(xiàn)出良好的完備性、實(shí)時性和連續(xù)性，同時更加經(jīng)濟(jì)合理。

　　關(guān)鍵詞：高速鐵路;客運(yùn)樞紐;視頻監(jiān)控;覆蓋優(yōu)化;成都東站;布設(shè)方案

　　0引言

　　高速鐵路客運(yùn)樞紐是多種客運(yùn)交通方式和大規(guī)模客流的集散場所，可供旅客乘降、換乘、娛樂、購物等，屬于高密度客流聚集地[1]，一旦人員過于密集，容易發(fā)生擁堵混亂，車站秩序失控，還可能誘發(fā)客流或公共安全事故，亟需加強(qiáng)高速鐵路客運(yùn)樞紐運(yùn)營的過程控制特別是安全監(jiān)控研究。

　　目前國內(nèi)外客運(yùn)樞紐普遍采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對客流的實(shí)時監(jiān)控及預(yù)警。在國內(nèi)，針對攝像頭采集點(diǎn)布設(shè)的理論研究相對較少，尚未形成一套科學(xué)系統(tǒng)的規(guī)范準(zhǔn)則。在國外，主要把視頻監(jiān)控采集點(diǎn)布設(shè)問題[2-3]當(dāng)做傳感器覆蓋優(yōu)化問題處理，即將監(jiān)控區(qū)域抽象成以攝像頭為中心的簡單多邊形，以此建立模型實(shí)現(xiàn)在滿足覆蓋約束條件情形下，建設(shè)成本最低。

　　Chakrabarty[4]將攝像頭采集點(diǎn)選址問題當(dāng)做IP問題采用整數(shù)規(guī)劃的方法處理;Murray[5]進(jìn)一步研究了攝像頭視域，引入了地球空間學(xué)科中視域可見性的概念;還有學(xué)者以MCLP問題[6]求解為思路進(jìn)行研究，采用多目標(biāo)優(yōu)化、模糊數(shù)學(xué)等方法[7]求解模型，但模型偏理想化，未充分考慮旅客站內(nèi)走行時不同區(qū)域集散強(qiáng)度不同;很少有學(xué)者在研究樞紐監(jiān)控布設(shè)時考慮監(jiān)控強(qiáng)度的不同，基本上都是簡單沿線固定距離布設(shè)，而所有區(qū)域采用同一監(jiān)控強(qiáng)度，有可能導(dǎo)致車站入站口監(jiān)控強(qiáng)度不夠，同時車站出站口又存在資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

　　視頻監(jiān)控圖像的采集點(diǎn)位于整個監(jiān)控系統(tǒng)的最底層，是后續(xù)獲取圖像進(jìn)行存儲和分析處理的基礎(chǔ)。因此，采集點(diǎn)布設(shè)的好壞不僅影響著監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)成本和采集圖像的質(zhì)量，而且還會影響到重點(diǎn)目標(biāo)監(jiān)控和預(yù)警等操作的精度。

　　由于現(xiàn)代鐵路客運(yùn)樞紐多采用立體式、通透式布局，為減少土地占用，實(shí)現(xiàn)空間利用集約化，站房每一層都較高，因而適合選作視頻采集點(diǎn)的位置受到限制。傳統(tǒng)方法是將空間二維化，求解坐標(biāo)要素，而實(shí)際中可能根本無法設(shè)置監(jiān)控采集點(diǎn)，缺乏可操作性。針對以上原因，在考慮鐵路客運(yùn)樞紐立體式空間布局的基礎(chǔ)上，兼顧對易擁堵區(qū)域的重點(diǎn)監(jiān)控，研究提出一種視頻監(jiān)控采集點(diǎn)三級布設(shè)方案。

　　1高速鐵路客運(yùn)樞紐視頻監(jiān)控布設(shè)現(xiàn)狀

　　高速鐵路客運(yùn)樞紐是交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，除了對外連接高速鐵路網(wǎng)絡(luò)，同時還銜接多種城市內(nèi)部交通運(yùn)輸方式，如城市軌道交通、公交、出租車、私家車等。高速鐵路客運(yùn)樞紐作為一個區(qū)域的集散中心，一旦客流大量集結(jié)，又沒有及時引導(dǎo)疏解，很容易造成嚴(yán)重的擁堵問題，應(yīng)合理組織旅客和各種車輛安全、迅速、有序地集散。

　　目前國內(nèi)外客運(yùn)樞紐普遍采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對客流的實(shí)時監(jiān)控及預(yù)警，減少安全事故發(fā)生幾率或避免事故后果擴(kuò)大，保障車站日常的安全運(yùn)營。高速鐵路客運(yùn)樞紐的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一方面要求能夠全面、實(shí)時地采集、顯示站內(nèi)各區(qū)域的動態(tài)實(shí)況，發(fā)現(xiàn)異常時及時響應(yīng)處理，并能對監(jiān)控視頻進(jìn)行調(diào)用回看;另一方面需要采集車站大客流及區(qū)域擁擠預(yù)警、旅客滯留安全防控等車站客流數(shù)據(jù)。

　　目前客運(yùn)樞紐尚無對應(yīng)的監(jiān)控規(guī)范，各大車站普遍未采用多方位的布設(shè)方案，因而高速鐵路客運(yùn)樞紐的監(jiān)控系統(tǒng)既存在監(jiān)控盲區(qū)，部分區(qū)域又被重復(fù)監(jiān)控，完備性、連續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性都較差，不能有效保障客運(yùn)樞紐安全。在高速鐵路綜合客運(yùn)樞紐中，由人員及其隨身行包及乘坐交通工具形成的流動過程和流動路線[8]稱為旅客流線，旅客流線本質(zhì)上是旅客購票進(jìn)站候車、乘車出發(fā)或是到達(dá)、離開樞紐的過程。

　　基于旅客流線途徑區(qū)域可將車站分為站前廣場、售票區(qū)、進(jìn)出站口、安檢區(qū)、引導(dǎo)通道、候車區(qū)、服務(wù)區(qū)、檢票區(qū)、站臺等若干功能區(qū)域，在此基礎(chǔ)上可以將旅客流線途徑區(qū)域的售票窗口、進(jìn)出站口、安檢口、檢票口、自動扶梯口統(tǒng)稱為視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像采集的重點(diǎn)區(qū)域，該區(qū)域的客流特點(diǎn)為旅客人數(shù)眾多、旅客走行速度較慢、旅客排隊依次通過等。針對重點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控部署強(qiáng)度，采集更加清晰的客流圖像信息(臉部、攜帶物品等)，通過人工操作改變焦距獲取所需要的圖像信息，得到重點(diǎn)區(qū)域的實(shí)時客流數(shù)量、密度、速度等數(shù)據(jù)，為預(yù)測和判斷客流擁堵和疏散提供支撐。

　　除旅客流線重點(diǎn)區(qū)域以外的其他功能區(qū)域，其客流特征為旅客流量大、走行速度快、基本不存在排隊情況和旅客流向不集中等。高速鐵路客運(yùn)樞紐采集點(diǎn)采用的設(shè)備構(gòu)成相似，基本是由防護(hù)罩、前端視頻等采集設(shè)備(云臺和攝像頭)組合構(gòu)成。

　　2高速鐵路客運(yùn)樞紐視頻監(jiān)控分級布設(shè)方案分析

　　基于高速鐵路客運(yùn)樞紐內(nèi)部客流安全預(yù)警對信息采集的需求層次不同，提出按采集點(diǎn)設(shè)備分級布設(shè)思想，將布設(shè)策略分為3個層次：基于樞紐內(nèi)部建筑輪廓的布設(shè)、基于重點(diǎn)區(qū)域的布設(shè)、基于旅客流線的布設(shè)，每個層次視頻監(jiān)控布設(shè)方案如下。

　　2.1基于樞紐內(nèi)部建筑輪廓的布設(shè)

　　這個層次的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)樞紐內(nèi)廣闊視野的覆蓋。監(jiān)控攝像頭可采用槍型廣角攝像頭連續(xù)布設(shè)。視頻監(jiān)控采集點(diǎn)布設(shè)應(yīng)基于車站既有布局結(jié)構(gòu)，以客觀實(shí)際為依托，不能憑空選址確定采集點(diǎn)位置。還應(yīng)考慮到平面式樞紐和立體式樞紐的差異，結(jié)合具體實(shí)際具體分析。視頻監(jiān)控采集點(diǎn)選址主要考慮云臺及攝像頭的安放及線路的走線。

　　建筑輪廓是指建筑體外墻面水平投影的輪廓線，主要包括以下部分：一是整個樞紐的建筑外輪廓;二是獨(dú)立的承重柱;三是樞紐內(nèi)高度在2m以上的固定設(shè)備設(shè)施。現(xiàn)代高速鐵路客運(yùn)樞紐多采用立體式布局構(gòu)建，站房采取通透、整體空間的做法已成為趨勢，站房較高，采集點(diǎn)如果安裝在房頂監(jiān)控效果較差。對于建筑輪廓，采用沿四周球形攝像頭連續(xù)布設(shè)，布設(shè)間隔12m，采集點(diǎn)高度取4m。

　　對于承重柱，采用球形廣角攝像頭單點(diǎn)布設(shè)。對于其他固定點(diǎn)，如檢票口高約2.7m，布設(shè)單個采集點(diǎn)，視域受自身影響較大，如果在頂上四角都布設(shè)采集點(diǎn)，監(jiān)控覆蓋重復(fù)率又過高，因而可考慮采用前向(旅客檢票進(jìn)入站臺的方向)2個頂角布設(shè)球形廣角攝像頭。

　　2.2基于重點(diǎn)區(qū)域的布設(shè)

　　這個層次的目標(biāo)是采集實(shí)時清晰的客流圖像，即旅客清晰的面部圖像及隨身行包，需要加強(qiáng)對此類區(qū)域的監(jiān)控。監(jiān)控攝像頭可采用：槍型聚焦攝像頭和球形攝像頭集中布設(shè)，以進(jìn)站安檢口為例，可采用“前后2個攝像頭+一個半球形攝像頭”的組合。

　　2.3基于旅客流線的布設(shè)

　　這個層次的目標(biāo)是針對剩余其他功能區(qū)域的布設(shè)，并將區(qū)域銜接起來，避免出現(xiàn)旅客跨區(qū)域走行的監(jiān)控盲區(qū)。攝像頭布設(shè)強(qiáng)度與第一個層次近似。監(jiān)控攝像頭可采用：槍型聚焦攝像頭沿旅客流線連續(xù)布設(shè)。找出旅客流線上功能區(qū)域之間銜接的線段，將各個單一功能區(qū)域銜接起來，采用廣角球形攝像頭連續(xù)布設(shè)。

　　3實(shí)例分析

　　成都東站是西南地區(qū)第一個集高速鐵路、城市軌道交通、公交、出租和長途大巴多種交通方式為一身的高速鐵路客運(yùn)樞紐，共分為5層，地上2層為高架層、地面層;地下3層為出站層、地鐵2號線和地鐵7號線。旅客經(jīng)換乘層(地下一層)到達(dá)出站或是換乘，車站西側(cè)進(jìn)站口在地面層，車站東側(cè)、南側(cè)、北側(cè)進(jìn)站口均在高架層。以成都東站換乘層視頻監(jiān)控采集點(diǎn)布設(shè)為例，研究分級布設(shè)方案及效果。

　　3.1既有布設(shè)方案

　　經(jīng)實(shí)地調(diào)研，不計成都地鐵內(nèi)部區(qū)域，成都東客站換乘層(地下一層)有效面積為30261m2，既有布設(shè)方案共計安置攝像頭74個，采集點(diǎn)實(shí)際覆蓋面積25919m2，采集點(diǎn)監(jiān)控重復(fù)覆蓋率為50.45%，區(qū)域?qū)嶋H覆蓋率為85.6%。灰色區(qū)域代表已被覆蓋。

　　3.2改進(jìn)方案

　　依據(jù)提出的視頻監(jiān)控三級布設(shè)策略，改進(jìn)布設(shè)方案共計安置采集點(diǎn)60個，采集點(diǎn)實(shí)際覆蓋面積27979.7m2，采集點(diǎn)監(jiān)控重復(fù)覆蓋率為34.03%，區(qū)域?qū)嶋H覆蓋率為92.46%。改進(jìn)方案實(shí)現(xiàn)覆蓋率大幅提升，并且分布更加均勻。

　　通過比較改進(jìn)前后2個方案可知，改進(jìn)后的布設(shè)方案，采集點(diǎn)布設(shè)科學(xué)合理，節(jié)約了建設(shè)成本和運(yùn)維成本，并且監(jiān)控覆蓋的區(qū)域更大、不同攝像頭重復(fù)覆蓋率更低。綜合考慮攝像頭費(fèi)用、監(jiān)控中心存儲設(shè)備、顯示設(shè)備、線纜費(fèi)用及安置人工費(fèi)用，以平均每個攝像頭按3000元估算，改進(jìn)后的成本投入約18萬元，相對既有方案節(jié)省了4.2萬元;覆蓋率達(dá)到了92.46%，相對既有方案增加了6.8%;攝像頭利用率為65.97%，相對既有方案提高了16.42%。實(shí)例驗(yàn)證，改進(jìn)布設(shè)方案更加經(jīng)濟(jì)，更加合理。

　　4結(jié)束語

　　高速鐵路客運(yùn)樞紐視頻監(jiān)控采集點(diǎn)分級布設(shè)方案研究，可以實(shí)現(xiàn)完備、實(shí)時、連續(xù)的視頻監(jiān)控，保障高速鐵路客運(yùn)樞紐系統(tǒng)安全穩(wěn)定。高速鐵路客運(yùn)樞紐視頻監(jiān)控采集端是整個高速鐵路客運(yùn)樞紐安全預(yù)警系統(tǒng)的最底層，只有底層高效且完備的信息采集，才能保證整個高速鐵路客運(yùn)樞紐預(yù)警系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為高速鐵路客運(yùn)樞紐的安全提供支撐，最終實(shí)現(xiàn)社會公共安全保障。另外，還應(yīng)進(jìn)一步展開系統(tǒng)的深入研究，為高速鐵路客運(yùn)樞紐視頻監(jiān)控設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)。

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