城市轨道交通自动扶梯智能安全监控系统应用研究
摘要：本文通过对青岛地铁自动扶梯智能安全监控系统的研究及工程试用，系统分析了扶梯智能监控系统的功能需求、实现方式与试用效果，为今后自动扶梯智能安全监控系统的研发和推广提供参考。
关键词：自动扶梯;监控系统;示范应用
1研究背景
随着城市轨道交通的不断发展，自动扶梯数量不断增加。目前，青岛地铁已拥有超过1000部自动扶梯，它们每天输送着超过1000万人次客流。多数自动扶梯上的危险状态是由于人员的滑倒和跌倒导致。据统计，发生在自动扶梯上的客伤占到青岛地铁客伤总数的70%，平均每年约130起。如何有效避免客伤，提高运营效率成为人们竞相研究的重要课题。调研现阶段地铁自动扶梯运营管理主要存在以下几方面的问题：(1)大量视频数据需要人工监视，效率低、效果差、应急响应慢;(2)自动扶梯日常巡视消耗人工多;(3)自动扶梯无法对异常的人流状态进行检测并调整;(4)扶梯语音播报舒适性不好;(5)监控信息不能有效地指示、指导站务管理人员的处理。针对以上问题，期望通过在地铁车站内安装自动扶梯智能安全监控系统，利用先进的智能分析、图像识别技术，帮助地铁运营单位实现自动扶梯的运营管理从“信息化”向“智能化”跃升、达到提高管理能级、提升管控能力的目标。
2系统功能
2.1乘客摔倒、逆行检测及远程紧急停止控制
通过安装在自动扶梯下方的高清数字摄像头与图像分析服务器，实时判断自动扶梯上是否存在乘客摔倒或逆行等危险行为。如判断发生乘客摔倒或逆行等危险行为，将实时视频在监控终端界面上显示，提醒该自动扶梯可能存在乘客摔倒或逆行等危险行为，由运营管理人员通过车控室内的远程急停按钮停梯，或通知运营巡视人员人工停梯。其中，系统定义的正常模型信息如下：(1)乘客摔倒：乘客发生突发、不自主的、非故意的体位改变，倒在运行的自动扶梯梯级上。当乘客身体背部或头部接触梯级时，则被认定为乘客摔倒事件。(2)乘客逆行：乘客在以名义速度运行的自动扶梯上，以超过1m/s的速度步行，且步行方向与自动扶梯运行方向相反，步行距离超过3个梯级，则被认定为乘客逆行事件。
2.2出口拥堵检测及远程紧急停止控制
通过安装在自动扶梯出口处的拥堵检测双目摄像头检测是否在自动扶梯的出口处发生了拥堵现象。如判断发生拥堵现象，将该拥堵自动扶梯的实时视频在监控终端界面上显示，提醒该自动扶梯可能存在拥堵造成危险，由运营管理人员通过车控室内的远程急停按钮停梯，或通知运营巡视人员人工停梯。自动扶梯出口拥堵定义：因自动扶梯出口畅通区域受阻塞，而使自动扶梯无法实现所需要的输送能力的状态，则被认定为自动扶梯出口拥堵事件。
2.3自动扶梯智能语音播报功能
运用智能控制优化技术，自动扶梯可根据运行异常情况智能调整语音播报内容。例如，当发生出口拥堵时，语音播报装置发出“扶梯发生拥堵，请注意安全”提示音;当发生乘客摔倒事件时，语音播报装置发出“乘客跌倒，请注意安全，可按红色急停按钮停梯”提示音;当发生乘客逆行事件时，语音播报装置发出“逆行危险，请注意安全”提示音。根据自动扶梯周围实时变化的环境背景噪声自动调节语音播报音量，解决环境嘈杂时语音播报不清晰、环境安静时语音播报过于嘈杂的问题。当环境噪声在60～75dB范围内时，其自动扶梯出入口处声压级应高于背景噪声8～12dB，最大播报音量不超过90dB;语音播报音量大小可由车站管理人员根据舒适性现场调节;语音播报内容可现场更新。
2.4智能早晚安全自动启停功能
根据地铁运营时间要求，在结束运营时，语音提示2min后切换至停止待机;开始运营前1小时，语音提示2min后切换至名义速度。若准备启动运行时自动扶梯处于正常停止状态(正常时应为停止待机状态)，通过在监控终端界面上发出提醒该自动扶梯需人工启动。晚间处于停止待机状态下的自动扶梯，若检测到有人进入，将转为正常停止状态。该自动扶梯在开始运营前1小时将无法转为高速待机，需人工启动。监控终端接收到自动扶梯发送的正常停止，界面弹出对应自动扶梯的提示，操作人员确认后跳出实时视频，确认后跳转至监控主界面。监控终端定期向自动扶梯发起时钟校准。
3试点应用情况
青岛地铁选取一较繁忙地铁车站，进行了为期12个月的自动扶梯智能安全监控系统的试点应用。通过对本车站共计26台自动扶梯进行设备改造来实现智能安全监控功能。系统主要由远程控制操作装置、拥堵检测摄像机、固定摄像机、图像分析服务器、远程控制装置组件、自动扶梯接口装置、语音播报装置、网络交换机等软硬件组成。通过试点应用，得到以下结论：(1)自动扶梯上人员摔倒、逆行检测及远程紧急停止控制功能对于上行自动扶梯、下部梳齿与梯级相交线以上1～10梯级上的人员各种方式跌落进行识别，无漏报情况发生;并且对于人员反向逆行的事件进行了有效识别，系统响应时延均在2s以内，并且能够有效地响应和处置运营中出现的类似乘客摔倒等的突发状况。(2)自动扶梯出口拥堵检测及远程紧急停止控制功能对于拥堵事件(即超过判别拥堵人数的人员滞留在判别拥堵区域超过判别拥堵时间)进行有效识别，无漏报情况发生，系统响应时延均在2s以内，并且能够有效地响应和处置运营中出现的自动扶梯出口拥堵的状况。(3)自动扶梯智能语音播报功能可有效地在扶梯上对紧急事件进行有效提醒，阻止乘客不当行为发生，避免事故影响扩大化;并且能够根据环境噪音实时调整语音播报音量，保持语音播报音量比实时环境噪音高8～12dB，有效地解决环境噪音和播报音量不匹配的问题，进一步提高了乘客的舒适感。(4)自动扶梯智能早晚安全自动启停功能可根据车站需要，分工作日、休息日以及分车站区域调整扶梯早晚自动启停时间，在进行自动启停时，可确保扶梯上无人，并且在自动启停前语音播报提醒乘梯人员尽快离开。由于该功能需要在满足标准和规范的前提下进行，对于自动启停失败的自动扶梯弹窗提醒车站管理人工干预，可以大大减少其开、关梯工作量，减轻车站站务人员工作强度。
4系统创新
系统采用融合PESSRAE可编程电子安全控制技术和AI人工智能图像分析技术，实现自动扶梯远程紧急控制。通常的远程控制采用安全触点方式，一梯一按钮一画面。以试点车站为例，需要26个操作按钮及相应的监控视频画面，不具备实际可操作性。本系统通过融合PESSRAE可编程电子安全控制技术和AI人工智能图像分析技术，研制符合《TSGT7007-2016附录R含有电子元件的安全电路和可编程电子安全相关系统型式试验要求》的1套远程控制系统，实现紧急情况下的一键精准控制，危险失效概率指标低至PFH<10-8(1/h)，该指标达到SIL4的要求。基于光流法和深度学习的自动扶梯上乘客摔倒图像识别技术。采用模式识别与深度学习相结合的方式准确判断自动扶梯上是否有乘客摔倒。相比常规的深度学习技术，本系统识别准确率提高了25倍，达到业内领先水平。基于差异化待机模式的自动扶梯早晚智能安全自动启停技术。通过应用差异化待机模式技术，使自动扶梯的早晚自动启停控制不依赖常规的视频监控，使其远程控制符合自动扶梯法规和安全标准标准的要求满足的。
5建议
系统优化：现阶段，扶梯智能监控系统还处在试用、学习阶段。而针对地铁运营管理单位的需求要进一步提高系统稳定性，避免各种内部或外部因素造成的死机、掉线事件;进一步优化系统参数和算法，减少系统误报率，进一步减少人工干预程度。系统融合：将扶梯的监控系统纳入智慧车站设备管理体系内，扶梯专业应开放接口，实现集中的监控平台应用，提高监控设备利用率;同时，实现数据的互通，为地铁智慧车站的打造提供有力支持。深度拓展：由车站级的自动扶梯智能安全监控系统向中央级扩展，构建满足运营线路级/线网级等各层级需求的自动扶梯智能安全监控平台系统，实现电扶梯全网的在线监测，纳入运营线网安监平台体系内。智慧挖掘：继续挖掘自动扶梯智能运维管理中的重点问题，例如，构建基于“端-管-云”架构和大数据分析的智能维护平台，逐步形成“数据采集-智能分析-故障预判-形成工单闭环”的智能维护体系，实现预防性维护和智能维保。
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《城市轨道交通自动扶梯智能安全监控系统应用研究》来源：《中国设备工程》，作者：罗情平 房斌 唐连波
