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Recherche sur la surveillance vidéo en temps réel et le système de contrôle à distance des escaliers mécaniques

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Figure 1 : Métro de Moscou, personnel en service à long terme

Dans cet article sur l'ingénierie, votre auteur explore les moyens d'améliorer la sécurité.

Mots clés: surveillance vidéo; détection; sécurité fonctionnelle; télécommande

Résumé: Les escaliers mécaniques sont des équipements spéciaux à usage intensif liés à la sécurité. C'est un défi pour les fabricants d'escaliers roulants de détecter un état dangereux ou le comportement des passagers sur un escalier roulant en utilisant la surveillance vidéo en temps réel, ce qui pourrait aider les administrateurs dans une salle de surveillance de sécurité à contrôler l'escalier mécanique à distance au moment émergent. Cela n'a pas été résolu efficacement depuis que l'escalier mécanique a été inventé il y a 120 ans. Cet article présente quelques méthodes pratiques pour surmonter les difficultés, qui incluent ces deux aspects :

Détectez un état ou un comportement dangereux des passagers, comme une chute accidentelle ou une marche en sens inverse, sur la base d'une analyse vidéo en temps réel. Pour améliorer la précision de la détection, cet article présente la méthode d'analyse vidéo en temps réel, qui combine un algorithme de flux optique et un algorithme d'apprentissage en profondeur d'image.

Basé sur une technologie de sécurité fonctionnelle, utilisez un seul bouton d'arrêt d'urgence dans la salle de surveillance de sécurité pour contrôler à distance l'un des escaliers mécaniques sur lesquels l'état dangereux de l'équipement ou le comportement des passagers est détecté à distance.

Le fonctionnement réel du système dans les stations de métro démontre qu'il peut détecter les conditions d'équipement dangereux ou le comportement des passagers avec précision et stabilité, et les administrateurs dans les salles de surveillance de sécurité peuvent arrêter l'escalier mécanique de manière plus sûre et plus pratique. Le résultat de l'application montre que le système proposé offre une valeur significative pour l'industrie des ascenseurs.

Introduction

Les escaliers mécaniques sont largement utilisés pour le transport vertical de personnes dans le métro, les stations de métro léger et de train, les aéroports, les quais, les centres commerciaux, etc. En Chine, avec le développement rapide des métros urbains, l'utilisation des escaliers mécaniques pour les métros a augmenté en conséquence. Prenons l'exemple du métro de Shanghai, le plus grand réseau de transport ferroviaire urbain de Chine : fin 2018, la longueur totale du réseau de transport ferroviaire urbain de Shanghai atteignait 705 km, se classant au premier rang mondial, et enregistrait 2.038 milliards de passagers. voyages dans l'année, se classant troisième.[1] Le métro de Shanghai compte plus de 4,000 30 escaliers mécaniques, qui transportent plus de 50 millions de passagers par jour et supportent plus de XNUMX % de la capacité de transport public de Shanghai.[2]

En raison du contact inévitable des pièces mobiles avec les passagers, les blessures sur les escaliers mécaniques représentent plus de 60 % du nombre total de blessures des passagers du transport ferroviaire : jusqu'à 80 par mois.[3] Selon les statistiques, les chutes représentent environ 75 % de tous les types de blessures des passagers des escaliers mécaniques.[4] Par conséquent, la détection d'une chute sur l'escalier mécanique au moment où elle se produit et l'arrêt de l'escalier mécanique à distance et en toute sécurité par le personnel de la salle de contrôle peuvent aider à prévenir des blessures corporelles graves. Un escalier roulant en mouvement peut provoquer un roulement continu de passagers tombés, un problème urgent à résoudre dans la gestion quotidienne des opérations de l'escalier roulant.

Méthodologie

Analyse vidéo en temps réel

Les systèmes de détection d'escaliers mécaniques existants ne peuvent détecter que le fonctionnement des machines traditionnelles, de sorte que le suivi du comportement des passagers dépend principalement de la vidéosurveillance avec visualisation manuelle en temps réel. En raison de la large diffusion des escaliers mécaniques, du grand nombre à surveiller et du manque de personnel suffisant pour mettre en œuvre une surveillance en temps réel, les systèmes de vidéosurveillance ne peuvent généralement jouer qu'un rôle de traçage passif après l'accident.

Avec le développement de la technologie de reconnaissance d'image AI, la recherche liée à l'analyse vidéo en temps réel du comportement des passagers des escaliers mécaniques est en plein essor. Par exemple, basé sur Openpose[5] algorithme de détection de point clé pour obtenir la structure du corps humain, et l'utilisation du classificateur de machine à vecteur de support (SVM) pour réaliser la détection et l'alarme du phénomène de chute des piétons dans l'image,[6] le défaut de l'algorithme est qu'il est nécessaire de détecter le point clé du corps humain, qui est facilement bloqué par le passager arrière ou l'objet, et lors de la classification de la posture du corps humain par le SVM, il est difficile de terminer la discrimination précise . L'algorithme est basé sur la séquence du squelette humain de l'algorithme de reconnaissance des comportements anormaux de l'escalator. L'algorithme détecte d'abord le visage du passager en utilisant le SVM, qui combine les caractéristiques du modèle de composant déformable et suit le mouvement du passager dans l'escalier mécanique avec un filtre de corrélation à noyau amélioré. Ensuite, la séquence du squelette humain du passager est extraite à l'aide du réseau de neurones à convolution, et la séquence de comportement anormal est détectée à partir de la séquence du squelette du passager par correspondance de modèle. Enfin, l'algorithme utilise la régularisation temporelle dynamique pour identifier la séquence de comportement anormal sur la base de la méthode des cinq voisins les plus proches. L'algorithme de suivi de flux optique et l'objet humain sont suivis pour définir le comportement anormal associé, et la détection de comportement anormal est effectuée.[7] Cet algorithme ne détermine que la chute à travers le suivi du flux optique, et le taux d'erreur de jugement est élevé.

Pour obtenir une haute précision, un faible taux d'erreurs de jugement et une méthode vidéo en temps réel à faible coût pour détecter les chutes de passagers sur l'escalier roulant, cet article propose une méthode pour d'abord extraire la direction du mouvement des passagers sur la base du flux optique dense. méthode, puis regroupez les informations sur les valeurs propres de chaque direction de mouvement, vitesse, accélération, etc. de sous-bloc dans le bloc qui correspond aux points de pixels dans la direction du mouvement, puis utilisez le classificateur SVM pour classer les valeurs propres de la matrice dans les 1 à 2 s continues pour déterminer si le piéton sur la photo est normal, marche à reculons ou chute.

Le processus de calcul est le suivant :

  1. Obtenez la première image de trame détectée par la méthode du flux optique.
  2. Obtenez la deuxième image de trame en tant qu'image de trame actuelle détectée par la méthode de flux optique.
  3. La direction du mouvement et le déplacement de chaque pixel de l'image sont calculés par la méthode du flux optique dense.
  4. Calculez la surface du bloc mobile et la vitesse du bloc mobile avec l'escalier mécanique dans la distance de déplacement du diagramme de flux optique de la troisième étape, la vitesse moyenne et la variance.
  5. Mettez en cache les résultats calculés de l'étape 4 en tant que vecteur de caractéristiques de cette image.
  6. Répétez les étapes 2, 3, 4, 5 en utilisant la trame actuelle comme première trame pour la détection.
  7. Pour juger le nombre d'images avec la zone de bloc de mouvement de pré-trame N actuelle > MIN_S, lorsque le nombre d'images > K, le jugement préliminaire est suspecté d'être une chute ou une marche inversée.
  8. La matrice de caractéristiques composée de N images a été entrée dans le classificateur SVM pour la classification afin de déterminer s'il s'agissait d'une chute, d'une marche inversée ou d'une fausse alarme.

Génération de fonctionnalités et algorithmes spécifiques à la formation

Génération de caractéristiques à cadre unique :

D'après le calcul du flux optique, les cartes de déplacement de la direction x et de la direction y de l'image sont obtenues respectivement :

Le déplacement vers le bas doit être supérieur au déplacement gauche et droit en fonction des caractéristiques de mouvement rétrograde et de chute de l'escalier roulant. Obtenez l'image du masque de bloc de mouvement à partir de la carte de déplacement ci-dessus :

Quand ; quand ; quand ; quand Dans lequel Autrement .

2) Extraction de zone de blocs en mouvement :

Opération ouverte de l'image de masque ; calculer l'image du masque dans le masque , calculez l'aire du domaine connecté comme S.

Calcul de la vitesse de déplacement vertical moyenne

Calculez la vitesse moyenne du bloc en mouvement en fonction du masque de carte de masque de bloc de mouvement, carte de déplacement dans la direction y.

  3) Calcul de la variance de vitesse, basé sur la vitesse moyenne calculée à l'étape 3 pour obtenir la variance de vitesse :

Combinaison de caractéristiques à un seul cadre à 25 images :

Le vecteur caractéristique de 25 trames consécutives est 25*3=75 valeurs propres.

  • Les éléments des trois groupes de vecteurs dans F sont classés par ordre croissant respectivement pour obtenir .
  • Collecter des vecteurs de caractéristiques dans chaque cas pour la formation du classificateur SVM.
  • Enregistrez les résultats d'apprentissage du classificateur pour une utilisation ultérieure de la classification.

Arrêter l'escalator à distance

Depuis qu'il a été inventé il y a plus de 120 ans, le mode de fonctionnement des escaliers mécaniques est entièrement local, et la pratique consistant à tenter une opération à distance par les sociétés de métro n'a pas réussi. Lorsqu'il y a une urgence sur les lieux (passager tombe sur l'escalier mécanique, encombrement à la sortie de l'escalier mécanique, etc.), la situation ne peut dépendre que du personnel de scène trouvant le fonctionnement d'urgence sur place. Pour assurer la sécurité d'exploitation, certaines sociétés d'exploitation du métro envoient plus de personnel pendant les périodes de pointe et d'intervention d'urgence.

  • Dans le métro de Moscou (Figure 1), à côté des escaliers mécaniques, un poste de garde et un opérateur de garde sont installés. L'opérateur observe les escaliers mécaniques et appuie immédiatement sur l'interrupteur d'arrêt d'urgence en cas d'urgence.
  • Partie domestique MTR Corporation (Chine, Figure 2) : Aux heures de pointe du danger, du personnel temporaire est en service ; en cas d'urgence, le personnel de service déclenche un arrêt d'urgence pour intervenir.

Si nous pouvons réaliser le contrôle à distance des escaliers roulants dans la salle de surveillance du personnel de sécurité, en particulier avec une sensibilisation intelligente et un contrôle à distance sécurisé des événements d'urgence, cela accélérera considérablement les interventions d'urgence et réduira les blessures corporelles. Mais, en tant qu'équipement spécialisé, le contrôle à distance des escaliers mécaniques doit être strictement conforme aux normes et réglementations de sécurité. Sinon, s'il y a un défaut logiciel, une panne de composant ou un problème de compatibilité électromagnétique, une réponse à distance ne réussira pas à mettre en œuvre correctement un arrêt d'urgence, ou provoquera un arrêt d'urgence incorrect, ce qui conduira à une situation plus dangereuse. Le dispositif d'arrêt d'urgence doit être un dispositif de sécurité électrique conforme à la norme EN115-1:2008+A1:2010 5.12.1.2, c'est-à-dire qu'il peut consister en A) soit un ou plusieurs interrupteurs de sécurité, soit B) un circuit de sécurité (fail-safe circuit), ou C) système électronique programmable relatif à la sécurité (PESSRAE).

Figure 2 : À gauche, personnel temporaire surveillant les escaliers mécaniques aux heures de pointe en Chine ; gros plan à droite

Actuellement, la stratégie d'intervention mondiale est similaire au type A, avec un bouton d'arrêt d'urgence physique pour chaque escalier roulant conforme au dispositif de sécurité électrique (EN115-1:2008+A1:2010 5.12.1.2). Les opérateurs appuient manuellement sur le bouton d'arrêt d'urgence physique correspondant (Figure 3) pour arrêter l'escalier mécanique à distance en cas de chute d'un passager.

Figure 3 : Un bouton d'arrêt réel pour chaque escalier mécanique
Figure 4 : Écran du moniteur et un bouton d'arrêt réel

Cette approche présente les inconvénients suivants :

  • Il n'est pas facile de trouver des boutons précis en cas d'urgence.
  • Lorsque l'erreur de fonctionnement provoque d'autres blessures, l'opérateur doit assumer la responsabilité de sécurité correspondante, de sorte que l'opérateur ne souhaite pas l'utiliser ou n'ose pas l'utiliser.[8]
Figure 5 : Détection de chute de passagers et arrêt à distance de l'escalator
Figure 6 : L'avocat de la gare arrive à l'escalator

Ce document propose un moyen sûr et pratique d'arrêter les escaliers mécaniques à distance (c'est-à-dire en mode C). Les opérateurs appuient sur un seul bouton d'arrêt réel pour couper le circuit de sécurité et arrêter l'escalier mécanique - sur lequel l'événement dangereux se produit - via le contrôle du serveur d'analyse vidéo et des composants de télécommande (qui passent la certification de sécurité PESSRAE et obtiennent le certificat d'essai de type ; Figure 4 ).

Les modes opératoires sont les suivants :

  1. Le serveur d'analyse vidéo et les composants de télécommande préservent les informations de l'escalier roulant lorsqu'ils détectent qu'un passager se trouve dans une situation dangereuse sur un escalier roulant ;
  2. Le moniteur dans la salle de surveillance de sécurité affiche la vidéo en temps réel correspondante en fonction des informations conservées dans le serveur d'analyse vidéo et les composants de contrôle à distance ;
  3. L'opérateur confirme manuellement que les informations de l'escalier roulant sont cohérentes et appuie sur le bouton d'arrêt réel s'il existe des conditions dangereuses sur l'escalier roulant dans la vidéo ;
  4. Les composants du serveur d'analyse vidéo et du dispositif de télécommande coupent le circuit de sécurité correspondant de l'escalier mécanique pour arrêter l'escalier mécanique.

Resultats

Le système de surveillance vidéo et de contrôle à distance en temps réel, qui comprend un total de huit caméras correspondant à 19 escaliers mécaniques, fonctionne d'août 2018 à octobre 2019 dans la station de métro Hanzhong de Shanghai.

  1. Capturez avec succès :

    • 32 chutes de passagers (toutes les chutes de passagers ont été capturées avec succès)
    • 738 événements de marche inversée pour passagers
  2. Réalisez la télécommande de sécurité :

    • Les autres blessures corporelles du passager sont efficacement évitées et la sécurité est grandement améliorée.

Prenons l'exemple d'un cas qui s'est produit à 3 h 20 le 17 août 2018, sur un escalier roulant montant dans la station de métro Hanzhong de Shanghai. Dans ce cas, une femme âgée tombe parce qu'elle n'a pas réussi à saisir la main courante. L'opérateur dans la salle de surveillance de sécurité est informé par le moniteur et appuie sur le bouton d'urgence réel pour arrêter l'escalier mécanique immédiatement, comme le montrent les figures 5 et 6. Le temps est de 14 s à partir du moment où la chute s'est produite jusqu'à l'arrêt de l'escalier mécanique ; le temps est de 26 s à partir du moment où la chute s'est produite jusqu'à ce que l'avocat de la station arrive à l'escalier roulant.

Les résultats montrent que le système a une grande précision et un faible taux d'erreurs de jugement, et que l'escalier mécanique à arrêt à distance est sûr et pratique. Il offre de larges perspectives d'applications dans l'industrie des ascenseurs dans le monde entier.


Références

[1] Liu Chunjie. « Recherche et pratique du métro intelligent de Shanghai [J] ». Recherche sur le transport ferroviaire urbain, 2019 (6) : 1-6.

[2] Liu Chunjie. « Innovation et pratique du contrôle intelligent de l'escalator de transit ferroviaire de Shanghai [J] ». Ingénierie municipale de Chine, 2019 (06): 1-3+100.

[3] Long, Sijin, Lu, Jian, Xing, Yingying, et al. « Une analyse des blessures liées aux escaliers mécaniques dans les stations de métro en Chine, 2013-2015[J]. » Analyse et prévention des accidents, 2019, 122 (janvier) : 332-341.

[4] Filippone, J., Feldman, JD, Schloss, RD et Cooper, DA (2002). « Reconstruction et contentieux des accidents d'ascenseurs et d'escaliers mécaniques », Lawyers & Judges Publishing Company, Inc.

[5] M. Andriluka, S. Roth et B. Schiele. « Estimation de pose 3D monoculaire et suivi par détection. » CVPR, 2010.

[6] Chen Dong. « Développement logiciel d'un système de surveillance de la sécurité des piétons pour les escaliers mécaniques basés sur l'analyse vidéo[D]. » Université du Zhejiang, 2019.

[7] Tian Lianfang, Wu Qichao, du Qiliang, Huang Liguang, Li Miao, Zhang Daming. "Identification du comportement anormal des passagers de l'ascenseur à pied sur la base de la séquence du squelette humain [J]." Journal of South China University of Technology (sciences naturelles), 2019, 47 (04): 10-19.

[8] Yang Guanbao. « Système de surveillance intelligent et d'économie d'énergie des escaliers mécaniques basé sur la vision panoramique[D]. » Université de technologie du Zhejiang, 2011.

[9] Il Cheng. « Système de surveillance et de contrôle des escalators basés sur la sécurité fonctionnelle et la reconnaissance d'images d'IA et réglementations de sécurité connexes [J] ». Ascenseur de Chine, 2019, (15) : 6-8.

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Yantai Luo travaille pour Shanghai Mitsubishi Elevator Corp., Japon.

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