CN103714698A - 基于距离图像的公交车辆客流量统计系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，包括图像采集装置、图像处理装置、定位服务装置、数据传输装置和远程数据管理装置，其特征在于所述图像采集装置设置在每辆公交车前门和后门处，至少包括1个距离图像传感器和2个红外摄像头，用于实时获取上下公交车辆的乘客距离图像，并将采集的乘客距离图像传输给图像处理装置；所述位置定位装置用户获取公交车辆的实时位置信息，并将实时位置信息发送给图像处理装置；所述图像处理装置用于根据乘客距离图像获取公交车辆实时的客流量数据，并将公交车辆实时的客流量数据和公交车辆实时位置信息通过数据传输模块传输给远程数据管理装置；所述远程数据管理装置用于接收公交车辆发送的客流量数据信息，按不同需求生成统计信息。该系统应用在公共交通方面，提高公共交通的运营管理的效率。

Description

基于距离图像的公交车辆客流量统计系统

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于距离图像的公交车辆客流量统计系统。

背景技术

随着城市经济的迅速发展和城市规模的不断扩大，公交车已成为人们出行的重要公共交通工具。作为公共交通工具的所有者和管理者，如何提高公共交通的运营管理的效率、让公共资源得到更充分的利用就成为当务之急，公交车客流量统计系统就应运而生。公交车客流量统计系统是用在公共交通工具中自动、智能、准确地采集每个时间段、每路公交车、每个公交车站等的客流量数据信息，进行时段统计管理及车辆运营分析的信息检测和管理系统，它能根据得到的数据信息得出客流方向和客流量的规律，利用这些数据作为规划、车辆调度、运营管理的依据。

现有的公交车客流量统计系统主要分为接触式和非接触式。接触式公交车客流量统计系统是通过在公交车的出入口处安装栏杆，并严格控制出入口秩序，以降低系统的技术难度、保证统计数据的准确性；非接触式公交车客流量统计系统通常使用基于机器视觉的方法，在出入口处安装摄像头以获取视频图像，通过软件对视频图像序列进行分析处理，得到出入口处的人数，从而统计客流量。

上述两种公交车客流量统计系统存在以下不足：当适逢节假日或雨雾天气时，会出现客流量激增、人流混乱的情况，就无法满足接触式公交车客流量统计系统客流上下车有序的前提条件，且接触式公交车客流量统计系统安装复杂，成本高，妨碍行人自由出入，影响上下车速度；非接触式公交车客流量统计系统虽然可以解决这些问题，但是易受环境、光照等的影响，它的客流量统计精度很大程度上依赖于视频图像分析算法和图像质量的优劣。本发明因此而来。

发明内容

本发明提供一种基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，目的在于使客流量数据统计系统实现非接触式，解决现有技术中客流量数据统计系统的精确度受光照、客流环境、图像质量等影响的问题，提高系统的精确性、鲁棒性和可靠性。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，包括图像采集装置、图像处理装置、定位服务装置、数据传输装置和远程数据管理装置，其特征在于所述图像采集装置设置在每辆公交车前门和后门处，至少包括1个距离图像传感器和2个红外摄像头，用于实时获取上下公交车辆的乘客距离图像，并将采集的乘客距离图像传输给图像处理装置；所述位置定位装置用于获取公交车辆的实时位置信息，并将实时位置信息发送给图像处理装置；所述图像处理装置用于根据乘客距离图像获取公交车辆实时的客流量数据，并将公交车辆实时的客流量数据和公交车辆实时位置信息通过数据传输模块传输给远程数据管理装置；所述远程数据管理装置用于接收公交车辆发送的客流量数据信息，按不同需求生成统计信息。

优选的技术方案是：所述距离图像传感器和红外摄像头的输出端与图像处理装置的输入端连接。

优选的技术方案是：所述图像处理装置为DSP处理系统，DSP处理系统的输出端与数据传输装置的输入端连接。

优选的技术方案是：所述定位服务装置选自GPS芯片，其输出端与图像处理装置的输入端连接。

优选的技术方案是：所述数据传输装置为GPRS芯片，所述GPRS芯片通过GPRS网络将获得的客流量数据和地理位置信息传送至远程数据管理装置。

本发明的另一目的在于提供一种基于距离图像的公共交通客流量获取方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）采集进出公共车辆的乘客的距离图像信息；

（2）根据获取的乘客的距离图像信息对距离图像进行分割，识别出距离图像在复杂背景下的人体头部；

（3）对距离图像中人体头部进行多目标检测跟踪，获取人体头部的位置、大小和个数信息，获取预定时间内进出公共车辆的公共交通客流量。

公共交通工具的所有者和管理者需要实时、清楚、准确的旅客交通统计数据作为规划、车辆调度、运营管理的依据，因此必须要有相应的客流统计与运营分析系统的软硬件设备提供支持，本发明正是根据这种需要构思和创造出来一种基于距离图像的公交车辆客流量统计系统。

为了方便地描述本发明内容，首先对本发明中用到的距离图像传感器的原理进行说明。

在距离图像中，黑色代表无穷远，白色代表无穷近，介于黑色和白色的灰度区域对应于物体到距离图像传感器的物理距离。无论在任何的照明光线下，它可以收集视野里每一个点的信息，并将其生成一张距离图像用以代表环境信息。在距离图像上的每一个点，都具有一个从0到255之间的数值，不同的数值代表这个点到红外摄像头的距离。因此，可以根据距离图像上的每个点的数据值，得知它们到距离图像传感器的距离。

本发明中，通过距离图像传感器和2个红外摄像头，利用飞行时间法的成像原理来获取距离图像，即通过给目标物体连续发送光脉冲，然后用传感器接收从目标物体返回的光，通过计算光脉冲的往返飞行时间来得到目标物体的距离。与彩色图像相比，距离图像能直接反映物体表面的三维特征，且不受光照、阴影和色度等因素的影响。时间飞行法是一种测量方法，其通过激光或者微波毫米波雷达放出的高速光波或声波，当这些波遇到物体时会很快的被反射回来，通过这种反射可以计算出障碍物或者目标的位置。

本发明基于距离图像的公交车辆客流量统计系统包括图像采集装置、图像处理装置、定位服务装置、数据传输装置和远程数据管理装置。其中图像采集装置包含距离图像传感器和2个红外摄像头，每辆公交车前门和后门处各安装一套图像采集装置，用于拍摄上下公交车辆的乘客的距离图像序列。图像处理装置采用DSP处理系统，DSP处理系统对视频、图像进行处理并得到实时的客流量数据，包括每路公交车辆在每个时间、每个站点的上下车人数以及每两个站点间的车载人数。

定位服务装置采用GPS模块的GPS芯片，用于获得每辆公交车的动态位置信息。数据传输装置采用无线传输GPRS模块的GPRS芯片，利用GPRS网络将获得的客流量数据传送至远程数据管理装置。远程数据管理装置可以是远程数据服务器或者数据管理中心。远程数据管理装置负责接收公交车辆发送的客流量数据信息并进行分析，按不同要求生成统计信息和报表，为公交车系统的规划、车辆调度和运营管理提供依据。

该系统中所述图像处理装置设置有图像采集模块、距离图像传感器应用模块、图像分割模块、人体头部检测模块、人体头部跟踪模块、数据管理模块，其中图像采集模块用于采集乘客的图像；距离图像传感器应用模块用于通过基于距离图像传感器的摄像头来获取距离图像信息；图像分割模块用于解决距离图像在公交车车体振动、室外光线变化、人群簇拥状态、有干扰源（如帽子、背包等物体）存在等复杂背景下人体目标的分割问题；人体头部检测模块，实现距离图像在复杂背景下人体头部检测的算法；人体头部跟踪模块，实现目标运动规律复杂、多个目标距离随机变化等干扰条件下的多目标同步跟踪算法，并解决多目标随机运动下重复计数的问题；数据管理模块，用于存储客流量数据，包括每路公交车辆在每个时间、每个站点的上下车人数以及每两个站点间的车载人数；所述输入输出模块用于接收用户输入和输出统计结果。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

1.本发明中的客流量统计系统通过基于距离图像传感器的红外线发射来获取人体垂直方向上的距离图像，找出人体头部的中心位置并进行跟踪，可以得到公交车辆的客流数据信息。

2.本发明提供了在复杂背景、室外光线变化、人群簇拥等条件下人体头部的图像分割、多目标检测、多目标跟踪等算法。

3.客流量统计系统的成功应用为公共交通的运营分析理念、客流规划、调度、管理技术提供切实可行的解决方案。

4.本发明中的客流量统计系统不仅可以应用在公共交通方面，提高公共交通的运营管理的效率，还可以应用在大型商场、超市、旅游景点等活动场所，为经营者的管理和决策提供重要参考数据。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明基于距离图像传感器的客流量统计系统的结构框图；

图2为本发明基于距离图像传感器的客流量统计系统的软件架构图；

图3为本发明基于距离图像的公交车辆客流量统计系统的工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例

如图1所示，该基于距离图像的公交车辆客流量统计系统包括图像采集装置、图像处理装置、定位服务装置、数据传输装置和远程数据管理装置。其中图像采集装置包含距离图像传感器和2个红外摄像头，每辆公交车前门和后门处各安装一套图像采集装置，用于拍摄上下公交车辆的乘客的距离图像序列。图像处理装置采用DSP处理系统，DSP处理系统对视频、图像进行处理并得到实时的客流量数据，包括每路公交车辆在每个时间、每个站点的上下车人数以及每两个站点间的车载人数。

定位服务装置采用GPS模块的GPS芯片，用于获得每辆公交车的动态位置信息。数据传输装置采用无线传输GPRS模块的GPRS芯片，利用GPRS网络将获得的客流量数据传送至远程数据管理装置。远程数据管理装置可以是远程数据服务器或者数据管理中心。远程数据管理装置负责接收公交车辆发送的客流量数据信息并进行分析，按不同要求生成统计信息和报表，为公交车系统的规划、车辆调度和运营管理提供依据。

如图2所示，该系统中所述图像处理装置设置有图像采集模块、距离图像传感器应用模块、图像分割模块、人体头部检测模块、人体头部跟踪模块、数据管理模块，其中图像采集模块用于采集乘客的图像；距离图像传感器应用模块用于通过基于距离图像传感器的摄像头来获取距离图像信息；图像分割模块用于解决距离图像在公交车车体振动、室外光线变化、人群簇拥状态、有干扰源（如帽子、背包等物体）存在等复杂背景下人体目标的分割问题；人体头部检测模块，实现距离图像在复杂背景下人体头部检测的算法；人体头部跟踪模块，实现目标运动规律复杂、多个目标距离随机变化等干扰条件下的多目标同步跟踪算法，并解决多目标随机运动下重复计数的问题；数据管理模块，用于存储客流量数据，包括每路公交车辆在每个时间、每个站点的上下车人数以及每两个站点间的车载人数；所述输入输出模块用于接收用户输入和输出统计结果。

下面结合图3，给出本发明基于距离图像传感器的客流量统计系统的工作流程：

1、当公交车辆从每天第一次启动开始，客流量统计系统开始工作，在每辆公交车前后门处的正上方安装客流量统计系统的终端设备，由于人体头顶处至肩膀处有高度差，所以可通过距离图像传感器和2个红外摄像头获得人体头肩部的距离图像信息，对于基于距离图像传感器的红外摄像头得到的距离图像序列，对应于同一个人的头肩部分，距离图像上相应位置的每一点的数据值都代表此人头肩部各点到红外摄像头不同的物理距离；

2、通过定位服务装置的GPS模块实时得到车辆的动态位置信息以确定车辆的站点位置。

3、将采集得到的距离图像序列经转换传送至DSP处理系统进行处理分析：

(1)首先对距离图像进行预处理，包括色彩空间转换、图像滤波、灰度化和二值化等一系列操作；

(2)然后进行多目标图像分割，包括边缘轮廓提取、连通区域标记等过程；

(3)对预处理后的图像进行运动物体特征提取和新目标检测等处理，以进行人体头部多目标检测；

(4)通过融合前几个模块，系统能够得到精确的目标位置，从而为人体头部多目标跟踪算法提供坚实的基础。跟踪算法结构分为三大模块：预测模块、目标跟踪模块和目标更新模块。其中，预测模块主要利用目标的运动参数和针对本系统的特定规则预测下一帧中运动目标可能出现的区域；目标跟踪模块则针对相邻帧间运动目标的变化，利用特征值计算代价函数值，求出当前帧中运动目标在下一帧中的对应过后续目标，建立对应关系；目标更新模块主要用于更新已被跟踪运动目标的目标链、目标位置信息和目标特征量；

(5)最后，根据目标跟踪模块给出的运动轨迹链表，分析运动目标的行为，从而得出最终的计数结果，由此便可以统计并存储某时间段内某站点的客流量数据信息。

4、将客流量数据信息通过GPRS传送至远程管理中心进行存储和分析，为车辆调度和管理提供依据。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，包括图像采集装置、图像处理装置、定位服务装置、数据传输装置和远程数据管理装置，其特征在于所述图像采集装置设置在公交车辆前门和后门处，至少包括1个距离图像传感器和2个红外摄像头，用于实时获取上下公交车辆的乘客距离图像，并将采集的乘客距离图像传输给图像处理装置；所述位置定位装置用户获取公交车辆的实时位置信息，并将实时位置信息发送给图像处理装置；所述图像处理装置用于根据乘客距离图像获取公交车辆实时的客流量数据，并将公交车辆实时的客流量数据和公交车辆实时位置信息通过数据传输模块传输给远程数据管理装置；所述远程数据管理装置用于接收公交车辆发送的客流量数据信息，按不同需求生成统计信息。

2.根据权利要求1所述的基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，其特征在于距离图像传感器和红外摄像头的输出端与图像处理装置的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，其特征在于所述图像处理装置为DSP处理系统，DSP处理系统的输出端与数据传输装置的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，其特征在于所述定位服务装置选自GPS芯片，其输出端与图像处理装置的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的基于距离图像的公交车辆客流量统计系统，其特征在于所述数据传输装置为GPRS芯片，所述GPRS芯片通过GPRS网络将获得的客流量数据和地理位置信息传送至远程数据管理装置。

6.一种基于距离图像的公共交通客流量获取方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）采集进出公共车辆的乘客的距离图像信息；

（2）根据获取的乘客的距离图像信息对距离图像进行分割，识别出距离图像在复杂背景下的人体头部；

（3）对距离图像中人体头部进行多目标检测跟踪，获取人体头部的位置、大小和个数信息，获取预定时间内进出公共车辆的公共交通客流量。

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