本发明属于校园安全
技术领域：
，涉及一种基于视频人流统计技术的智能校园防踩踏预警装置。
背景技术：
：踩踏事件是指人太多的时候，后面的人不知道前面的情况，像潮水一样拥推前面的人，这时，只要有一个人倒下，后面的人就会被推到他上面，形成踩踏，(特别是下楼梯时)。中小学校园踩踏事件易造成群死群伤，其受害主体大多为学生，受社会广泛关注且敏感性强，一旦发生会被无限放大，影响巨大。如今，每一所中小学都有安全常规管理制度、安全事故处理预案等等，措施到位，责任到人，只差“人盯人、人防人”了。中小学的班主任，尤其是寄宿制学校的班主任，“两眼一睁，忙到熄灯；两眼一闭，梦到学生”，整天围着学生转，最大的目的就是防止安全事故的发生。校园踩踏事件中，受伤害的往往是小学生，而且低年级的学生受伤害的可能性更大。但对低年级学生而言，即便是安全教育抓得再狠，孩子们是否能听进去、记得往是个问题。另外，校园安全事故具有突发性，就算是“人盯人”也不见得就能防得住，何况“人盯人”根本不现实。退一步讲，就算安全教育到位、管理措施也到位，我们也不能完全杜绝类似事故的发生，因为仅仅从这两个方面找问题是不够的，有些隐患是“先在”的。近一段时间以来，全国发生在校园内的学生拥挤踩踏事故时有发生，对中小学生生命安全构成了严重威胁，这不仅让孩子在学校生活提心吊胆，父母们心里也始终觉得惴惴不安。为了减少校园内踩踏事件的发生，学校防止校园踩踏事件发生的措施主要以建立制度、宣传教育和应急演练为主，例如：1、在楼道张贴警示行走标语，每一个班主任、任课教师都要担负起对学生进行安全管理和教育的责任，想方设法减小安全事故发生。2、要从学生实际出发，在出操、集合、上下课等上下楼梯的活动中，不强调快速、整齐，适当错开时间，分年级、分班级逐次上下楼，安排老师在楼梯口守候学生上下楼梯并做好疏散工作。3、加强应急疏散演习，制定预防校园拥挤踩踏事故的应急预案，平时加强演练。4、在学生中开展生命教育，让老师和学生明白互相踩踏有什么后果，让学生明白如何应急疏散，如何珍爱生命。要让学生充分认识，发生拥挤的后果就会出现踩踏事故、注意防范措施，了解在楼梯间打闹、搞恶作剧的危险性，增强学生防范意识。5、建立各项全管理制度，将安全工作的各项职责层层进行分解，落实到人，每一个班主任、任课教师都要担负起对学生进行安全管理和教育的责任，专门针对预防学生拥挤踩踏事故建立制度，定期检查楼道、楼梯等。制订教师值班制度。然而，如何才能方便、有效的统计出校园内等场所的学生人流信息？传统的客流统计方式有这么几种：人工客流统计、红外线感应客流统计、三辊闸客流统计、重力感应客流统计等，针对于这几种传统的客流统计方式，其相关的优劣性做分析如下：(1)人工统计方式由人工来统计客流量，这种方法存在很大弊端。首先，统计人员的注意力不可能长时间的保持高度集中，极易在疲倦的时候漏数人数。其二，是时间方面，统计员不可能长时间的、不间断的工作，很难做到全面统计。其三，是成本方面，采用人工的方式统计所产生的人力薪资成本毫无疑问要比采用设备统计的成本要高出许多，而且设备属于一次性投入，而人力成本属于持续性投入。因此，人为统计方式只能作为某时间段的概数统计，缺乏全面性和有效性。(2)三辊闸方式三辊闸方式主要采用机械方式，人员进入相关场所需要经过翻滚闸口，翻滚闸滚动一次，由此记录一个进、出人员。三辊闸方式对于数据统计比较准确，但是由于需要在出入口处安装三辊闸机器，对于校园来说缺乏美观性，而且便利性不够，无法快速进出，因此并不适合于校园等场所应用(3)红外线感应统计方式红外感应客流统计设备可以分为：红外对射方式、红外反射方式等设备，其主要的实现方式是对从红外感应区域经过的人体，切断或阻挡红外线使其产生电阻变化、或是通过检测人体发出的10um左右的特定红外线来判断人体数量。此方式成本比较适中，可以在人们自由进出门口时，系统自动获取人流数据，设备较小且安装美观。但由于红外光极易受到外界因素干扰，使其统计数据产生较大误差；对于比较宽的门口，多人同时经过的时候也容易产生漏数现象；其三，由于其本身技术原因，红外方式无法很好的判断顾客是进入或是出去，只能统计到是有人经过，因此数据采集的单一性影响客流分析的结果。(4)重力感应方式重力感应主要是在地板上安装重力感应装置，计算当人体踩踏过去的时候，计算通过人数。但由于安装相对要求较高、成本高、而且其稳定性方面的问题，很少被使用。申请号cn201710431565.9公开一种基于非稳态运动物体统计的防踩踏预警系统，主要解决公共场所人员拥挤的情况下，对可能造成踩踏事故进行提前预警；申请号cn201610435496.4公开一种楼道防踩踏预警及疏散装置，可实现楼道拥挤时的自动指导、疏通，以及在楼道发生踩踏时的安全疏散；但由于校园中特殊的学生人群、校园环境等情况的存在，目前现有方案都很难较好的满足校园的需求。综合以上几种传统的客流统计方式，都很难较好的满足校园的需求。综上所述，本发明采用基于视频的人流量统计方式来实现校园防踩踏安全预警。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于视频人流统计技术的智能校园防踩踏预警装置，该装置能够对校园人员密集场所(如楼梯口)的人流进行进监测、分析，并对踩踏风险进行预警分级，同时可以联动人流控制道闸、声光指示引导、远程提醒疏导等应急处置手段，防止踩踏事件的发生，减轻老师和学校的工作压力，提升校园安全水平。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于视频人流统计技术的智能校园防踩踏预警装置，其特征在于，包括：安装于校园楼梯进口的第一人员统计摄像机；安装于校园楼梯出口的第二人员统计摄像机；位于校园监控中心内的预警服务器；其中，第一人员统计摄像机、第二人员统计摄像机分别与所述预警服务器连接；所述预警服务器还分别连接有校园广播喇叭、疏散引导指示灯与报警器；所述预警服务器通过无线通信模块与接收模块进行连接。所述无线通信模块为4g无线模块，包括短信猫；所述接收模块为学校管理老师或安保人员携带的手机或电脑；所述报警器为声光报警器；所述预警服务器还连接有人流控制道匝。所述第一人员统计摄像机与第二人员统计摄像机用于感知校园楼梯进、出口内的学生活动信息；所述预警服务器处理分析上述学生活动信息，对可能发生踩踏的风险进行分级预警；所述校园广播喇叭播放语音，提示学生注意安全，缓慢行走；所述预警服务器通过无线通信模块向接收模块发送微信、短信、电话或视频提醒学校老师前来疏散指导和错峰上下课；所述报警器用于给出声光报警提示；所述疏散引导指示灯用于疏散引导指示，指明疏散引导出口及方向。该预警装置的预警方法具体包括：人流监测：在楼梯进、出口安装第一人员统计摄像机、第二人员统计摄像机，实时监控楼梯进、出口学生活动的情况，并将视频信号传输至预警服务器，基于视频的人体行为识别技术对学生运行行为进行识别，从而了解学生进出楼梯口的人数、方向；关联分析及预警分级：在校园内多个区域安装高清摄像头，监控多个区域内学生活动情况，获得校园学生流动趋势，结合校园主要出入口的通行疏散能力，分析计算当前及未来发生踩踏的风险；根据楼梯区域内学生数量的不同，进出楼梯学生数量的不同，是否存在逆行，预测出现学生大流量汇聚的不同，对应不同的风险等级，分别给予不同预警提示；联动处置：控制人流道闸：当发生预警事件时，联动入口道匝关闭入口，不让后续人员进入，实现只进不出，从而防止了人流进一步增加；声光报警器：发出声光报警信息，告知学生踩踏风险的存在，警示学生注意安全，减速慢行或分流疏散方向指示灯：方向指示灯亮，指示疏散方向，引导人流按指定方向疏散；校园语音喇叭：发出提示语音，引导人流疏散，减少人员恐慌和骚乱；远程提醒疏导:采用微信、短信、电话、视频等形式提醒学校管理老师和安保人员前来疏散指导和错峰上下课；校园监控中心调取现场监控视频，对踩踏风险区域进行远程指挥和调度。人流监测步骤中，是采用双目人流统计技术，利用两个摄像头来获取运动目标的三维信息，将获取的两个不同的目标图像进行头部、肩宽、身高对比，实现更高精准的客流统计。关联分析及预警分级步骤中，将校园分割成多个独立监测空间，计算每一个独立监测空间的人流量情况和疏散口的通过能力，通过分析瞬态人员分布和动态人员移动趋势，做出校园防踩踏预警提示。关联分析及预警分级具体实现为：将校园分割成多个独立监测空间；根据放学、上学、上课、下课情况，定义每个独立监测空间的人流入口和人流出口；在出入口放置人流量监测装置，获得每个进出口出入该空间的人员数量；计算统计在该独立监测空间的人员数量；根据时间连续性，计算该独立监测空间的人员数量累积速度；计算该独立监测空间入口进入的人员数量；计算该独立监测空间出口离开的人员数量；汇总该独立监测空间相邻空间的离开人员数量；根据以上情况，可分预警等级，做出预警判断。本发明的有益效果：本案采用人员统计摄像机对校园主要出入口进行实时监控，通过视频分析算法统计人员数量、分析人员流向、预判人员行为，结合校园出入口人员通过能力等因素进行综合分析判断，对可能发生踩踏的风险进行预警，同时联动安装在主要出入口的广播、警示灯对学生人群进行声光引导，通过早期干预，降低校园学生在狭窄空间内(如楼梯等)发生的踩踏事件的风险，提高应急疏散、救援效率，提升校园安全管理水平。附图说明为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1为本发明智能校园防踩踏预警装置的结构框图；图2为本发明智能校园防踩踏预警装置的原理图；图3为本发明双目人流统计技术的原理图；图4为本发明双目人流统计技术的三维图；图5为本发明将校园分割成多个独立监测空间的原理图；图6为图5中教室的分割图；图7为图5中楼梯的分割图。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。一种基于视频人流统计技术的智能校园防踩踏预警装置，如图1所示，包括：安装于校园楼梯进口的第一人员统计摄像机；安装于校园楼梯出口的第二人员统计摄像机；位于校园监控中心内的(校园防踩踏)预警服务器；其中，第一人员统计摄像机、第二人员统计摄像机分别与所述预警服务器连接；所述预警服务器还分别连接有校园广播喇叭、疏散引导指示灯与报警器；所述预警服务器通过无线通信模块与接收模块进行连接。所述无线通信模块为4g无线模块，包括短信猫；所述接收模块为学校管理老师或安保人员携带的手机或电脑；所述报警器为声光报警器；所述预警服务器还连接有人流控制道匝。上述防踩踏预警装置还包括室内高清屏，该室内高清屏连接至所述预警服务器，预警服务器将第一人员统计摄像机、第二人员统计摄像机获取的人流信息投放至室内高清屏上，可让校园学生直观的观看了解各个人流通道内的人流情况，从而避开拥挤路径，选择其他路径；室内高清屏可安装在校园大门口位置；上述防踩踏预警装置还包括led路灯，led路灯的电源控制器连接至预警服务器，防止在夜晚出现人流拥挤情况；上述防踩踏预警装置还包括预警灯，预警灯包括并排设置的红色预警灯、橙色预警灯、黄色预警灯与蓝色预警灯；该预警灯设置在楼梯出入口或校园其他重要出入口，预警灯连接至预警服务器，根据人流多少情况，开启对应的红色、橙色、黄色与蓝色预警灯，进行初步预警；上述预警服务器还可以与消防指挥中心的服务器进行通信连接，用以将校园人流量信息消防指挥中心，进行日常备案；所述第一人员统计摄像机与第二人员统计摄像机用于感知校园楼梯进、出口内的学生活动信息；所述预警服务器处理分析上述学生活动信息，对可能发生踩踏的风险进行分级预警；所述校园广播喇叭播放语音，提示学生注意安全，缓慢行走；所述预警服务器通过无线通信模块向接收模块发送微信、短信、电话或视频提醒学校老师前来疏散指导和错峰上下课；所述报警器用于给出声光报警提示；所述疏散引导指示灯用于疏散引导指示，指明疏散引导出口及方向。其工作原理：(1)安装高清摄像机(即人员统计摄像机)，是基于视频的学生人流统计分析技术，感知校园内的学生活动信息(学生数量统计、学生流向分析、学生行为预判)；(2)通过计算机处理分析，是基于“人流趋势-疏散能力”关联分析技术，结合学生数量、学生流向、学生行为，以及校园出入口学生通过能力等因素进行综合分析预判，对可能发生踩踏的风险进行分级预警；(3)通过校园广播喇叭播放语音，提示学生注意安全，缓慢行走；(4)通过4g无线模块发送短信、微信提醒学校老师前来疏散指导和错峰上下课；(5)通过报警器，给出声光报警提示，安装与楼梯处；(6)通过疏散引导指示，指明疏散引导出口及方向。如图2所示，智能校园防踩踏预警装置的预警方法具体包括：(1)基于视频的人流统计分析在楼梯出入口安装高清摄像头，实时监控楼梯口学生活动的情况，并将视频信号传输至操作室，基于视频的人体行为识别技术对学生运行行为进行识别，从而了解学生进出楼梯口的人数、方向等。在上学、放学或课间，出现学生经过楼梯人数过多或逆行时，能够及时预警。(2)“人流趋势-疏散能力”关联分析，分级预警在校园内多个区域安装高清摄像头，监控多个区域内学生活动情况，获得校园学生流动趋势，结合校园主要出入口的通行疏散能力，分析计算当前及未来发生踩踏的风险。根据楼梯区域内学生数量的不同，一定时间内进出楼梯学生数量的不同，是否存在逆行，预测出现学生大流量汇聚的不同等，对应不同的风险等级，分别给予不同预警提示。(3)联动处置：多手段预警信息发布及声光疏散引导控制人流道闸：当发生预警事件时，联动入口道匝关闭入口，不让后续人员进入，实现只进不出，从而防止了人流进一步增加。声光指示引导：声光报警器：发出声光报警信息，告知学生踩踏风险的存在，警示学生注意安全，减速慢行或分流疏散方向指示灯：方向指示灯亮，指示疏散方向，引导人流按指定方向疏散校园语音喇叭：发出提示语音，引导人流疏散，减少人员恐慌和骚乱远程提醒疏导:采用微信、短信、电话、视频等形式提醒学校管理老师和安保人员前来疏散指导和错峰上下课。校园监控中心调取现场监控视频，对踩踏风险区域进行远程指挥和调度。其中：基于视频的人流统计分析视频人流统计系统依赖于目前最新的人体特征识别算法，模式识别算法和人工智能算法等多领域的技术，实现对画面中特定区域：如大门，楼梯口等区域的人头、头肩等特征部位进行识别，以此来区分人和其他物体，并根据其运动轨迹来判断人的出入关系，最后得出进入人数量、离开人数量、保有量等统计数据。系统融合了视频处理、图像处理、模式识别以及人工智能等多个领域的技术，对特定通道口的人流量进行统计，从而获得任意指定时段单向或双向人流量以及人群流动特点等数据。视客流量统计模块采用的是基于图像特征和机器学习的算法。该模块综合行人的运动、颜色以及轮廓等特征，通过大量样本训练得到了人头检测器，通过对视频中人头的检测和跟踪判断通过区域的人数和方向，从而实现客流量的统计。本设计采用双目人流统计技术，如图3、图4所示，是利用两个摄像头来获取运动目标的三维信息，类似于人的两只眼睛，将获取的两个不同的目标图像进行头部、肩宽、身高对比，从而实现更高精准的客流统计。其算法为：首先分析kinect传感器输出的原始深度图，找出距离与灰度级的对应关系；目标分割，标定距离与灰度级关系后对原始深度图取反得到灰度图，通过聚类算法把灰度图中头部和肩部分成两类，并利用直方图计算得到的灰度级分割灰度图，得到二值图序列；头部识别以及跟踪计数，即基于人体头部的类椭圆状、头部的大小以及头部与肩部的空间位置等特征遍历二值图序列和灰度图，识别人体头部位置，并建立航迹，统计进出的人数；本设计选用的双目人流统计“数人头”更加精准，主要体现在：(1)高精确度：采用基于3d双目立体视觉技术，精确统计到每一个人，精度可达97％以上；(2)高适应性：算法可以适应剧烈的光照变化(如不同的地毯颜色以及阳光、灯光)，复杂的物体干扰(如推拉门，购物车)以及拥挤的人群；(3)双向客流：可同时分辨进入及离开的客流量；(4)显示轨迹：3d目标检测跟踪技术，终端可查看实时视频，跟踪轨迹，方便实时查看进出人数，可以录制带跟踪轨迹的录像，用于验证精度。(5)高度过滤：根据目标的高度信息可以自定义设置需要过滤计数的人员高度。“人流趋势-疏散能力”关联分析技术将校园分割成多个独立监测空间(楼梯道、走廊等)，结合视频技术实时统计计算每一个独立监测空间的人流量情况和疏散口的通过能力，通过分析瞬态人员分布和动态人员移动趋势，做出校园防踩踏预警提示。具体实现为：1、将校园分割成多个独立监测空间，如每层楼梯道，每间教室的走廊等，如图5所示。2、根据放学、上学、上课、下课等情况，定义每个独立监测空间的人流入口和人流出口。3、在出入口放置人流量监测装置，获得每个进出口出入该空间的人员数量，如图6、图7所示，图中箭头表示人员统计摄像机安装方向，可以统计经过该装置下方的人数和方向，即可获得一定时间内进入多少人，离开多少人。4、计算统计在该独立监测空间的人员数量，即为上次统计的人数+所有进入的人数-所有离开的人数，是否在正常人数范围，是否存在超员情况；5、根据时间连续性，计算该独立监测空间的人员数量累积速度，即为此次统计的人数-上次统计的人数，是否人数在减少或增加不多，是否存在急剧增加的情况；6、计算该独立监测空间入口进入的人员数量，即为某一入口进入的人数-离开的人数，是否出入平衡，是否存在入口超员涌入情况；7、计算该独立监测空间出口离开的人员数量；8、汇总该独立监测空间相邻空间的离开人员数量(即将会进入该独立监测空间的人员数量)，这些人员很可能在一段时间后到达该独立监测空间，是否存在大流量涌入情况；9、根据以上情况，可分预警等级(存在严重/一般/轻微风险、一级/二级/三级等)10、做出预警判断：发生声光提示(警铃、警灯)，语音提示(“本处人员很多，请注意慢行”，“请缓慢行走”，“前方楼梯学生很多”，“请原地不动”等)，短信提示(通知老师和安保人员，前来疏导)，推送监控视频画面给老师和安保人员。预警分级划分根据校园踩踏事故特点把学生发生踩踏事故前的拥挤现象分为异向群集流和单向群集流。异向群集是指来自两个方向的人群相遇时产生的群集现象，就是既有人流要下楼又有人流要上楼。单向群集是人流都是下楼或者都是上楼。人群拥挤踩踏事故的一个重要特点是人群的高度聚集。可以用集群指数来表达这一特征：ci＝a×[n/s]×noff×v×c式中，α—公共场所的事故易发生性系数，由专家给定；n—公共场所容纳的总人数；s—公共场所有效的人群活动面积，m2；noff—公共场所进出口人群流动系数，n人/(m*s)；v—公共场所人群移动的平均速度，m/s；c—由于年龄、性别、生理、教育水平、安全意识、安全行为等因素决定的人群聚集修正系数，通常由专家给定。集群指数中[n/s]和v是重要的决定量，[n/s]可以用人群密度(人/m2或m2/人)表示，v为人群的移动速度，m/s。人群密度与人的可运动状态如下表所示，可见人群密度越大，单个人的活动就越困难。拥挤密度1m站席的活动状态5人接触旁人衣物的状态6人可以拣拾脚下物品，可转身7人肩、肘有压力8人人和人之间可以勉强挤过去9人手不能上下动作10人周围感到压力、身体不能动，发生呼叫nelsonandmaclenan所计算人群密度应该在0.54-3.8人/m2。0.54人/m2或以下个人能够相对自由移动，而3.8人/m2或以上可能形成严重拥塞，稍许或不能移动。综上所述，根据楼梯区域内学生数量的不同，一定时间内进出楼梯学生数量的不同，是否存在逆行，预测出现学生大流量汇聚的不同等，对应不同的风险等级，分别给予不同预警提示。采用分级预警机制，将预警分为三级，一级最高。划分原则为：一级预警：人群密度为大于5人/m2、密度增长率3人/s*m2、存在逆行二级预警：人群密度为大于4人/m2、密度增长率2人/s*m2、不存在逆行三级预警：人群密度为大于3人/m2、密度增长率1人/s*m2、不存在逆行本案采用安防监控摄像头对校园主要出入口进行实时监控，通过视频分析算法统计人员数量、分析人员流向、预判人员行为，结合校园出入口人员通过能力等因素进行综合分析判断，对可能发生踩踏的风险进行预警，同时联动安装在主要出入口的广播、警示灯对学生人群进行声光引导，通过早期干预，降低校园学生在狭窄空间内(如楼梯等)发生的踩踏事件的风险，提高应急疏散、救援效率，提升校园安全管理水平。以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属
技术领域：
技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。当前第1页12