ПРЕСС-ЦЕНТР

Автоматический подсчёт пассажиров общественного транспорта

Константин Утешев, ЗАО «РТСофт»

Основные технические требования и подходы к реализации

Приводятся основные технические требования к системам подсчёта пассажиров общественного транспорта, обсуждаются имеющиеся на рынке технические решения и варианты реализации, их достоинства и недостатки.

Назначение систем подсчёта пассажиров и решаемые ими задачи

Системы подсчёта пассажиров предназначены для получения информации о реальном количестве перевезённых пассажиров, востребованности маршрутов общественного транспорта, загруженности подвижного состава в интересующие интервалы времени и последующего анализа пассажиропотоков.

На современном этапе развития техники трудоёмкий ручной подсчёт пассажиров может быть заменён специализированными Автоматическими Системами Подсчёта Пассажиров (АСПП), обеспечивающими требуемую точность и объективность получаемых данных.

Принятые подходы к реализации АСПП позволяют практически без дополнительных финансовых затрат также реализовать и контроль текущего состояния каждой единицы подвижного состава (местонахождение, факты отклонения от расписания и маршрута движения, данные о работе и состоянии основных агрегатов, температура воздуха в салоне и т. п.).

Таким образом, современные АСПП позволят специалистам транспортных предприятий:

  • планировать/оптимизировать маршрутную сеть и график движения подвижного состава для каждого маршрута с учётом дней недели, сезонности и других факторов;

  • выявлять безбилетников и «скрытых безбилетников» (пассажиров, следующих дальше зон, оплаченных при покупке билетов);

  • планировать режимы работы и нагрузку касс, разъездных кассиров и контролёров;

  • получать информацию о соблюдении расписания движения каждой единицы подвижного состава;

  • контролировать текущее местоположение всех единиц подвижного состава и факты отклонения от маршрута;

  • объективно и оперативно реагировать на жалобы пассажиров касательно соответствия температуры воздуха в салоне требованиям санитарных норм;

  • получать объективную информацию о пробеге и о работе основных подсистем подвижного состава (для планирования ремонтов и технического обслуживания).

Типовая структура и принцип работы АСПП

Несмотря на различные физические принципы реализации подсчёта пассажиров и конструктивные особенности систем от разных производителей, структура АСПП достаточно типовая (рис. 1).

В состав АСПП входят следующие компоненты:

  • устанавливаемые на подвижном составе:
    • датчики и первичные средства измерения:
      • датчики подсчёта пассажиров;
      • датчики контроля положения дверей вагона;
      • датчики контроля состояния подвижного состава (при необходимости); например датчики температуры воздуха в салоне;
    • контроллер сбора и передачи данных, оснащённый:
      • модулем контроля текущего положения подвижного состава (GPS/ГЛОНАСС);
      • модулем передачи данных (GSM/GPRS) на сервер АСПП;
      • дискретным и/или аналоговым вводом-выводом (при необходимости);
      • промышленными сетями для сбора данных с интеллектуальных датчиков и интеграции с бортовыми системами подвижного состава (при необходимости);
    • антенна GSM/GPRS + GPS/ГЛОНАСС;
  • устанавливаемые в офисе транспортного предприятия:
    • сервер;
    • автоматизированные рабочие места (АРМ) специалистов и руководителей транспортного предприятия.

Рис. 1. Типовая структура АСПП

Рис. 1. Типовая структура АСПП

Как правило, система работает следующим образом. У каждой двери подвижного состава размещаются датчики, фиксирующие факт прохода пассажира. Совокупность аппаратных и алгоритмических решений, применённых в АСПП, позволяет различать отдельных пассажиров в потоке людей, а также отличать реальный проход пассажира от скопления людей в тамбуре при плотном заполнении вагона пассажирами. Необходимое количество датчиков определяется с учётом ширины дверного проёма (для обеспечения гарантированного перекрытия дверного проёма зонами покрытия датчиков).

Подсчёт пассажиров начинается с момента остановки подвижного состава (фиксируется GPS/ГЛОНАСС-приёмником) и открытия дверей (контролируется по срабатыванию конечного выключателя соответствующей двери). После закрытия дверей подсчёт пассажиров на данной остановке прекращается. Контроллер АСПП обрабатывает данные со всех датчиков и отправляет собранную информацию на сервер АСПП по каналу GSM/GPRS.

На сервере Системы производится сопоставление GPS-координат собранных данных с координатами остановок на маршруте, привязка данных к конкретной остановке и их архивное хранение. Визуализация накопленной информации и предоставление требуемой отчётности обеспечивается на экранах АРМ специалистов и руководителей транспортного предприятия.

Основные требования к АСПП

С учётом особенностей эксплуатации электронных компонентов на подвижном составе к современным системам АСПП предъявляются следующие требования:

  • к функциональным характеристикам:
    • точность подсчёта пассажиров – не менее 95 %;
    • буферизация накапливаемой информации при пропадании связи GSM/GPRS (например, в случае выхода транспортного средства за пределы зоны покрытия GSM/GPRS);
    • автоматическое возобновление передачи данных при восстановлении связи;
    • наличие аппаратного сторожевого таймера;
    • автоматический рестарт при пропадании и последующем восстановлении электропитания;
    • сохранность собранных данных и конфигурационной информации при пропадании электропитания;
    • возможность удалённой диагностики и контроля работоспособности оборудования;
    • срок службы – не менее 10 лет;
  • к условиям эксплуатации:
    • температура окружающей среды от –40 до + 70°С;
    • работа в условиях высокой влажности, вибраций, наличия электромагнитных помех;
  • к электропитанию:
    • электропитание должно осуществляться от штатной электросети подвижного состава;
    • небольшое энергопотребление;
  • к конструктивному исполнению:
    • промышленное антивандальное исполнение;
    • компактность;
    • эстетичность/незаметность;
    • пассивное охлаждение;
    • соблюдение жёстких требований по электро- и пожаробезопасности;
    • смонтированные компоненты АСПП не должны преграждать доступ к штатному оборудованию подвижного состава (для выполнения ремонтов и технического обслуживания).
Варианты реализации и имеющиеся технические решения

Функциональность, эксплуатационные характеристики и стоимость систем АСПП определяются двумя основными компонентами:

  • датчиками, обеспечивающими непосредственный подсчёт пассажиров;
  • контроллером, выполняющим обработку и передачу данных на сервер системы АСПП.

Датчики подсчёта пассажиров

С точки зрения физических принципов работы можно выделить следующие типы датчиков подсчёта пассажиров.

  a) Датчики подсчёта пассажиров типа «чувствительная ступенька» (рис. 2).

Рис. 2. Датчики подсчёта пассажиров типа «чувствительная ступенька»

Датчик выполнен в виде ступеньки и устанавливается около двери транспортного средства под резиновое покрытие пола. Датчик срабатывает по каждому факту нажатия. Специальный алгоритм обработки сигналов от данных датчиков, основанный на анализе временной задержки, позволяет отслеживать ситуации, когда один и тот же пассажир встал на ступеньку двумя ногами или топтался на ней. 

Достоинства: 

  • относительно невысокая стоимость.

Недостатки:

  • относительно небольшой срок службы в связи с особенностями установки и контактным принципом работы;
  • необходимость установки нескольких датчиков для широких дверных проёмов, что удорожает решение;
  • невозможность определения направления движения пассажира (на вход или на выход);
  • ориентированы на подсчёт общего количества перевезённых пассажиров за большой интервал времени (без возможности подсчёта вошедших/вышедших пассажиров на каждой остановке).   
Рис. 3. Инфракрасные датчики, работающие по принципу прерывания или отражения луча

б) Инфракрасные датчики, работающие по принципу прерывания или отражения луча (рис. 3).

Простейшие версии датчиков данного типа формируют луч, пересекающий пространство дверного проёма в горизонтальной плоскости. Датчик срабатывает по каждому факту прерывания луча. Более развитые модели имеют два луча, контроль очерёдности прерывания которых позволяет отслеживать не только факт прохода, но и направление движение пассажира (на вход или на выход).

Рис. 3. Инфракрасные датчики, работающие по принципу прерывания или отражения луча

Наиболее совершенные датчики данного типа устанавливаются над дверным проёмом вагона, излучают и фиксируют отражённые пассажирами сигналы. Анализ полученной всеми датчиками одной двери информации производится в специализированном внешнем вычислителе (контроллере) по достаточно сложным и закрытым для пользователя алгоритмам. В частности, определяется направление движения пассажира, исключаются ситуации двойного подсчёта одного и того же пассажира, попавшего в зону покрытия двух смежных датчиков одной двери, обрабатываются ситуации повторного пересечения пассажиром луча датчика при подъёме или спуске по ступенькам транспортного средства.

Встречаются также комбинированные устройства, состоящие из согласованных между собой активных и пассивных инфракрасных датчиков.

Достоинства:

  • потенциально, самое доступное по цене решение;
  • компактность, простота установки;
  • получение информации о числе как вошедших, так и вышедших пассажиров на каждой остановке.

Недостатки:

необходимость установки нескольких датчиков для широких дверных проёмов, что удорожает решение;
в сложных ситуациях (при проходе пассажиров по диагонали дверного проёма, вдоль ступенек, при высовывании пассажира из двери, при движении пассажиров с габаритным багажом и т. д.) точность подсчёта падает;
возможность блокировки луча датчика статичным объектом (например, стоящим в проходе пассажиром);
для обработки информации требуется внешний специализированный вычислитель c, как правило, закрытым для пользователя программно-алгоритмическим обеспечением.

   a) Единые массивы (матрицы) инфракрасных датчиков (рис. 4).  

Рис. 4. Матрицы инфракрасных датчиков

 в) Несмотря на схожий базовый принцип работы (излучение и контроль отражённого инфракрасного сигнала) датчики данного типа принципиально отличаются от описанных выше. Ключевым элементом датчика является матрица из нескольких сотен чувствительных элементов, на основе обработки сигналов от которых непосредственно в датчике (без необходимости применения внешнего вычислителя) формируется 3D-профиль объектов (пассажиров) в контролируемой области.

 Рис. 4. Матрицы инфракрасных датчиков

Высота отдельных точек объекта вычисляется на основе измерения промежутка времени, в течение которого инфракрасное излучение от передатчика, отразившись от объекта, было зафиксировано каждым из чувствительных элементов приёмника.


Дальнейшее отслеживание объектов позволяет зафиксировать факт и направление пересечения ими линии дверей, то есть считать входящих и выходящих из вагона пассажиров.

Достоинства:

  • получение информации о числе как вошедших, так и вышедших пассажиров на каждой остановке;
  • компактность, простота установки;
  • обработка сигналов производится непосредственно в датчике и не требует внешнего вычислителя;
  • угол обзора позволяет использовать один датчик и для широких дверей подвижного состава.

Недостатки:

  • Рис. 5. Стереоскопические датчикивысокая стоимость (по крайней мере, на данный момент);
  • из-за переотражения сигналов возможно появление «шумов» в формируемом датчиком 3D-профиле объекта, что может привести к ошибкам подсчёта пассажиров.

    г) датчики на основе интеллектуальной обработки изображений с обычных или стереоскопических видеокамер (рис. 5).

Рис. 5. Стереоскопические датчикиДатчики данного типа представляют собой компактные компьютеры, оснащённые встроенными видеокамерами. Наиболее интересен вариант с двумя камерами (стереокамеры). На основе синхронной обработки изображений с двух камер программно-алгоритмическое обеспечение датчика строит 3D-профиль контролируемой области, выделяет объекты (пассажиров), отслеживает факт и направление пересечения объектами линии дверного проёма вагона и, таким образом, вычисляет количество пассажиров, входящих и выходящих из вагона.

Достоинства:

  • потенциально, самая высокая точность подсчёта на основе обнаружения и отслеживания движения объекта в контролируемой области (область дверного проёма);
  • получение информации о числе как вошедших, так и вышедших пассажиров на каждой остановке;
  • угол обзора позволяет использовать один датчик и для широких дверей подвижного состава;
  • обработка сигналов производится непосредственно в датчике и не требует внешнего вычислителя;
  • возможность применения алгоритмов подсчёта для нетипового поведения пассажиров и сложных ситуаций (в частности, повторное пересечение границы двери одни и тем же пассажиром, учёт высоты и формы лестниц в подвижном составе, обработка ситуации открытия дверей в контролируемой зоне и т. д.);
  • удобство настройки; настройка контролируемой области и параметров работы датчика производится через web-интерфейс непосредственно на изображении, формируемом камерой датчика (имеется возможность задавать контролируемые зоны в районе двери, смещать линии подсчёта входящих/выходящих пассажиров, игнорировать статические объекты в зоне видимости датчика и т. д.);
  • возможность записи и передачи по сети обычного видеоизображения c датчика для последующего анализа качества подсчёта пассажиров;
  • имеются модели со встроенной инфракрасной подсветкой, позволяющей датчику работать в любых условиях освещённости.

Недостатки:

  • относительно большие габаритные размеры и сложность скрытой установки;
  • невозможность работы в полной темноте (нужен хотя бы минимальный источник света).

Примечание. В сети Интернет имеется также информация о датчиках, основанных на обработке сигналов от тепловизоров. В качестве недостатков данного принципа подсчёта отмечается высокая стоимость, относительно небольшой угол обзора, жёсткие ограничения на минимальную высоту установки датчика, которые не выполняются в отечественных поездах. Однако конкретные модели датчиков-тепловизоров для подсчёта пассажиров в общественном транспорте авторам данной статьи неизвестны.

Контроллер сбора и передачи данных

Можно выделить два класса контроллеров сбора и передачи данных, применяемых в системах подсчёта пассажиров:

   а) Полнофункциональные компьютеры/контроллеры в промышленном исполнении (рис. 6).

Достоинства:

  • возможность проводить любые требуемые вычисления (обработка сигналов от датчиков, защита/шифрование информации и т. д.);
  • большая номенклатура поддерживаемых интерфейсов и протоколов обмена данными;
  • возможность реализации собственных протоколов обмена данными;
  • широкие возможности по архивированию/буферизации больших объёмов данных.

Недостатки:

  • высокая стоимость с учётом желаемых технических характеристик для эксплуатации на транспорте;
  • относительно большие габариты.

Рис. 6. Полнофункциональный промышленный компьютер

Рис. 6. Полнофункциональный промышленный компьютер

 

  б) Терминалы для сбора данных от датчиков и передачи информации на удалённый сервер по каналу GSM/GPRS (рис. 7).

Рис. 7. ГЛОНАСС-терминал   

Достоинства:

  • потенциально, самое доступное по цене решение;
  • компактность, простота установки.

Недостатки:

  • нет возможности реализовать сложные алгоритмы обработки данных (например, совместную обработку сигналов от нескольких датчиков подсчёта пассажиров);
  • ограниченный состав реализованных/доступных интерфейсов и протоколов обмена данными.

Тип контроллера сбора и передачи данных определяется в первую очередь применяемыми датчиками подсчёта пассажиров и необходимостью во внешнем вычислителе для корректной обработки сигналов от них.

Заключение

В настоящий момент уровень развития средств автоматизации позволяет создавать системы подсчёта пассажиров общественного транспорта с требуемыми эксплуатационными характеристиками. Наиболее интересным и перспективным вариантом (с учётом итоговой стоимости решения) видится применение датчиков подсчёта пассажиров на базе стереоскопических видеокамер и ГЛОНАСС-терминалов с подходящим набором интерфейсов и сигналов ввода-вывода для сбора и передачи данных на сервер АСПП.