基于图像分析技术的风景区客流分布统计系统
2012-06-01陈国强林洪波谭业刚
宋 磊，陈国强，林洪波，谭业刚
(山东省泰安市泰山景区信息中心，山东泰安 271000)
随着中国旅游业的发展，旅游人群快速增长，2010年208个国家级风景名胜区接待游客达5亿人次，预计2015年将达8亿人次［1］。由于中国假日旅游经济特点，黄金周和节假日密集出行，带来景区游客猛增。泰山景区2011年清明节、五一劳动节进山游客量分别达到12.2万和15万人，其中5月1日达8.3万人，创历史新高［2］。
山岳型风景区游览面积大、地形复杂、线路曲折、景区分散，各景点、线路冷热不均，容易形成大量游客拥挤在热点区域，形成安全隐患，极易发生安全事故，给景区安全管理带来巨大压力。人员拥挤、滞留，景区服务措施无法及时保障，旅游质量下降，造成游客旅游感观较差，严重影响旅游景区形象。各风景区均面临如何实时掌握客流分布情况，提前预警拥挤路段、景点，并进行合理分流及人流控制的现实问题。
1 研究应用现状
目前，各风景区普遍采用电子门票系统，实现对进
RFID无线射频卡技术采用在门票中嵌入无线射频芯片的方法［8］，在景区内设置大量读取设备，完成相应距离内芯片信息的读取，以统计各区域游客滞留人数。缺点在于每名游客需要发放无线射频卡门票，建设大量数据读取设备，在每年几百万游客的数量规模下，设备投入成本较高。
人数监视与统计技术是智能视觉系统研究中一个新领域，人数监视与统计在居民小区、地铁、超市出入口中有广泛的应用［3］。自动人数统计技术有多种，如红外、计算机视觉技术及热成像［6］等，其中，计算机视觉技术因其具有精度高，灵活性强等特点，尤受国内外研究者的关注［5］。目前风景区普遍建设视频监控系统，利用现有系统，通过对景区控制节点视频图像的人数统计识别，分析景区客流分布情况，为景区客流管理提供一种简便易行的方案。
2 系统内容
2.1 监控图像采集
泰山景区历史文化中轴线:红门——南天门旅游线每年进山游客量为150万人，约占泰山景区进山总客流量的50%［2］，由于客流量大，盘道狭窄，每年黄金周和节假日高峰期，上、下山游客交织，部分路段易发生拥堵。2010年“数字泰山”建设，泰山景区成功应用文安人数统计系统建立了景区客流分布统计系统。
在易拥堵区域、景点的必经出入口或关键节点安装视频监控设备，并通过光缆将监控图像信号传送到中心机房。对易拥堵旅游线路、景点进行分析，设计监控方案，沿盘道分别设置关帝庙、万仙楼、中天门、朝阳洞、南天门共5个客流视频监控点，采用垂直视角安装固定式摄像机，图像用光端机通过光缆回传机房。监控点分布如图1所示。
图1 客流监控点分布图
2.2 视频分析
图像在机房接入视频分析服务器，进行图像智能识别分析。系统结构如图2所示。
图2 客流分布统计系统结构图
采用计算机视觉技术，对视频监控设备提供的视频信息进行分析，实现双向进出人数的统计。基本原理接近人类自身视觉系统的识别过程，计算法分为检测和跟踪两个阶段。以基于人头特征进行监测、跟踪，通过大量样本训练得到的检测器，以人头为标准，在每帧视频画面中定位出每个人的位置。这样检测器可以根据单帧画面即可将人和其他物体区分开，保证了在跟踪阶段，人数统计模块跟踪的对象是单独的人，而不易受到人群拥挤或其他物体的干扰。相对基于人体检测的方法而言，能够大幅度地避免检测目标互相遮挡的问题，提高了检测的精度［5］，该方法具有较好的实时性和较高的计数准确性［7］。
图3 基于人头特征监测、跟踪实例图
客流分布统计系统界面如图4所示。
图4 客流分布统计系统界面
确定监视区范围，即感兴趣的区域，而在监视区范围外的点不予考虑。这样既可以减少噪声的干扰，又可以提高处理速度［3］。
计算景区线路区域、景点实时客流数量，对区域、景点出入口的智能识别分析数据进行统计计算，获得区域、景点实时客流数量。
2.3 数据使用
通过景区局域网，各客户端采用Web浏览的方式，登录服务器，实时查询各区域人流情况，景区决策层及工作人员根据数据进行游客分流调度。
2.4 GIS系统对接
数字泰山三维GIS系统读取客流分布系统分析数据，以点、面的形式在三维GIS界面上直观展示，并根据预先设定的人数报警值，分别用红、黄、绿色标示不同数量级别。GIS系统界面如图5所示。
图5 三维管理平台的显示界面
3 系统应用情况
3.1 系统功能
3.1.1 提供常用报表
单位时间单点人数统计;不同时段单点人数对比;单位时间区域人数统计;不同时段区域人数对比;点最繁忙15 min;区域最忙15 min;最小时间单位统计;区域最小时间单位统计。
3.1.2 报表结果内容
报表类型:日报;月报;年报;自定义。
图像类型:线状图;柱状图;饼状图;表格。
数据类型:进人数;出人数;滞留数;总流量。
3.2 系统准确率调试
系统运行后需要对识别准确率进行调试，以下是关帝庙监控点的调试过程:
表1 人工计数游客量统计与分析
式中，A代表实际人数;B代表软件计数。
视频监控头的检测角度为与水平面成60°时，一段时间内的系统统计数据与通过该点人工计数游客量进行比较、分析情况如表2所示。
精度公式
表2 系统统计游客量统计与分析
视频监控头的检测角度为与水平面成90°时，一段时间内的系统统计数据与通过该点人工计数游客量进行比较、分析情况如表3所示。
表3 系统统计与通过该点人工计数游客量比较与分析
3.3 系统准确度分析
对2011年3月～5月间一段时间内的系统统计数据与通过各点人工计数游客量进行比较，对系统统计准确率进行分析，情况如表4所示。
表4 2011年3月～5月系统统计数据与通过各点人工计数游客量比较
续表4
由此可见，系统平均率约为91%，满足风景区统计区域游客量精度需求。
3.4 应用情况
根据系统统计数据分析，2011年上半年，泰山景区客流高峰主要出现在万仙楼路段凌晨登山客流和十八盘路段上午观日出后的下山客流。根据系统设定的报警数据，2011年上半年共报警22次。
景区假日指挥部根据系统报警及现场掌握情况，下达了34次分流、限流调度指令，其中关帝庙万仙楼路段人流控制7次，南天门未了轩、十八盘分流13次，下达旅游车调度指令14次，保障景区安全有序地度过高峰期。
4 建设体会
(1)系统适宜在封闭型风景区旅游道路环境中使用，对于道路复制、分支较多的景区，设计上应考虑分支道路游客量，否则容易造成区域游客数量误差过大。
(2)视频监控头安装应尽量利用庙、宫、楼等现有建筑物，安装位置以门洞顶部，安装高度3～5 m效果最佳。
(3)视频监控头安装角度对于准确率密切相关，检测角度为“与水平面成60°～90°”效果最好，并且安装位置与出入口客流成一条直线。
(4)在场景特别大、人流特别多的时候，检测区域不宜设置太大，否则影响系统运行稳定。
5 结束语
通过在风景区环境下本系统的应用研究，利用风景区管理中普遍存在的监控系统图像资源，通过研究比较不同设置方案，以较小的投入，达到实时掌握景区重点路段、区域、景点游客分布数量的目的，为景区客流高峰期科学调度、分流决策提供一套完整数据支持，营造安全、秩序、舒适的旅游环境。
［1］高蕴华，赵旭伟.遥感技术在风景名胜区资源保护和管理服务中的应用与探讨［J］.数字化城市管理，2011(增刊2):535.
［2］XU Xiaowei，WANG Zhiyan，LIANG Yinghong，et al.A rapid method for passing people counting in monocular video sequences［C］.USA:IEEE，2007:1657 －1662.
［3］樊秋月.基于彩色视频图像处理的小区监视及人数统计［J］.通信技术，2010(7):188 －190.
［4］郑翔翔，张怡.基于头部检测和跟踪的人数统计方法［J］.计算机应用与软件，2011，28(2):44 －46.
［5］何小映，何红.人流量统计系统设计［J］.中国科技信息，2007(14):151－156.
［6］顾德军，伍铁军.一种基于人头特征的人数统计方法研究［J］.机械制造与自动化，2010(4):134 －138.
［7］邵振峰，章小平，马军，等.基于物联网的九寨沟智慧景区管理［J］.物联网与地理信息系统，2010(5):12－16.
