Erforschung der Echtzeit-Videoüberwachung und des Fernsteuerungssystems von Fahrtreppen

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Abbildung 6: Der Berater im Bahnhof kommt an der Rolltreppe an

In diesem Engineering-Artikel untersucht Ihr Autor Möglichkeiten zur Verbesserung der Sicherheit.

von Yantai Luo

Stichwort: Videoüberwachung; Erkennung; Funktionssicherheit; Fernbedienung

Abstract:

Fahrtreppen sind sicherheitsrelevante, hochbelastbare Spezialgeräte. Für Fahrtreppenhersteller ist es eine Herausforderung, einen gefährlichen Zustand oder das Verhalten von Fahrgästen auf einer Fahrtreppe mithilfe von Echtzeit-Videoüberwachung zu erkennen, die den Administratoren in einem Sicherheitsüberwachungsraum helfen könnte, die Fahrtreppe im Notfall aus der Ferne zu steuern. Dies wurde seit der Erfindung der Rolltreppe vor 120 Jahren nicht effektiv gelöst. In diesem Papier werden einige praktische Methoden zur Überwindung der Schwierigkeiten vorgestellt, die diese beiden Aspekte umfassen:

1) Erkennen Sie einen gefährlichen Zustand oder ein gefährliches Verhalten von Passagieren, wie z. B. versehentliche Stürze oder Gehen in die entgegengesetzte Richtung, basierend auf Echtzeit-Videoanalyse. Um die Erkennungsgenauigkeit zu verbessern, stellt dieser Artikel die Methode der Echtzeit-Videoanalyse vor, die den optischen Flussalgorithmus und den Bild-Deep-Learning-Algorithmus kombiniert.

2) Basierend auf der funktionalen Sicherheitstechnologie, verwenden Sie nur einen Not-Halt-Taster im Sicherheitsüberwachungsraum, um jede der Fahrtreppen zu steuern, auf denen der gefährliche Zustand der Ausrüstung oder das Verhalten von Fahrgästen aus der Ferne erkannt wird.

Der tatsächliche Betrieb des Systems in U-Bahn-Stationen zeigt, dass es gefährliche Gerätezustände oder das Verhalten von Fahrgästen genau und stabil erkennen kann, und Administratoren in Sicherheitsräumen können die Rolltreppe sicherer und bequemer stoppen. Das Anwendungsergebnis zeigt, dass das vorgeschlagene System einen erheblichen Wert für die Aufzugsindustrie bietet.

Einführung

Fahrtreppen werden häufig für den vertikalen Transport von Personen in U-Bahnen, Stadtbahnen und Bahnhöfen, Flughäfen, Kais, Einkaufszentren usw. verwendet.

In China hat mit der rasanten Entwicklung der städtischen U-Bahnen der Einsatz von Fahrtreppen für U-Bahnen entsprechend zugenommen. Nehmen Sie die Shanghai Metro, das größte Stadtbahnnetz Chinas, als Beispiel: Ende 2018 erreichte die Gesamtlänge des Shanghaier Stadtbahnverkehrs mit 705 km den ersten Platz weltweit und verzeichnete 2.038 Milliarden Fahrgastfahrten im Jahr an dritter Stelle.[1] Die Shanghai Metro verfügt über mehr als 4,000 Fahrtreppen, die täglich mehr als 30 Millionen Passagiere befördern und mehr als 50 % der öffentlichen Verkehrskapazität Shanghais ausmachen.[2]

Aufgrund des unvermeidlichen Kontakts beweglicher Teile mit Fahrgästen machen Verletzungen auf Rolltreppen mehr als 60 % der Gesamtzahl der Verletzungen von Fahrgästen im Schienenverkehr aus: bis zu 80 pro Monat.[3] Laut Statistik machen Stürze etwa 75 % aller Arten von Verletzungen von Fahrtreppeninsassen aus.[4] Daher kann das Erkennen eines Sturzes auf die Rolltreppe, während es passiert, und das Anhalten der Rolltreppe aus der Ferne und sicher durch das Personal im Kontrollraum dazu beitragen, schwere Personenschäden zu vermeiden. Eine sich bewegende Rolltreppe kann zu einem ständigen Rollen von gestürzten Passagieren führen, ein dringendes Problem, das bei der täglichen Betriebsführung der Rolltreppe gelöst werden muss.

Methoden

Echtzeit-Videoanalyse

Bestehende Fahrtreppenerkennungssysteme können nur den Betrieb herkömmlicher Maschinen erkennen, daher hängt die Überwachung des Fahrgastverhaltens hauptsächlich von der Videoüberwachung mit manueller Echtzeitanzeige ab. Aufgrund der weiten Verbreitung von Fahrtreppen, der großen Zahl der zu überwachenden Fahrtreppen und des Personalmangels für die Realtime-Überwachung können Videoüberwachungssysteme nach dem Unfall in der Regel nur die Rolle der passiven Ortung übernehmen.

Mit der Entwicklung der KI-Bilderkennungstechnologie boomt die Echtzeit-Videoanalyse-bezogene Erforschung des Fahrtreppen-Fahrgastverhaltens. Zum Beispiel basierend auf der Openpose[5] Schlüsselpunkterkennungsalgorithmus, um die menschliche Körperstruktur zu erhalten, und die Verwendung des Support Vector Machine (SVM)-Klassifikators, um die Erkennung und den Alarm des Fußgängersturzphänomens im Bild zu realisieren,[6] der Fehler des Algorithmus besteht darin, dass er notwendig, um den Schlüsselpunkt des menschlichen Körpers zu erkennen, der leicht durch den Fondpassagier oder ein Objekt blockiert wird, und wenn die Körperhaltung des menschlichen Körpers durch das SVM klassifiziert wird, ist es schwierig, die genaue Unterscheidung abzuschließen. Der Algorithmus basiert auf der menschlichen Skelettsequenz des Erkennungsalgorithmus für abnormales Verhalten der Fahrtreppe. Der Algorithmus erkennt zunächst das Gesicht des Fahrgastes unter Verwendung des SVM, das die Merkmale des verformbaren Komponentenmodells kombiniert und die Bewegung des Fahrgasts in der Rolltreppe mit einem verbesserten Kernel-Korrelationsfilter verfolgt. Dann wird die Sequenz des menschlichen Skeletts des Passagiers unter Verwendung des neuronalen Faltungsnetzwerks extrahiert, und die Sequenz anomalem Verhalten wird aus der Sequenz des Passagierskeletts durch Template-Matching erfasst. Schließlich verwendet der Algorithmus die dynamische Zeitregulierung, um die abnormale Verhaltenssequenz basierend auf der Fünf-Nächst-Nachbar-Methode zu identifizieren. Der optische Flussverfolgungsalgorithmus und das menschliche Objekt werden verfolgt, um das zugehörige abnormale Verhalten zu definieren, und die Erkennung des abnormalen Verhaltens wird ausgeführt.[7] Dieser Algorithmus bestimmt nur den Abfall durch die optische Flussverfolgung, und die Fehleinschätzungsrate ist hoch.

Um eine hohe Genauigkeit, eine geringe Fehleinschätzungsrate und ein kostengünstiges Echtzeit-Videoverfahren zur Erkennung von Fahrgaststürzen auf der Rolltreppe zu erreichen, schlägt dieses Papier ein Verfahren vor, um zunächst die Bewegungsrichtung der Fahrgäste basierend auf der Methode des dichten optischen Flusses zu extrahieren , gruppieren Sie dann die Informationseigenwerte jedes Unterblocks Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung usw. in dem Block, der den Pixelpunkten in Bewegungsrichtung entspricht, und verwenden Sie dann den SVM-Klassifikator, um die Eigenwerte der Matrix in der zu klassifizieren kontinuierlich 1 bis 2 s, um festzustellen, ob der Fußgänger im Bild normal ist, rückwärts geht oder stürzt.

Der Berechnungsprozess ist wie folgt:

  1. Erhalten Sie das erste Bild, das durch die optische Flussmethode erkannt wurde
  2. Holen Sie sich das zweite Frame-Bild als das aktuelle Frame-Bild, das durch die optische Flussmethode erkannt wurde
  3. Die Bewegungsrichtung und Verschiebung jedes Pixels im Bild werden durch das Verfahren des dichten optischen Flusses berechnet.
  4. Berechnen Sie die Fläche des sich bewegenden Blocks und die Geschwindigkeit des sich bewegenden Blocks mit der Rolltreppe im optischen Flussdiagramm im dritten Schritt Verschiebeweg, mittlere Geschwindigkeit und Varianz.
  5. Cachen Sie die berechneten Ergebnisse von Schritt 4 als den Merkmalsvektor dieses Rahmens.
  6. Wiederholen Sie die Schritte 2, 3, 4, 5 und verwenden Sie den aktuellen Frame als ersten Frame für die Erkennung.
  7. Um die Anzahl von Frames mit dem aktuellen Vor-Frame-N-Frame-Bewegungsblockbereich > MIN_S zu beurteilen, wenn die Anzahl von Frames > K ist, wird vermutet, dass die vorläufige Beurteilung ein Sturz oder Rückwärtsgehen ist.
  8. Die aus N Frames zusammengesetzte Merkmalsmatrix wurde in den SVM-Klassifizierer zur Klassifizierung eingegeben, um zu bestimmen, ob es sich um einen Sturz, Rückwärtsgehen oder einen Fehlalarm handelte.

Feature-Generierung und Training spezifischer Algorithmen:

Generierung einzelner Frame-Features:

  • Nach der Berechnung des optischen Flusses werden die Verschiebungskarten der x-Richtung bzw. y-Richtung des Bildes erhalten:
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Die Abwärtsverschiebung sollte entsprechend den Rücklauf- und Fallbewegungseigenschaften der Rolltreppe größer als die linke und rechte Verschiebung sein. Rufen Sie das Bild der Bewegungsblockmaske aus der obigen Verschiebungskarte ab:

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  • Flächenextraktion von beweglichen Blöcken:

Öffnen des Maskenbildes; Maske berechnen mij = 1 Berechne die Fläche des zusammenhängenden Gebietes als S.

Berechnung der durchschnittlichen vertikalen Verschiebungsgeschwindigkeit

Berechnen Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit des sich bewegenden Blocks gemäß der Bewegungsblock-Maskenabbildungsmaske, Verschiebungsabbildung in der y-Richtung.

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  • Berechnung der Geschwindigkeitsvarianz basierend auf der in Schritt 3 berechneten Durchschnittsgeschwindigkeit, um die Geschwindigkeitsvarianz zu erhalten:
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Kombination von 25-Frame-Single-Frame-Funktionen:

Der Merkmalsvektor von 25 aufeinanderfolgenden Rahmen beträgt 25*3 = 75 Eigenwerte.

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  • Die Elemente in den drei Gruppen von Vektoren in F sind in aufsteigender Reihenfolge bzw. zu erhalten angeordnet.
  • Sammeln Sie jeweils Merkmalsvektoren für das SVM-Klassifikatortraining.
  • Speichern Sie die Trainingsergebnisse des Klassifikators für die spätere Klassifizierungsverwendung.

Rolltreppe aus der Ferne anhalten

Seit ihrer Erfindung vor mehr als 120 Jahren ist der Betriebsmodus von Fahrtreppen ausschließlich der lokale Betrieb, und der Versuch der Fernsteuerung durch U-Bahn-Unternehmen war nicht erfolgreich. Bei einem Notfall am Einsatzort (Fahrgaststurz auf der Rolltreppe, Stau am Rolltreppenausgang usw.) kann sich die Situation nur darauf verlassen, dass das Einsatzpersonal den Notbetrieb vor Ort findet. Um die Betriebssicherheit zu gewährleisten, entsenden einige U-Bahn-Betriebsunternehmen in Spitzenzeiten und Notfalleinsätzen mehr Personal.

  • In der Moskauer U-Bahn (Abbildung 1) sind seitlich der Rolltreppen eine Wachbox und ein diensthabender Operator aufgestellt. Der Bediener beobachtet die Fahrtreppen und drückt im Notfall sofort den Not-Aus-Schalter.
  • Inlandsanteil MTR Corporation (China, Abbildung 2): In der Spitzenstunde der Gefahr sind Zeitarbeitskräfte im Einsatz; Tritt ein Notfall ein, leitet das diensthabende Personal einen Not-Aus ein, um einzugreifen.
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Abbildung 1: Moskauer U-Bahn, Dauerdienstpersonal
  • Inlandsanteil MTR Corporation (China, Abbildung 2): In der Spitzenstunde der Gefahr sind Zeitarbeitskräfte im Einsatz; Tritt ein Notfall ein, leitet das diensthabende Personal einen Not-Aus ein, um einzugreifen.
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Abbildung 2: Links, Zeitarbeitskräfte, die in China zu Spitzenzeiten Fahrtreppen beobachten; Nahaufnahme rechts

Wenn wir die Fernsteuerung von Fahrtreppen im Überwachungsraum des Sicherheitspersonals realisieren können, insbesondere mit intelligenter Wahrnehmung und sicherer Fernsteuerung von Notfallereignissen, wird dies die Notfallreaktion erheblich beschleunigen und Personenschäden reduzieren. Als Spezialausrüstung muss die Fernbedienung von Fahrtreppen jedoch strikt den Sicherheitsstandards und -vorschriften entsprechen. Andernfalls kann bei einem Softwaredefekt, einem Komponentenausfall oder einem Problem mit der elektromagnetischen Verträglichkeit eine Fernreaktion einen Notstopp nicht korrekt implementieren oder einen falschen Notstopp verursachen, was zu einer gefährlicheren Situation führt. Die Not-Aus-Einrichtung muss eine elektrische Sicherheitseinrichtung sein, die EN115-1:2008+A1:2010 5.12.1.2 entspricht, dh: sie kann aus A) entweder einem oder mehreren Sicherheitsschaltern oder B) einem Sicherheitskreis (fehlersicher) bestehen Stromkreis) oder C) programmierbares elektronisches sicherheitsbezogenes System (PESSRAE).

Derzeit ist die weltweite Reaktionsstrategie wie Typ A, mit einem physischen Not-Aus-Taster für jede Fahrtreppe, der der elektrischen Sicherheitseinrichtung (EN115-1:2008+A1:2010 5.12.1.2) entspricht. Die Bediener drücken manuell den entsprechenden physischen Not-Aus-Knopf (Abbildung 3), um die Rolltreppe im Falle eines Sturzes eines Passagiers aus der Ferne anzuhalten.

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Abbildung 3: Eine tatsächliche Stopptaste für jede Rolltreppe

Dieser Ansatz hat folgende Nachteile:

  • Es ist nicht einfach, im Notfall genaue Tasten zu finden.
  • Wenn der Bedienungsfehler weitere Verletzungen verursacht, sollte der Betreiber die entsprechende Sicherheitsverantwortung tragen, damit der Betreiber ihn nicht verwenden will oder nicht wagt.[8]

Dieses Dokument schlägt eine sichere und bequeme Möglichkeit vor, Rolltreppen aus der Ferne anzuhalten (dh Modus C). Die Bediener drücken nur eine einzige Stopptaste, um den Sicherheitskreis zu unterbrechen und die Rolltreppe – auf der das gefährliche Ereignis auftritt – durch die Steuerung des Videoanalyseservers und der Fernbedienungskomponenten (die die PESSRAE-Sicherheitszertifizierung bestehen und eine Baumusterprüfbescheinigung erhalten; Abbildung 4 ).

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Abbildung 4: Monitorbildschirm und eine tatsächliche Stopptaste

Die Betriebsabläufe sind wie folgt:

  1. Videoanalyseserver und Fernsteuerungskomponenten bewahren die Fahrtreppeninformationen, wenn sie erkennen, dass sich ein Fahrgast auf einer Fahrtreppe in einem gefährlichen Zustand befindet;
  2. Monitor im Sicherheitsüberwachungsraum zeigt entsprechendes Echtzeitvideo gemäß den Informationen an, die im Videoanalyseserver und in den Fernsteuerungskomponenten gespeichert sind;
  3. Der Bediener bestätigt manuell, dass die Rolltreppeninformationen konsistent sind, und drückt die eigentliche Stopptaste, wenn im Video gefährliche Bedingungen auf der Rolltreppe vorliegen;
  4. Komponenten des Videoanalyseservers und der Fernbedienung unterbrechen den entsprechenden Sicherheitskreis der Fahrtreppe, um die Fahrtreppe zu stoppen.

Die Ergebnisse

Das Echtzeit-Videoüberwachungs- und Fernsteuerungssystem, das insgesamt acht Kameras umfasst, die 19 Fahrtreppen entsprechen, läuft von August 2018 bis Oktober 2019 in der Shanghai Metro Hanzhong Road Station.

  1. Erfolgreich erfassen:
    1. 32 Passagierstürze (alle Passagierstürze wurden erfolgreich erfasst)
    2. 738 Fahrgast-Reverse-Walking-Events
  2. Realisieren Sie Sicherheits-Fernbedienung:
    1. Die weitere Körperverletzung des Passagiers wird wirksam verhindert und die Sicherheit stark verbessert.

Nehmen Sie einen Fall, der sich am 3. August 20 um 17:2018 Uhr ereignete, als Beispiel auf einer nach oben fahrenden Rolltreppe in der Shanghai Metro Hanzhong Road Station. In diesem Fall stürzt eine ältere Frau, weil sie den Handlauf nicht greift. Der Bediener im Sicherheitsüberwachungsraum wird vom Monitor informiert und drückt den eigentlichen Notrufknopf, um die Rolltreppe sofort zu stoppen, wie in den Abbildungen 5 und 6 gezeigt. Die Zeit beträgt 14 s vom Zeitpunkt des Absturzes bis zum Stoppen der Rolltreppe; die Zeit beträgt 26 s vom Zeitpunkt des Sturzes bis zum Eintreffen des Anwalts im Bahnhof an der Rolltreppe.

Die Ergebnisse zeigen, dass das System eine hohe Genauigkeit und eine geringe Fehleinschätzungsrate aufweist und die fernstoppende Rolltreppe sicher und bequem ist. Es bietet breite Anwendungsperspektiven in der Aufzugsindustrie auf der ganzen Welt.

Referenzen

Yantai Luo

Yantai Luo

Arbeitet für Shanghai Mitsubishi Elevator Corp., Japan.

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