摘要：高速鐵路客運樞紐作為城市綜合交通網絡的重要節點及客流集散地，每天有著大量的客流聚集，加強對視頻監控采集點布設研究，對有效保障高速鐵路客運樞紐的客流安全具有重要意義。闡述高速鐵路客運樞紐視頻監控采集點布設研究現狀，在傳統最大化覆蓋問題(MCLP)求解方法基礎上，從立體式布局和監控強度方面進行完善和補充，提出基于建筑輪廓、旅客流線和重點區域的三級布設流程和布設方案，以成都東站換乘層視頻監控采集點布設為例進行驗證分析。結果表明，新布設方案在視頻監控圖像方面體現出良好的完備性、實時性和連續性，同時更加經濟合理。

　　關鍵詞：高速鐵路;客運樞紐;視頻監控;覆蓋優化;成都東站;布設方案

　　0引言

　　高速鐵路客運樞紐是多種客運交通方式和大規模客流的集散場所，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，容易發生擁堵混亂，車站秩序失控，還可能誘發客流或公共安全事故，亟需加強高速鐵路客運樞紐運營的過程控制特別是安全監控研究。

　　目前國內外客運樞紐普遍采用視頻監控系統實現對客流的實時監控及預警。在國內，針對攝像頭采集點布設的理論研究相對較少，尚未形成一套科學系統的規范準則。在國外，主要把視頻監控采集點布設問題[2-3]當做傳感器覆蓋優化問題處理，即將監控區域抽象成以攝像頭為中心的簡單多邊形，以此建立模型實現在滿足覆蓋約束條件情形下，建設成本最低。

　　Chakrabarty[4]將攝像頭采集點選址問題當做IP問題采用整數規劃的方法處理;Murray[5]進一步研究了攝像頭視域，引入了地球空間學科中視域可見性的概念;還有學者以MCLP問題[6]求解為思路進行研究，采用多目標優化、模糊數學等方法[7]求解模型，但模型偏理想化，未充分考慮旅客站內走行時不同區域集散強度不同;很少有學者在研究樞紐監控布設時考慮監控強度的不同，基本上都是簡單沿線固定距離布設，而所有區域采用同一監控強度，有可能導致車站入站口監控強度不夠，同時車站出站口又存在資源浪費的現象。

　　視頻監控圖像的采集點位于整個監控系統的最底層，是后續獲取圖像進行存儲和分析處理的基礎。因此，采集點布設的好壞不僅影響著監控系統的建設成本和采集圖像的質量，而且還會影響到重點目標監控和預警等操作的精度。

　　由于現代鐵路客運樞紐多采用立體式、通透式布局，為減少土地占用，實現空間利用集約化，站房每一層都較高，因而適合選作視頻采集點的位置受到限制。傳統方法是將空間二維化，求解坐標要素，而實際中可能根本無法設置監控采集點，缺乏可操作性。針對以上原因，在考慮鐵路客運樞紐立體式空間布局的基礎上，兼顧對易擁堵區域的重點監控，研究提出一種視頻監控采集點三級布設方案。

　　1高速鐵路客運樞紐視頻監控布設現狀

　　高速鐵路客運樞紐是交通運輸網絡的重要節點，除了對外連接高速鐵路網絡，同時還銜接多種城市內部交通運輸方式，如城市軌道交通、公交、出租車、私家車等。高速鐵路客運樞紐作為一個區域的集散中心，一旦客流大量集結，又沒有及時引導疏解，很容易造成嚴重的擁堵問題，應合理組織旅客和各種車輛安全、迅速、有序地集散。

　　目前國內外客運樞紐普遍采用視頻監控系統實現對客流的實時監控及預警，減少安全事故發生幾率或避免事故后果擴大，保障車站日常的安全運營。高速鐵路客運樞紐的視頻監控系統，一方面要求能夠全面、實時地采集、顯示站內各區域的動態實況，發現異常時及時響應處理，并能對監控視頻進行調用回看;另一方面需要采集車站大客流及區域擁擠預警、旅客滯留安全防控等車站客流數據。

　　目前客運樞紐尚無對應的監控規范，各大車站普遍未采用多方位的布設方案，因而高速鐵路客運樞紐的監控系統既存在監控盲區，部分區域又被重復監控，完備性、連續性、經濟性都較差，不能有效保障客運樞紐安全。在高速鐵路綜合客運樞紐中，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，旅客流線本質上是旅客購票進站候車、乘車出發或是到達、離開樞紐的過程。

　　基于旅客流線途徑區域可將車站分為站前廣場、售票區、進出站口、安檢區、引導通道、候車區、服務區、檢票區、站臺等若干功能區域，在此基礎上可以將旅客流線途徑區域的售票窗口、進出站口、安檢口、檢票口、自動扶梯口統稱為視頻監控系統圖像采集的重點區域，該區域的客流特點為旅客人數眾多、旅客走行速度較慢、旅客排隊依次通過等。針對重點區域，應加強監控部署強度，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，得到重點區域的實時客流數量、密度、速度等數據，為預測和判斷客流擁堵和疏散提供支撐。

　　除旅客流線重點區域以外的其他功能區域，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。高速鐵路客運樞紐采集點采用的設備構成相似，基本是由防護罩、前端視頻等采集設備(云臺和攝像頭)組合構成。

　　2高速鐵路客運樞紐視頻監控分級布設方案分析

　　基于高速鐵路客運樞紐內部客流安全預警對信息采集的需求層次不同，提出按采集點設備分級布設思想，將布設策略分為3個層次：基于樞紐內部建筑輪廓的布設、基于重點區域的布設、基于旅客流線的布設，每個層次視頻監控布設方案如下。

　　2.1基于樞紐內部建筑輪廓的布設

　　這個層次的目標是實現樞紐內廣闊視野的覆蓋。監控攝像頭可采用槍型廣角攝像頭連續布設。視頻監控采集點布設應基于車站既有布局結構，以客觀實際為依托，不能憑空選址確定采集點位置。還應考慮到平面式樞紐和立體式樞紐的差異，結合具體實際具體分析。視頻監控采集點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;二是獨立的承重柱;三是樞紐內高度在2m以上的固定設備設施。現代高速鐵路客運樞紐多采用立體式布局構建，站房采取通透、整體空間的做法已成為趨勢，站房較高，采集點如果安裝在房頂監控效果較差。對于建筑輪廓，采用沿四周球形攝像頭連續布設，布設間隔12m，采集點高度取4m。

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

　　2.2基于重點區域的布設

　　這個層次的目標是采集實時清晰的客流圖像，即旅客清晰的面部圖像及隨身行包，需要加強對此類區域的監控。監控攝像頭可采用：槍型聚焦攝像頭和球形攝像頭集中布設，以進站安檢口為例，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

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

　　3實例分析

　　成都東站是西南地區第一個集高速鐵路、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。旅客經換乘層(地下一層)到達出站或是換乘，車站西側進站口在地面層，車站東側、南側、北側進站口均在高架層。以成都東站換乘層視頻監控采集點布設為例，研究分級布設方案及效果。

　　3.1既有布設方案

　　經實地調研，不計成都地鐵內部區域，成都東客站換乘層(地下一層)有效面積為30261m2，既有布設方案共計安置攝像頭74個，采集點實際覆蓋面積25919m2，采集點監控重復覆蓋率為50.45%，區域實際覆蓋率為85.6%。灰色區域代表已被覆蓋。

　　3.2改進方案

　　依據提出的視頻監控三級布設策略，改進布設方案共計安置采集點60個，采集點實際覆蓋面積27979.7m2，采集點監控重復覆蓋率為34.03%，區域實際覆蓋率為92.46%。改進方案實現覆蓋率大幅提升，并且分布更加均勻。

　　通過比較改進前后2個方案可知，改進后的布設方案，采集點布設科學合理，節約了建設成本和運維成本，并且監控覆蓋的區域更大、不同攝像頭重復覆蓋率更低。綜合考慮攝像頭費用、監控中心存儲設備、顯示設備、線纜費用及安置人工費用，以平均每個攝像頭按3000元估算，改進后的成本投入約18萬元，相對既有方案節省了4.2萬元;覆蓋率達到了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%。實例驗證，改進布設方案更加經濟，更加合理。

　　4結束語

　　高速鐵路客運樞紐視頻監控采集點分級布設方案研究，可以實現完備、實時、連續的視頻監控，保障高速鐵路客運樞紐系統安全穩定。高速鐵路客運樞紐視頻監控采集端是整個高速鐵路客運樞紐安全預警系統的最底層，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樞紐預警系統的正常運轉，為高速鐵路客運樞紐的安全提供支撐，最終實現社會公共安全保障。另外，還應進一步展開系統的深入研究，為高速鐵路客運樞紐視頻監控設計標準或規范提供科學依據。

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　　相關刊物推薦：《中國安全科學學報》是中國科學技術協會主管，中國職業安全健康協會(原中國勞動保護科學技術學會)主辦的安全科學技術一級學科的國家級學術性刊物。