视频人流量统计系统在展览馆电气控制中的应用

秦凯，张章

QIN Kai，ZHANG Zhang

（军事科学院国防工程研究院）

（Research Institute for National Defense Engineering of Academy of Military Science PLA China）

1 引言

随着我国经济与高端、创新型技术的不断发展，会展类建筑重要性日趋重要。会展建筑作为展览活动举办的建筑场所，其主要功能是展示产品和技术，为人员交流沟通提供适宜空间。会展建筑具有空间跨度大、用途多样、人流密度时效差别明显等特点。会展型建筑用电负荷主要是房间照明灯具和展台设备用电。因其上述特点，会展建筑电气节能设计往往给人一种无从下手，难抓要点的感觉。本文就利用会展建筑人流量进行电气节能控制做了一种新型尝试，现予以总结。

2 会展建筑电气控制的特点

会展建筑面向大流量访客，其电气节能的核心在于如何根据人员流动量大小来控制用电设备。会展建筑电气节能的基本思路是：

①人流量大时，灯具全部点亮，展台设备全部开启；

②人流量少时，灯具部分点亮，展台设备部分开启；

③无人员参观时，灯具全部关闭，展台设备全部停止运行，因而能够把人流量大小与建筑电气的控制构建起联系。

目前广大会展建筑均已安装视频监控系统。视频监控系统不仅可以用于日常安防，还可以作为日常人流量的统计工具。利用其实时监控现场状况，并及时将数据反馈到服务器的特点，可通过服务器随时统计出入人流量的变化。这种基于视频分析的人流统计系统无需安装新的人流量统计设备，仅需对软件系统做升级更新。

3 视频人流量统计系统概述

视频人流量统计技术是指利用监控摄像机及服务器获得的视频数据，并对视频图像中不同姿态、不同颜色的人群进行检测与跟踪，由此获得指定时段和指定区域内的人数流动量。该系统融合了视频数据处理、图像模型处理、帧像素识别以及人工智能等多个领域的技术。视频人流量统计技术现在已较为成熟，在火车站、机场及北京奥运会、上海世博会等大型活动中均有应用。

3.1 视频人流量统计方法

1）视频人流量统计技术

①建立人体仿真模型的方法

在程序内设计出合理的二维、 三维高仿真人体模型，根据摄像机所拍摄的图像与后台人体模型进行比对，以此计算图像内人员确切数量。

②基于人体特有皮肤颜色的方法

利用人体皮肤所呈现的特有颜色，通过识别人脸、手部等区域来判定是人还是物体。

③基于人体运动特征的方法

人体进入某一区域时，是处于运动状态的。在摄像机所呈现的图像里，人体是在不同的帧中连续移动的。可以利用人体行走或奔跑姿态的周期性变化来识别人体。

④区域宽度识别技术

基于计算机图像识别技术对摄像机所获取的图像物体进行宽度识别，其中的计数功能主要基于图像目标宽度，通过运用先进的算法对实际场景进行背景自动学习并建模，确定一个相对静止的背景，在此基础上分析指定区域连续图像的变化，在去除干扰的基础上，确定真正的目标。最后在连续图像中根据这些目标的宽度与标准宽度进行比对，确定人数计算结果。

2）视频人流量统计存在的难点

①视频监控时，部分摄像机图像的分辨率较低，无法给出准确的人体图像。

②人体是非刚性目标，人体形状无法量化，靠单一的人体模型无法捕捉所有的人体类型。

③不同人员个体穿着多样性对后台数据处理有很大误导。

图1 视频控制电气原理图

3.2 视频人流量统计系统主要设备组成

1）监控摄像机

负责对视频影像进行数据采集，对视频影像中静止或行走的不同姿态的行人进行检测或跟踪，并能捕捉图像中人体重要节点，如肩部、头部、手部（以方便后台软件识别）。

2）客流计数系统

负责对输入视频数据进行分析，计算出指定图像区域的人数并实时

输出人数信息。它是整个系统的核心部分，并且可以直接利用已有视频监控系统数据。

3）客流计数综合管理平台

是用户的终端界面，一般安装在管理服务器中，实现对前端客流计数系统的配置，同时实现对客流计数服务器的管理和最终数据报表的展示，是用户最直观也是最终的操作界面。并且可以与其它弱电系统实现数据共享。

4 基于视频人流量控制电气系统（见图1）

在人流量大的公共场所，可以利用监控摄像机实时监控场景变动，后台客流统计系统通过分析数据得出现场客流情况，将数据传送至楼宇智能控制系统，以实现对电气设备的控制。

楼宇智能控制系统采用国际通用的EIB/KNX标准，即开放性总线标准，具有强大的兼容性。市面常见的客流统计系统都可以与此系统无缝连接。保证了系统运行、维护的稳定性。楼宇智能控制系统采用分布总线式结构，系统内各配电模块均是独立工作，不依存其它模块，配电回路模块更换、升级时，整个系统均可照常运行。

楼宇智能控制系统与客流统计系统通过RS232接口连接，还可以通过网关与其它系统连接。各个配电箱内分别安装各种智能驱动模块，用于控制灯光、电气设备等。单个配电箱及现场智能面板开关通过楼宇智能控制系统总线电缆连接成一条支线。

现场电气设备控制方式分为手动控制和楼宇智能控制系统智能控制。手动控制应用于重要场合或重大活动，通过现场手动方式，启停电气设备。智能控制适用于平时活动，采取的实施方案为：当摄像机探测到该区域人数≥n时，通过控制系统启动所有配电回路；当该区域人数≥m，≤n时，通过控制系统启动部分配电回路；当该区域人数=0，通过控制系统关闭所有配电回路。

5 工程实例

某工程为科技展览馆改造项目，总建筑面积2万多m2，地上三层，其中展厅部分总面积1万㎡。展厅以科技展览为主，分设十几个房间，每个房间设有一个科技主题，房间内配备几种科技体验设备。该展览馆主要面向青少年人群，平时以举办科普活动为主，兼做社会商品展。

因为是改造项目，本次设计把电气节能与技术升级作为设计要点。改造前该馆电气设备采用人工控制方式，无法做到智能控制。日常工作期间，灯具及展台设备均需要工作人员现场逐一手动开启。改造前该展览馆灯具普遍采用节能灯。展馆重要区域安装了监控摄像机，其摄像精度较高，但仅用作日常安防功能。

图2 日常客流统计图

图3 展馆某房间电气改造平面图

5.1 展览馆客流分析

展览馆日平均客流量约1500人，但日客流量分布不均匀，客流量集中在节假日。

从图2可以看出，该展览馆客流主要集中在周末，工作日期间客流量较少，图中周一与周三两天甚至出现全天无人员参观的情况。即使在周末不同的时间点参观人员数量情况也较为杂散。无法找出其特定规律，若无法实现电气智能控制，当无人参观或参观人员太少时，电气设备全部开启，将造成较大的电能浪费。由于展览馆公共场所的特殊属性，又无法做到人员少时选择闭关这一措施。该馆的电气智能控制可以充分利用现有摄像机监控人流量数据，实现对用电设备适时控制。

5.2 展览馆节能设计思路

利用各个房间及门厅、走廊的监控摄像机作为前端设备，客流计数系统实时计算人流量变化情况，将数据传送至i-bus楼宇智能控制系统。由i-bus系统按已设定的程序对展览馆用电设备进行启停控制。

图3为展览馆某房间电气改造平面图，该房间设有一面照明配电箱，内置回路控制开关与i-bus模块，房间内灯具为LED灯具，以实现灯具的快速点亮与关闭，更符合节能要求。房间四个角落为声光电展示设备。房间门后设有i-bus开关面板。房间内灯具控制方式可以分为面板控制和自动控制。

当有重要活动时，或者重要游客进入该房间时，值班人员可提前通过后台服务器或者房间内i-bus开关面板将所有用电设备开启。平时用电设备按既定程序运行。当门厅、走廊人数达到一定数值时（即游客即将进入展馆参观），通过楼宇智能控制器控制展厅部分灯具开启，部分展台设备通电，以供参观。当房间内出现客流，或者客流量达到某人数设定时（即游客进入该展厅参观），可选择开启房间内部分或全部用电设备。

由图3、图4可以看出，房间内共设4路照明回路与4路设备控制回路。当人流量较少时，在满足照度的要求下，可选择仅开2路照明回路，2路设备控制回路。人流量较多时，电气设备全部开启。实现“人来灯亮、 人走灯灭” 的灵活运用。房间展台区域设置雷达式感应型射灯，当游客接近该区域时，感应灯自动点亮，区域空间内提供足够的照度，以满足游客的视觉要求。

该房间内所采用LED灯具显色指数Ra=90，远超市场同类产品，保证了展示设备的颜色的还原真实性。采用楼宇智能控制系统所有用电回路的运行状态（运行时间，回路电流）都可以在楼控室显示并记录，有效提高了展馆的管理效率，并为后期设备的升级改造提供了重要的参考数据。因房间内摄像机为高性能摄像机，满足该系统基本性能要求，本次改造施工只是对摄像机后台系统进行了升级改造，实现了物尽其用。

图4 展馆某房间电气改造配电系统图

表1 改造前后节能对比

6 改造前后的节能比较

智能控制系统安装调试好后，经过一段时间的使用，经实地测量，展览馆电气节能效果比改造前有很大进步，房间每天8h的用电量如表1所示。

通过上表，可以看出改造后展览馆展厅房间节电率能提高了约40%，极大的节省了电能，保证了展览馆的软硬件设施的先进性，提升了展览馆的整体形象。提升游客对展览馆的评价，该智能控制系统也成为展览馆的一道科技体验项目，游客可在工作人员的指导下，操控房间内的展示设备。该控制方式不仅安全、可靠，更符合国家提倡绿色节能建设要求。

7 结语

该系统的的成功运行，很大程度是由视频摄像机的性能及客流计数程序的算法决定。由于展览场馆设备布置较为固定，系统运行时客流计数系统可以更好的计算出客流量，各电气设备相应速度非常迅速。系统在该工程的成功运行有一定的特殊性，但设计思路值得推广应用。如何更好的将视频数据、大数据等网络资源应用到电气控制中，值得我们电气设计人员去探讨。