CN102622798B - 一种客流统计分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明是在对现有的客流统计方式进行分析的基础上，提出了一种适用于公交车辆的客流统计分析系统，可以与智能公交管理系统无缝对接，实现公交运营调度的智能化管理。客流统计分析系统包括车载设备模块和车外设备模块，车载设备模块采用专业化的车载防震设计，由摄像机、客流统计分析仪、视频监控/GPS调度一体机和门控开关组成，车外设备模块由监控中心和GPS卫星等组成。该客流统计分析仪采用两种方法进行客流统计：以基于视频的客流统计方法为主，以基于红外检测技术的统计方法为辅，确保公交客流统计精确度达到90％以上。由此得出的统计数据通过无线传输到监控中心，进行分析、统计和存储，从而实现公交的智能调度。

Description

一种客流统计分析系统

技术领域

客流统计分析是公交车辆运营调度领域中的一个十分重要的问题，自动客流统计分析是实现公交智能调度的保障。本发明涉及客流统计分析领域，在对现有客流统计方式研究分析的基础上，提出一种适用于公交车辆的自动客流统计分析仪及系统。该客流统计分析系统可以与智能公交调度系统无缝对接，为公交调度管理人员科学、合理地调度城市公交车辆提供依据，属于公交智能管理系统领域。

背景技术

社会的迅猛发展，使得城市交通状况日趋紧张，“优先发展公共交通”已成为解决交通问题的根本政策。但是，伴随着公交优先发展保障体系的陆续实施，城市居民出行更多地依赖于常规公交，致使公交客流量激增，这不仅对公交管理提出了更高的要求，而且也给乘客带来了诸多不便和损失。公交客流数据的实时统计分析，可以为公交营运调度提供依据，方便公交线路的调整和车辆资源的合理配置，有利于公交企业管理的智能化和信息化。因此，在公交上采用客流统计分析系统，是公共交通发展的必然趋势。

目前，公交客流信息统计主要采取以下几种方式：人工统计、压力检测技术统计、红外检测技术统计、激光检测技术统计和图像识别技术统计。

人工统计的准确率最高，但是人工成本大，只适用于短时间的抽样统计，数据处理繁琐，不便于与其他智能系统综合应用。

压力检测技术统计是通过检测人体重量来进行人数统计，要求任何人都必须踩到每块踏板，对于多脚同时踩踏情况无法有效检测，而且系统部件易损坏、可维护性差，安装调试费用较高。

红外检测技术和激光检测技术统计能对有一定距离间隔的人流做出有效的判断，仅适用于很小的人流，无法对拥挤情况进行有效检测，并且易受背景、天气、遮挡物、阴影状态等情况的影响，通常需要视频监控作为辅助手段。

压力检测技术、红外检测技术和激光检测技术的统计均无法解决拥挤人流的检测，统计精确度较低。但是在我国，公交客流高峰拥挤情况频繁，人与人之间的距离过近，要提高统计精确度，就必须要有效统计人口密度过大时的客流数据。

发明内容：

技术问题：本发明的目的是提供一种适用于公交车辆的客流统计分析系统，不仅可以克服现有客流统计方式的不足，对公交客流量进行精确的统计分析，并且可以与公交智能运营调度管理系统无缝对接，实现公交智能化管理。

技术方案：

为达到上述目的，

1、本客流统计分析系统包括：车载设备模块和车外设备模块；车载设备模块，用于获取客流的实时视频信息，并进行客流统计；车外设备模块，用于客流数据的统计、分析和存储，以实现公交智能调度。为了保障客流统计的精确度，车载设备模块采用车载防震设计。

车载设备模块包括摄像机、客流统计分析仪、视频监控/GPS调度一体机和门控开关；车外设备模块包括监控中心和GPS卫星。

客流统计分析仪通过采集车辆前后门上下乘客的视频图像，进行人头模式识别、算法分析，并结合红外检测技术，得出上下车客流数据，再把客流数据分别传输给监控中心和视频监控/GPS调度一体机；视频监控/GPS调度一体机有多种视频格式输入，并通过无线网络接收监控中心和GPS卫星的调度管理；监控中心将客流统计分析仪得到的数据进行统计、分析和存储，并与GPS卫星共同管理视频监控/GPS调度一体机。

2、公交实时客流量的统计分析并与智能调度系统无缝对接是按以下技术方案进行的：

2.1)在公交车前后门位置各放置一台摄像机，用于采集上、下车人员视频信息；

2.2)将摄像机的视频信号输出端连接到客流统计分析仪的信号输入端，获取视频图像信息；

2.3)客流统计分析仪的信号输入端连接门控开关设备的开/关门信号输出端，获取门状态信息；

2.4)视频监控/GPS调度一体机的信号输入端分别连接摄像机的视频信号输出端和客流统计分析仪的数据输出端，获取视频信息和客流统计信息；视频监控/GPS调度一体机还分别接收来自GPS卫星的GPS位置信息和来自监控中心的调度信息；

2.5)监控中心安装有客流统计分析系统管理软件；

2.6)客流统计分析仪获取车门状态信息，等待开门信号的出现；

2.7)开门时，客流统计分析仪通过摄像机获取前后门乘客上下车的视频图像，进行上下车人数的统计；

2.8)判断车门是否关闭，若车门关闭，则将步骤2.7)统计得到的公交客流数据传输到视频监控/GPS调度一体机，同时通过无线通信方式上传到监控中心；若车门没有关闭，重复步骤2.7)，直到车门关闭；

2.9)监控中心进行数据的统计、分析和存储，并得出直观的汇报报表和分析图表；然后通过无线传输到视频监控/GPS调度一体机，与GPS卫星共同实现公交车辆的智能调度。

所述步骤7)中，客流统计分析仪进行客流统计的方法是以基于视频的客流统计为主、基于红外检测技术的客流统计为辅；

71)基于视频的客流统计方法，包括以下步骤：

71.1)用区域生长算法对视频图像进行图像分割；取阀值4，比较相邻的单位面积区域的灰度平均值，若差值小于阀值，则将区域合并，若差值不小于阀值，则不合并；

71.2)选择半径为35个像素的圆形作为结构元素，通过形态运算学滤除包含手臂和肩膀的区域；若区域内没有半径为35个像素的圆，则该区域不存在头部；

71.3)以圆形作为人体头部的几何形状，并计算圆形度K＝S/(R²*π)，其中S为区域面积，R为重心到边缘的最大距离，若K＞0.6，则该区域为人头，进行计数；

71.4)跟踪提取到的人头模型的重心，记录沿垂直车门指向车内方向的该目标起始时和最终的坐标值，并计算差值：若坐标值中，对于Y轴，Y₁＜Y₂且差值的绝对值大于阀值，则记为上车；若Y₁＞Y₂且差值的绝对值大于阀值，则记为下车；此处阀值根据具体车辆特征人工设定；

由于公交车受天气条件和行车线路影响，可能使视频图像背景变化较大。此外，为了节约经济成本，同时提高公交智能管理系统的性价比，本客流统计分析仪从车载视频监控系统中的摄像机获取视频图像，而不单独设置摄像机设备，因此，无法通过增加摄像机数目来提高精确度。对此，我们选取具有精度和成本的综合优势的红外检测技术作为辅助方法，用来检测基于视频统计的客流总数的精确度。

72)基于红外检测技术的客流统计方法，是在公交车前后门位置分别设置五组距离相等的红外传感器单元，它们的信号输出端都连接到客流统计分析仪的信号输入端；

对于任一五组红外传感器单元，当只有一个或两个传感器采集到数据，判断为一人经过车门；当三个或四个传感器采集到数据，判断为二人同时经过车门；当五个传感器采集到数据，判断为三人同时经过车门；由此，统计经过该门的客流总数，与基于视频统计的客流总数作比较，若误差小于10％，则基于视频的统计结果被采用，否则，剔除相应数据。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)客流统计分析系统可以与公交管理系统无缝对接，这是相对于现有技术最大的优势。该系统结构采用模块化设计，适用于公交客流的统计分析，不仅可以单独使用，而且可以根据需要，与智能公交管理系统中的其他子系统，如运营分公司(客运部)调度管理系统、线路(区域)调度管理系统等综合使用，具有实时性和高扩展性，同时也间接地降低了客流统计的成本。

2)客流统计分析系统精确度高达90％以上(实测)。在我国，乘客上下车的拥挤状况频繁，致使压力检测技术、红外检测技术等统计方式的精确度不超过40％。该系统采用基于视频的统计方法，解决了手臂等的识别问题，提高了客流人数统计的精度，并以红外检测技术作为辅助方法，确保统计精度足以满足公交调度等的需求。

3)客流统计分析系统把实时统计数据通过无线(3G)上传到监控中心，经过客流统计分析管理软件进行统计、分析和存储，形成直观的汇报报表和分析图表，为调度员的工作提供直观的依据，并可以有效跟踪、查处偷逃票款的车辆和人员。监控中心完成大规模数据处理后，与GPS卫星共同通过无线网络实现公交车辆的调度管理。

4)客流统计分析系统的车内设备模块均采用专业化的车载防震设计，可以最大限度避免外部因素的干扰，可以广泛应用于营运客车、货车、客轮、火车等车船以及物流、公安、行政公务等行业车辆。另外，该客流统计分析仪拆、装简单方便，既可以固定安装在所有线路公交车上，也可以根据需要临时安装在公交车上进行客流统计分析调查。

附图说明

附图1为本发明的公交客流统计分析系统的结构框图。

附图2为本发明实现公交客流统计分析的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明进行详细说明：

本例的适用于公交车辆的客流统计分析仪及系统，既提高了公交客流统计的精度，又能与公交调度系统无缝对接，实现公交智能化管理。如图1所示，本发明包括车载设备模块和车外设备模块。车载设备模块包括：摄像机、客流统计分析仪、视频监控/GPS调度一体机和门控开关。车外设备模块包括：监控中心和GPS卫星。

摄像机需要安装于车门顶端，垂直向下拍摄，以尽可能避免乘客之间相互遮挡情况的出现。另外，为了避免头部的镜面反射，需要在摄像头前面添加起偏镜和检偏镜，用以抑制镜面反射。

本例中，在需要做客流统计的车辆上，将客流统计分析仪的信号输入端连接到前后门上方的摄像机的视频信号输出端和红外传感单元的信号输出端，用以获取车辆前后门上、下车乘客的信息，同时以基于视频的统计方法为主、基于红外检测技术的方法为辅，得出上、下车的客流数据，并把客流数据分别传输给监控中心和视频监控/GPS调度一体机。

视频监控/GPS调度一体机可选择多种视频输入，并通过无线网络接收监控中心和GPS卫星的调度管理，且安装简单方便。

监控中心将客流统计分析仪得到的数据用客流统计分析系统管理软件进行统计、分析和存储，得出汇报报表和分析图表，以方便用户查询和调度管理人员工作。另外，监控中心可以与GPS卫星通过无线网络共同管理视频监控/GPS调度一体机。

如图2所示，给出了本例中实现公交客流统计分析的流程图。客流统计分析仪为核心部分，承担统计精确度的问题。当客流统计分析仪接受到开门的信号时，立即开始获取前、后门上、下车客流的视频图像，并结合红外检测技术，进行客流统计，同时判断车门是否关闭，若没有关闭，则继续进行客流统计，直到车门关闭；若关闭，则停止统计，并将数据传输到监控中心和视频监控/GPS调度一体机。监控中心使用客流统计分析管理软件进行最后的数据统计、分析和存储。最后，由监控中心和GPS卫星共同控制管理视频监控/GPS调度一体机，实现公交车辆的实时智能调度。

在客流统计过程中，首先由前、后门的摄像机和红外传感单元完成上、下车乘客的视频图像和红外信息的采集工作，再由客流统计分析仪进行图像处理和客流统计，最后将客流统计数据通过无线网络上传到监控中心和视频监控/GPS调度一体机。监控中心完成数据处理后，与GPS卫星共同管理视频监控/GPS调度一体机，实现公交智能调度，保证公交线路和车辆的合理配置。

客流统计分析仪采用两种方法：以基于视频的客流统计方法为主，以基于红外检测技术的客流统计方法为辅，共同完成公交的客流统计，使其精度达到90％以上。基于视频的客流统计，首先用区域生长算法、形态学运算和人头模型识别进行人数统计，再利用不同时刻的人头重心的坐标位移进行跟踪，以判断乘客是上车还是下车，从而分别统计上、下车客流数据。具体步骤如下：

①首先用区域生长算法对视频图像进行图像分割：取阀值4，比较相邻的单位面积区域的灰度值，若差值小于阀值，则将区域合并；否则，不合并。

②选择半径为35个像素的圆形作为结构元素，通过形态运算学滤除包含手臂、肩膀的较小区域，若区域内没有半径为35的圆，则该区域不存在头部。

③人体头部的特征包括灰度特征和几何特征。由于人的头部灰度变化不大，所以方差较小，借此可以滤除部分非目标区域。其中灰度平均值和灰度方差的计算公式可以是如下：灰度平均值 $\stackrel{\‾}{f}=\frac{\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}f(i,j)}{m\×n}$ 灰度方差 $\mathrm{var}\left(f\right)=\frac{\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{(f(i,j)-\stackrel{\‾}{f})}^2}{m\×n}$

以圆形作为人体头部的几何形状，并计算区域的圆形度：K＝S/(R²*π)，其中S为区域面积，R为重心到边缘的最大距离，若K＞0.6，则该区域为人头，进行计数。

④采用归一化形状匹配计算提取到的目标图像，根据相似度确定提取结果，从而跟踪提取到的人头模型的重心，记录沿垂直车门指向车内方向的该目标起始时和最终的坐标值，并计算差值：若若坐标值中，对于Y轴，Y₁＜Y₂且差值的绝对值大于阀值，则记为上车；若Y₁＞Y₂且差值的绝对值大于阀值，则记为下车；该处阀值根据具体车辆特征人工设定。由此，确定每次上、下车人数。

为了确保统计数据的精确度，在不增加摄像机数目的前提下，使用成本较低的红外检测技术对视频统计结果进行验证。基于红外检测技术的客流统计方法，是通过固定在车门上方的五组等距的红外传感单元来统计经过车门的总人数。为了避免由于乘客携带东西上车而导致人数统计的误差，每组红外传感单元包括红外传感器和热释红外传感器，红外传感器采集数据，同时热释红外传感器区分其他乘客或是乘客携带的东西产生的信号。将统计得到的数据与视频统计结果作对比，若误差率小于10％，则采用基于视频统计得到的动态实时客流数据，否则，剔除本次统计的数据。

监控中心零散的客流数据通过客流统计分析系统管理软件进行集中的统计、分析和存储，为用户提供汇报报表和分析图表。在监控中心完成大规模的数据处理，既保证了结果的正确性，又使得该部分成本保持最低。在监控中心，用户可按时间、站点、时间段统计分析客流，并可用柱状图、曲线图直观显示，例如形成客流量查询明细、每日客流量分析、站点客流量分析、站点车次明细和客流收入分析。

该客流统计分析系统，可以与智能公交管理系统无缝对接，为公交智能调度系统提供科学的依据，实现公交管理的智能化。

本例中，客流统计分析仪和监控中心、视频监控/GPS调度一体机和监控中心之间的通信是通过3G无线网络进行.

所述客流统计分析仪可以是以单片机为核心的装置，单片机根据算法的编程，通过采集的数据来进行客流统计，如果单片机的运算能力不足以满足算法要求，还可以应用DSP来进行算法处理，而单片机作为客流统计分析仪的控制设备。另外，单片机的外围接口电路可以采用多种通信协议的模块(例如3G模块)来实现客流统计分析仪与监控中心之间的通信。

所述监控中心可以是基于计算机的服务器，服务器有比较强的数据分析处理能力和多种通信接口。

所述视频监控/GPS调度一体机可以是以单片机为核心的的装置，并且在单片机外围连接有视频处理模块和GPS模块以及3G通信模块来满足于车载设备和车外设备的通信。

Claims (5)

1.一种客流统计分析系统，其特征是包括：车载设备模块和车外设备模块；车载设备模块，用于获取客流的实时视频信息，并进行客流统计；车外设备模块，用于客流数据的统计、分析和存储，以实现公交智能调度； 

车载设备模块包括摄像机、客流统计分析仪、视频监控/GPS调度一体机和门控开关；车外设备模块包括监控中心和GPS卫星； 

1）在公交车前后门位置各放置一台摄像机，用于采集上、下车人员视频信息； 

2）将摄像机的视频信号输出端连接到客流统计分析仪的信号输入端，获取视频图像信息； 

3）客流统计分析仪的信号输入端连接门控开关设备的开/关门信号输出端，获取门状态信息； 

4）视频监控/GPS调度一体机的信号输入端分别连接摄像机的视频信号输出端和客流统计分析仪的数据输出端，获取视频信息和客流统计信息；视频监控/GPS调度一体机还分别接收来自GPS卫星的GPS位置信息和来自监控中心的调度信息； 

5）监控中心安装有客流统计分析系统管理软件； 

6）客流统计分析仪获取车门状态信息，等待开门信号的出现； 

7）开门时，客流统计分析仪通过摄像机获取前后门乘客上下车的视频图像，进行上下车人数的统计； 

8）判断车门是否关闭，若车门关闭，则将步骤7）统计得到的公交客流数据传输到视频监控/GPS调度一体机，同时通过无线通信方式上传到监控中心；若车门没有关闭，重复步骤7），直到车门关闭； 

9）监控中心进行数据的统计、分析和存储，并得出直观的汇报报表和分析图表；然后通过无线网络传输到视频监控/GPS调度一体机，与GPS卫星共同实现公交车辆的智能调度。 

2.根据权利要求1所述的客流统计分析系统，其特征是所述步骤7）中，客流统计分析仪进行客流统计的方法是基于视频的客流统计方法； 

7.1）基于视频的客流统计方法，包括以下步骤： 

7.1.1）用区域生长算法对视频图像进行图像分割；取阀值4，比较相邻的单位面积区域的灰度平均值，若差值小于阀值，则将区域合并，若差值不小于阀值，则不合并； 

7.1.2）选择半径为35个像素的圆形作为结构元素，通过形态运算学滤除包含手臂和肩膀的区域；若区域内没有半径为35个像素的圆，则该区域不存在头部； 

7.1.3）以圆形作为人体头部的几何形状，并计算区域的圆形度K=S/（R²*π），其中S为区域面积，R为重心到边缘的最大距离，若K>0.6，则该区域为人头，进行计数； 

7.1.4）跟踪提取到的人头模型的重心，记录沿垂直车门指向车内方向的目标起始时和最终的坐标值，并计算差值：若坐标值中，对于Y轴，Y₁<Y₂且差值的绝对值大于阀值，则记为上车；若Y₁>Y₂且差值的绝对值大于阀值,则记为下车；此处阀值根据具体车辆特征人工设定。

3.根据权利要求2所述的客流统计分析系统，其特征是所述步骤7）中，客流统计分析仪进行客流统计的方法还包括基于红外检测技术的客流统计方法，是在公交车前后门位置分别设置五组距离相等的红外传感器单元，用于采集上、下车人员的红外检测信息，它们的信号输出端都连接到客流统计分析仪的信号输入端；客流统计分析仪通过红外传感单元获取前后门乘客信息，进行各门经过人数的统计； 

所述步骤7）中的基于视频统计得到的客流数据与基于上述红外检测得到的客流数据进行比较，如果误差小于阀值，则采用基于视频的统计结果。 

4.根据权利要求3所述的客流统计分析系统，其特征是对于任一五组红外传感器单元，当只有一个或两个传感器采集到数据，判断为一人经过车门；当三个或四个传感器采集到数据，判断为二人同时经过车门；当五个传感器采集到数据，判断为三人同时经过车门；由此，统计经过该门的客流总数，与步骤7.1）的统计总数作比较，若误差小于阀值10%，则基于视频的统计结果被采用，否则，剔除相应数据。 

5.根据权利要求1所述的客流统计分析系统，其特征是所述客流统计分析仪和监控中心、视频监控/GPS调度一体机和监控中心之间的通信是通过3G无线网络进行。 

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