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创新推广项目 | 城市轨道交通客流监测、预警及协同调控平台（动图详解）

城市轨道交通网CCRM

2018-07-27

导读：城市轨道交通客流监测、预警及协同调控平台  项目名称：城市轨道交通客流监测、预警及协同调控平台完成

城市轨道交通客流监测、预警及协同调控平台

项目名称：城市轨道交通客流监测、预警及协同调控平台

完成单位：北京城建设计发展集团股份有限公司

北京交通大学

北方工业大学

主要完成人：魏运高国飞郑宣传陈明钿李明华田青四兵锋

主要技术特点描述

背景及存在的问题

我国城市轨道交通发展迅猛，同时客流需求持续激增，大客流冲击下的供需矛盾日益凸显。2017年全国34个城市轨道交通运营里程达5021.7km，年客运量184亿人次，其中北京37.7亿人次，居世界首位。在此背景下，运力运量矛盾带来的运营效率和安全问题日显突出。如何应对常态及突发大客流对有限运力所带来的巨大压力，是当前政府以及运营企业急需解决的重大问题。

随着社会的不断发展，乘客对城轨运营服务高效、便捷、舒适、智慧等方面的需求越来越高。同时互联网和信息技术的发展使得用信息化的手段来代替传统的人工管理方式已经成为一种趋势。目前行业内的客流感知手段单一，以AFC数据为主，因此无法实现对安检排队、站台滞留、换乘量等站内客流的感知，无法满足客流精细化管控和服务需求。

因此，如何基于多源数据进行乘客画像表征、断面客流量精准计算及客流态势准确预测，进而发布特定的诱导信息，引导乘客在城轨线网上有序流动，并有效疏解和控制网络客流风险，是当前行业亟待解决的问题。同时，我国城市轨道交通现有的客流管控以人工经验判断为主，手段落后，系统化、精准化和智能化程度不足。而国内外客流获取技术设备存在适用性差、安装条件高、设备成本高昂等缺陷。

针对这一现状，研究团队围绕精准采集客流数据、解析客流时空规律、感知网络运营风险、实施协同管控等城市轨道交通客运组织的核心问题和关键技术，展开了持续多年的科研攻关，形成了城市轨道交通客流协调管控平台。

关键技术内容及技术路线

对城市轨道交通大客流安全风险实施科学管控需要从理论方法、技术手段、管理规范等层面多方位展开，其中理论方法为核心，技术手段为工具，管理规范为保障。本项目围绕城市轨道交通客流协同管控中的核心问题，即车站客流的精准采集、网络客流的准确计算和预测、动态客流的风险评估以及多级客流的协同管控，结合海量多源实证数据，分别从上述三个层面展开研究，总体思路如图5所示。

在本研究中，车站客流数据的实时采集构成了项目的基础和关键，车站客流数据可为网络客流分布算法提供验证，同时为客流风险预警、客流管控提供精准数据支持；网络客流的分布计算及预测是本项目的核心理论，由此得到的网络动态客流分布将为大规模网络的客流协同管控提供直接的技术及数据支持；动态客流的风险辨识基于车站客流的精准数据以及网络客流的准确预测，对客流时空分布的拥堵瓶颈进行辨识，并对客流风险的传播演化进行预警，为有效实施协同管控提供预判条件；多点联动的网络客流协同管控技术则是基于上述理论及方法，对相关技术进行有效集成，形成适用于我国城市轨道交通安全运营管理的行业规范以及系统平台。本项目的技术路线如图6所示。

在创新方面的指标

1）攻克了复杂环境下城市轨道交通大客流精准感知关键技术。针对客流高密度、强交织等特点，提出了基于深度学习的多尺度客流精准感知方法，高密度行人检测精度≥95%，同时发明了复杂环境下城市轨道交通大客流精准感知设备，价格为市场同类设备的1/5，适应垂直、倾斜各种场景，解决了客流数据精准采集的技术难题。成果形成行业标准，为城市轨道交通客流计算提供精准数据支撑。

2）提出了基于多源数据驱动的网络客流时空精准计算方法。深入研究了网络客流时空特征及传播规律，构造了基于乘客心理的广义费用函数，提出了城市轨道交通网络客流分布模型及算法，断面流量计算平均相对误差＜15%，进出站区间预测无效覆盖率＜5%。成果在JAT等交通顶级期刊发表并被大量引用。

3）提出了网络动态客流风险辨识模型与评估方法。针对城市轨道交通客流风险辨识的多方位精细化需求，基于海量数据的精准采集与计算，构建了“站-线-网”全方位动态客流风险辨识模型，发明了基于密集度指数的动态客流评估方法，支撑了网络客流的多点协同管控。

4）研发了面向多点联动的城市轨道交通客流预警及协同管控决策平台。面向客流管控的实际需求，提出了客流预警及辅助决策支持策略，实现实时、5分钟、15分钟、30分钟客流预警，高峰期15分钟和30分钟短时客流预测、预警精度≥85%。

主要技术特点和创新点

1）复杂环境下城市轨道交通客流精准感知方法与技术

客流信息（行人流量、密度、速度、行人轨迹）的感知是城市轨道交通客流管控中基础，在高密度、强交织条件下精确获取客流信息更是一个当前面临的难题。项目组构建了基于深度学习和信息的多尺度客流精准感知方法体系，发明了一种基于深度头肩特征信息的多尺度行人精准检测方法，有效解决了背景复杂、光线变化、人体部分遮挡、姿态多变等多因素干扰下高密度行人检测问题；发明了一种限定高度角度条件下多场景高密度客流参数实时提取技术，有效解决了城市轨道交通车站站台、站厅、通道、楼扶梯口等关键区域多场景的行人流量、速度、密度等参数的自适应采集问题。在此基础上，集成视频分析技术、红外距离成像技术、网络化工控技术，通过一体化、可配置、角度可调、前端处理的系统设计，发明了一套适应车站换乘通道、站台、站厅等多场景的一体化高精度行人检测设备，可实现实时客流信息的精准感知、状态判别，解决了信息化条件下城市轨道安全运营管理中的重要数据采集问题，为有效实施客流管控奠定基础。该设备价格为市场同类设备的1/5，在未来大规模推广应用中具有优势。

2）基于多源数据驱动的网络客流时空精准计算方法与技术

准确刻画乘客的复杂选择行为并提出科学有效的网络客流分布算法是实现客流管控的关键理论问题之一。本项目基于乘客心理调查数据、客流采集数据及刷卡数据，综合运用交通建模理论和数学优化方法，提出了考虑乘客心理特征的城市轨道交通网络静态客流分布模型及算法，为准确刻画网络客流分布、科学编制列车运行计划和精准统计数据提供理论支撑。同时基于乘客刷卡数据深入分析了乘客的复杂时空出行特征，结合列车运行数据，采用网络扩展技术，构造了可准确描述行人-列车耦合关系的时空网络模型，提出了基于均衡准则的城市轨道交通网络动态客流计算方法，可实时得到客流在车站及列车上的分布状态，为动态客流协同管控提供准确数据支持；并通过对历史客流数据的挖掘分析，得出不同条件下客流变化的时序特征，构建了适用于多维度多类型客流预测的组合模型及算法，该方法可用于平日及节假日的短时客流预测。研究表明所提出的算法与传统算法相比，不仅有较好的计算效率，特别在计算精度方面有明显优越性。

3）城市轨道交通网络化客流风险动态辨识理论与技术

成网条件下的客流风险辨识是进行城市轨道交通客流管控的核心内容，如何有效利用精准客流采集数据及高精度网络客流预测数据，对网络客流的时空分布状态进行准确的风险识别是目前工程技术中的一个难题。本项目通过多年的理论研究和技术创新，针对政府管理部门、运营管理企业及乘客出行对交通信息的不同需求，首次发明了针对城市轨道交通客流“点-线-面”三层级密集度指数计算方法，研发了城市轨道交通网络的客流指数发布系统，实现了城市轨道交通网络客流动态拥堵和系统服务水平的可视化综合评价。为城市轨道交通网络客流的常态化监测和风险评估提供技术支持，为城市轨道交通安全运营和客流精细化管理提供了技术支撑。

4）面向网络多点联动的轨道交通客流协同管控技术

如何有效利用客流精确感知、客流分布精准预测和全方位风险辨识等理论与技术，对网络客流实现有效的组织和诱导是城市轨道交通客流协同管控的最终目标。

针对常态与突发事件下客流协同管控的实际需求，项目组提出了包括动态预警、联动管控、精确诱导、实时发布等一整套城市轨道交通网络客流协同管控技术，建立了针对出入口、站厅、站台、扶梯等多类型关键区域的客流预警动态指标体系和判断准则，编制了不同突发事件下的车站、线路、网络三层级的应急处置策略及方案；搭建了基于B/S结构的客流动态监测、预警、应急处置辅助决策支持平台，实现了对运营管理从数据获取、模型分析、状态预测、动态预警和应急处置的系统化解决方案。解决了城市轨道交通网络大客流动态预警及应急处理的系统化、智能化管理问题。

（5）技术成果评价、取得专利、是否编制技术规范标准等情况说明

本项目共获省部级奖3项，形成标准1项，发明专利5项、软著2项。

成果应用情况说明

使用效果评价

在北京地铁望京西、建国门、国贸、大望路等几个重要换乘站布设了地铁客流高精度监测设备及预警系统，其系统整体运行稳定，效果良好，客流监测设备可检测双向客流量、速度及密度，平均客流监测准确度达到95%，预警系统实现车站和线网级客流分析、预测、预警及应急处置功能，高峰期15分钟和30分钟短时客流预警精度达到85%以上，为地铁及时采取限流等措施提供重要决策依据，提高了交通枢纽的管理效率。同时，该设备安装方便适应地铁多场景的需求，价格是具有同等功能客流监测设备的1/5，降低了投资，实现了管理成本的有效降低，保障了枢纽的运营安全。

总之，该成果可保障运营企业的实际管控需求，提高了城市轨道交通客流信息化和自动化管理水平，提升了城市轨道交通运营管理水平。

市场需求分析

随着我国城市轨道交通网络的扩大，客流量逐年攀升，大客流冲击下的地铁安全和效率问题已上升到极其重要的位置。在复杂的城市轨道交通环境中，由于行人非刚体、姿态多变等特性，加之人与人、环境之间相互影响、遮挡，使得客流感知难度加大。从应用现状来看，目前的客流感知技术存在着系统化程度低、适用环境单一、安装条件受限、设备成本高等问题，同时客流方面的相关信息系统仅在北上广等城市初步开展研究和应用。城市轨道交通大客流精准感知与管控成套解决方案实现了城市轨道交通车站、线路、网络三个层级的客流感知与管控的有机结合，满足政府部门、运营企业、线网调度指挥中心和乘客等多类用户的不同需求，应用前景、未来市场空间和增值服务空间广阔。

成果产业化前景分析

本项目成果主要通过技术服务以及系统集成与工程示范的形式进行应用和转化。其中，技术服务内容包含客流精准感知、网络客流时空规律分析与预测、网络客流风险识别和网络客流协同管控等技术；系统集成与工程示范内容包括视频和红外激光一体化的客流感知设备、动态客流监控分析系统、客流预警及应急辅助决策系统、智慧客流预警及协同调控平台等。该成果体系的研发与应用为政府及时掌握轨道交通全网客流运行态势、为地铁运营企业的客流组织和运行计划编制提供了解决方案。

经济效益和社会效益评价

轨道交通路网规模不断扩大，大客流冲击带来的影响和后果越来越大，城市轨道交通客流智能化管理是今后主要的发展趋势。项目研发的感知设备在同等功能条件下为同类设备价格的1/5，可为每车站节支上百万元，经济效益显著。可提高轨道交通运营管理服务水平，实现全方位信息感知和主动信息服务，满足轨道交通管理服务动态精细化需求，大大提高监测准确性并缩短确定管控组织方案时间，增强轨道交通运营管理效率、提升服务水平和应急响应和保障能力。

同时在智慧城市轨道交通运营的大背景下，项目组采用大数据挖掘及可视化技术，实时接入AFC数据，并结合多源数据，采用更精细化的客流分配模型和客流预测算法，及客流密集度指数和客流风险辨识模型，形成客流实时监控分析等系列化的解决方案，具备客流动态监测、客流运行态势预测、大数据分析管理、分级事件预警、协同调控辅助决策、信息发布与诱导等功能，实现断面客流准确计算，实时掌握车站及线网的客流状况及拥挤度状况，为现场客流组织提供实时依据。在出现大客流及严重的拥挤情况时，可自动报警，并形成应急处置策略，为现场管理人员提供抓手。可实现常态化、大型活动、节假日、突发事件等各种情况下的客流预测，为运输计划编制、运力调配、车站人力调配提供切实的依据。可为政府部门形成自动化的客流统计报表、日报月报。对乘客实时发布拥挤度，推送突发事件、限流封站等诱导信息，引导乘客便捷出行。