CN111915862A - 一种室内人群密集监测预警装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种室内人群密集监测预警装置、系统及方法，其方法包括，在由m(m＞1)个预警装置组成的预警系统中，若某个装置监测到区域内人群密度大于所设定阈值，则据此产生预警指令，并由预警模块执行，同时向与之通信连接的其它装置发出预警信息和位置信息；其它装置根据接收到的信息，通过判定算法确定自身是否是距离发出信息装置最近的前n(n＜m)个装置之一；若是，根据预警信息产生预警指令并由预警模块执行；当装置监测到区域内人数减少到设定阈值内，所有执行预警指令的装置恢复初始状态。本发明能够实现大型室内公共场所人群密集监测，并及时发出预警信息，疏导人群，同时采用切换网络拓扑结构，增强监测预警系统的鲁棒性。

Description

一种室内人群密集监测预警装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及公共安全管理领域，具体涉及一种室内人群密集预警系统。

背景技术

商场、超市、食堂等大型室内公共场所经常会有因人群过分集中而导致的安全事故发生，并且此类公共场所空气流通性差，人群过于集中也不利于类似新型冠状病毒等传染病的防范，因此需要对这些公共场所的人群密度进行实时监控，当区域人群过于集中时及时进行疏导，防止事故发生。

目前，室内大型公共场所人群疏导多采用人为疏导，管理人员通过观察发现人群聚集时，赶往聚集地进行疏导，这样人力成本较高，疏导效率较低。或采用总体人数管控，对进入室内公共场所的总人数进行限制，但该方法无法有效防止人群聚集，尤其对于商场、超市、食堂等场所，人群极易在某一个店铺、柜台、窗口处聚集。

人群探测的红外图像不同于一般的可见光图像，有其自己独有的特点。红外探测器的工作原理是通过感知红外辐射能，进而产生光信号(即红外图像中的灰度)，目标物体的表面温度与灰度成正比，表面温度越高，红外图像中该区域的灰度越亮。红外图像的灰度直接反映了目标物体的体表温度。正常人体温近似相同(37摄氏度)，所以红外图像中有人的区域灰度相似，并保持不变，极大方便了人群探测图像的处理过程。

发明内容

本发明提出一种室内人群密集监测预警装置，能够自主地判断所在区域人群密度，并在人群密度较高时发出预警消息并及时疏散人群。多个装置组成的人群密集监测预警系统可以完成整个室内大型公共场所的整体人群密度监测和人群疏导任务。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

一种室内人群密集监测预警装置，包括：

图像采集模块，一般由CCD摄像机或红外热像仪组成，用于采集人群红外图像，并将其转换成数字图像；

图像处理模块，利用数字图像处理技术对转换后的数字图像进行处理，得到监测区域内人群密度信息。

控制模块，由第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元和存储模块组成；

所述第一控制单元用于将图像处理结果数据与所设阈值比较，确定区域内人群是否过于密集；若是，通过通信模块将自身位置信息和预警信息传输给与之通信连接的其它监测预警装置；

所述第二控制单元用于根据接收其它装置传输的预警信息和位置信息，利用判定算法确定自身是否需要产生并执行预警指令；

所述第三控制单元用于根据预警信息产生预警指令并控制预警模块执行；

所述存储模块用于人群红外图像的临时储存；储存装置运行参数和代码。

通信模块，用于与其它装置通信连接，传输位置信息和预警信息。

预警模块，包括语音预警单元和灯光预警单元，用于执行预警指令；

所述语音预警单元用于播报人群疏导语音提示；所述灯光预警单元用于根据人群密集程度闪烁不同频率的灯光。

所述预警指令为语音预警单元的语音播报音量和灯光预警单元的灯光闪烁频率。

一种室内人群密集监测预警系统，由m(m＞1)个室内人群密集监测预警装置组成，以下简称装置。装置之间通过通信模块无线连接。一个装置负责一定区域内的人群密度监测工作，若该区域人群过于集中，则向其它装置发出自身位置信息和预警信息，据此其它装置利用判定算法确定自身是否属于距离发出信息装置最近的n(n＜m)个装置之一，即是否需要执行预警指令。

所述装置通信连接采用切换网络拓扑结构，因为在预警系统中,各装置受间隔距离、通信功率等因素的限制，通常不具有全局通信能力，此外考虑到装置自身的故障干扰、系统布局的变动等情况，切换网络拓扑结构更适用于这样复杂的大规模工作环境。

所述预警信息为人群密度或人数的流量数据。

一种室内人群密集监测预警方法，采用如上所述的一种室内人群密集监测预警系统实现，具体包括如下步骤：

S1：待监测的公共场所内有m(m＞1)个装置，若某个装置监测到区域内人数大于所设定阈值，则据此产生预警指令，并由预警模块执行，同时向与之通信连接的其它装置发出预警信息和位置信息；

S2：其它装置根据位置信息确定自身与发出信息装置之间的距离，并通过判定算法确定自身是否是距离发出信息装置最近的前n(n＜m)个装置之一；

S3：若是，根据预警信息产生预警指令并由预警模块执行；

S4：当装置监测到区域内人数减少到设定阈值内，所有执行预警指令的装置恢复初始状态。

步骤S2所述的判定算法为，定义一个矩阵

A_ij是矩阵A中第i行第j列的元素，表示第i个预警装置和第j个预警装置的通信连接权值，若两个装置通信连接，则A_ij＝1，否则A_ij＝0。定义P_Ω[u]为空间

到集合Ω＝{u|0≤u≤1}的分段线性投影算子，当u＞1时，P_Ω[u]＝1，u＜0时，P_Ω[u]＝0，0≤u≤1时，P_Ω[u]＝u。经过下式确定预警装置是否需要产生并执行预警指令：

其中，v_i、μ_i、σ_i为辅助变量，初始值随机给定，j∈N(i)表示与第i个预警装置连接权值为1的装置的编号；

为采样间隔，

为一设计参数，在实际应用中要尽可能地小，γ、c₀、c₁均为大于0的正参数；上标k表示迭代次数；D表示通信延迟；y_i为切换网络拓扑结构补偿函数，当网络拓扑结构没有改变时，y_i＝0保持不变，若网络拓扑结构发生变化时，

ΔA_ij为通信拓扑网络切换发生时，切换前后所对应的预警装置系统的通信连接权值间的差值；ρ_i表征预警装置控制信息，经过一定迭代次数，ρ_i的值为1或0，当ρ_i＝1时表示需要产生并执行预警指令，当ρ_i＝0时表示不需要，ρ_i的初始值随机给定。

本发明通过提供一种室内人群密集监测预警装置、系统及方法，能够实现在大型室内公共场所监测人群密集程度，并及时发出预警信息，疏导人群。同时采用切换网络拓扑结构，有效地避免了预警装置之间因环境干扰、单个通信故障、传感器限制等因素造成的通信连接问题，增强了监测预警系统的鲁棒性，提高了预警系统规模的延展性，并有效克服了通信距离的限制，完成监测和预警任务。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2、图3为一种室内人群密集监测预警系统工作示意图.

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明提出一种室内人群密集监测预警装置、系统及方法，能够实现在大型室内公共场所监测人群密集程度，并及时发出预警信息，疏导人群。

一种室内人群密集监测预警装置，包括：

图像采集模块，一般由CCD摄像机或红外热像仪组成，用于采集人群红外图像，并将其转换成数字图像；

图像处理模块，利用数字图像处理技术对转换后的数字图像进行处理，得到监测区域内人群密度信息。

控制模块，由第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元和存储模块组成；

所述第一控制单元用于将图像处理结果数据与所设阈值比较，确定区域内人群是否过于密集；若是，通过通信模块将自身位置信息和预警信息传输给与之通信连接的其它人群密集监测预警装置；

所述第二控制单元用于根据接收其它装置传输的预警信息和位置信息，利用判定算法确定自身是否需要产生并执行预警指令；

所述第三控制单元用于根据预警信息产生预警指令并控制预警模块执行；

所述存储模块用于人群红外图像的临时储存；储存装置运行参数和代码。

通信模块，用于与其它装置通信连接，传输位置信息和预警信息。

预警模块，包括语音预警单元和灯光预警单元，用于执行预警指令；

所述语音预警单元用于播报人群疏导语音提示；所述灯光预警单元用于根据人群密集程度闪烁不同频率的灯光。

所述预警指令为语音预警单元的语音播报音量和灯光预警单元的灯光闪烁频率。

一种室内人群密集监测预警方法流程图如图1所示：

S1：待监测的公共场所内有m(m＞1)个装置，若某个装置监测到区域内人数大于所设定阈值，则据此产生预警指令，并由预警模块执行，同时向与之通信连接的其它装置发出预警信息和位置信息；

S2：其它装置根据位置信息确定自身与发出信息装置之间的距离，并通过判定算法确定自身是否是距离发出信息装置最近的前n(n＜m)个装置之一；

S3：若是，根据预警信息产生预警指令并由预警模块执行；

S4：当装置监测到区域内人数减少到设定阈值内，所有执行预警指令的装置恢复初始状态。

步骤S2所述的判定算法为，定义一个矩阵

A_ij是矩阵A中第i行第j列的元素，表示第i个装置和第j个装置的通信连接权值，若两个装置通信连接，则A_ij＝1，否则A_ij＝0。定义P_Ω[u]为空间

到集合Ω＝{u|0≤u≤1}的分段线性投影算子，当u＞1时，P_Ω[u]＝1，u＜0时，P_Ω[u]＝0，0≤u≤1时，P_Ω[u]＝u。经过下式确定装置是否需要产生并执行预警指令：

其中，v_i、μ_i、σ_i为辅助变量，初始值随机给定，j∈N(i)表示与第i个预警装置连接权值为1的装置的编号；

为采样间隔，

为一设计参数，在实际应用中要尽可能地小，γ、c₀、c₁均为大于0的正参数；上标k表示迭代次数；D表示通信延迟；y_i为切换网络拓扑结构补偿函数，当网络拓扑结构没有改变时，y_i＝0保持不变，若网络拓扑结构发生变化时，

ΔA_ij为通信拓扑网络切换发生时，切换前后所对应的预警装置系统的通信连接权值间的差值；ρ_i表征预警装置控制信息，经过一定迭代次数，ρ_i的值为1或0，当ρ_i＝1时表示需要产生并执行预警指令，当ρ_i＝0时表示不需要，ρ_i的初始值随机给定。

本实施例以一个大型商场其中一层为实施对象。该商场的第2层共有1200m²,安装有12个室内人群密集监测预警装置，组成人群密集监测系统。因商场装修布局限制，每个装置安装位置不定，均安装在可视度较好的位置。每个装置负责80m²-120m²区域的人群密度监测。

如图2为一种室内人群密集监测预警系统工作示意图。装置之间的连线代表它们之间有通信连接。将人口密度阈值设为2人/m²，装置3检测时发现该区域人口密度为4人/m²，随即装置开始语音播报，提示顾客该区域内人群密度较大，应向四周疏导，灯光开始闪烁，提示远处人群尽量不要向此区域移动。若区域内人群密度继续上升至5人/m²，此时加大语音播报音量，提高灯光闪烁频率，以提醒管理人员进行人为疏导。同时，装置3将人口密度信息和自身位置信息传递给与之通信连接的装置2，装置2依次将此信息传给其它装置，各装置通过判定算法确定自身是否也需产生和执行预警指令。令n＝3，其它参数设置为，λ＝0.02，b＝0.01；γ＝20000、c₀＝10、c₁＝10；确定装置2、装置3和装置4产生并执行预警指令。该设计的益处在于，当装置3所在区域进行人群疏导时，必然会将人群引导向距离装置3最近的装置2和装置4所在区域，及时进行预警可以为装置3所在区域人群疏导留出空间。如图3所示的一种室内人群密集监测预警系统工作示意图，在某时段，装置7与装置11的通信连接因故障中断，装置2与装置4的通信也被中断，为保证系统装置间的连通性，装置2转而与装置7连接。此时通信网络拓扑结构发生变化，在进行判定计算时，需要加上切换网络拓扑结构补偿函数y_i，

待区域内人群密度降到等于或小于2人/m²，执行指令的装置恢复初始工作状态。

本发明通过提供一种室内人群密集监测预警装置、系统及方法，能够实现大型室内公共场所人群密集程度监测，并及时发出预警信息，疏导人群。同时采用切换网络拓扑结构，有效地避免了预警装置之间因环境干扰、单个通信故障、传感器限制等因素造成的通信连接问题，增强了通信连接的稳定性，极大地提高了预警系统规模的延展性，并有效克服了通信距离的限制，实现监测和预警任务。

Claims (4)

1.一种室内人群密集监测预警装置，其特征在于，包括：

图像采集模块，一般由CCD摄像机或红外热像仪组成，用于采集人群红外图像，并将其转换成数字图像；

图像处理模块，利用数字图像处理技术对转换后的数字图像进行处理，得到监测区域内人群密度信息；

控制模块，由第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元和存储模块组成；

所述第一控制单元用于将图像处理结果数据与所设阈值比较，确定区域内人群是否过于密集；若是，通过通信模块将自身位置信息和预警信息传输给与之通信连接的其它监测预警装置；

所述第二控制单元用于根据接收其它装置传输的预警信息和位置信息，利用判定算法确定自身是否需要产生并执行预警指令；

所述第三控制单元用于根据预警信息产生预警指令并控制预警模块执行；

所述存储模块用于人群红外图像的临时储存；储存装置运行参数和代码；

通信模块，用于与其它装置通信连接，传输位置信息和预警信息；

预警模块，包括语音预警单元和灯光预警单元，用于执行预警指令；

所述语音预警单元用于播报人群疏导语音提示；所述灯光预警单元用于根据人群密集程度闪烁不同频率的灯光；

所述预警指令为语音预警单元的语音播报音量和灯光预警单元的灯光闪烁频率。

2.一种室内人群密集监测预警系统，其特征在于，所述一种室内人群密集监测预警系统由m(m＞1)个室内人群密集监测预警装置组成，以下简称装置；装置之间通过通信模块无线连接；一个装置负责一定区域内的人群密度监测工作，若该区域人群过于集中，则向其它装置发出自身位置信息和预警信息，其它装置据此通过判定算法确定自身是否属于距离发出信息装置最近的n(n＜m)个装置之一，即是否需要执行预警指令；

所述装置通信连接采用切换网络拓扑结构，因为在预警系统中，各装置受间隔距离、通信功率等因素的限制，通常不具有全局通信能力，此外考虑到装置自身的故障干扰、系统布局的变动等情况，切换网络拓扑结构更适用于这样复杂的大规模工作环境；

所述预警信息为人群密度数据。

3.一种室内人群密集监测预警方法，其特征在于，包括如下工作步骤：

S1：待监测的公共场所内有m(m＞1)个装置，若某个装置监测到区域内人数大于所设定阈值，则据此产生预警指令，并由预警模块执行，同时向与之通信连接的其它装置发出预警信息和位置信息；

S2：其它装置根据位置信息确定自身与发出信息装置之间的距离，并通过判定算法确定自身是否是距离发出信息装置最近的前n(n＜m)个装置之一；

S3：若是，根据预警信息产生预警指令并由预警模块执行；

S4：当装置监测到区域内人数减少到设定阈值内，所有执行预警指令的装置恢复初始状态。

4.根据权利要求2所述的一种室内人群密集监测预警方法，其特征在于，所述判定算法为，定义一个矩阵

A_ij是矩阵A中第i行第j列的元素，表示第i个预警装置和第j个预警装置的通信连接权值，若两个装置通信连接，则A_ij＝1，否则A_ij＝0；定义P_Ω[u]为空间

到集合Ω＝{u|0≤u≤1}的分段线性投影算子，当u＞1时，P_Ω[u]＝1，u＜0时，P_Ω[u]＝0，0≤u≤1时，P_Ω[u]＝u；经过下式确定预警装置是否需要产生并执行预警指令：

其中，v_i、μ_i、σ_i为辅助变量，初始值随机给定，j∈N(i)表示与第i个预警装置连接权值为1的装置的编号；

为采样间隔，

为一设计参数，在实际应用中要尽可能地小，γ、c₀、c₁均为大于0的正参数；上标k表示迭代次数；D表示通信延迟；y_i为切换网络拓扑结构补偿函数，当网络拓扑结构没有改变时，y_i＝0保持不变，若网络拓扑结构发生变化时，

ΔA_ij为通信拓扑网络切换发生时，切换前后所对应的预警装置系统的通信连接权值间的差值；ρ_i表征预警装置控制信息，经过一定迭代次数，ρ_i的值为1或0，当ρ_i＝1时表示需要产生并执行预警指令，当ρ_i＝0时表示不需要，ρ_i的初始值随机给定。

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