基于機器視覺的人流量分析系統(tǒng)設(shè)計

石靜雯 黎海濤 郎漫雨 李勝

面對復(fù)雜的疫情，最有效避免新冠病毒傳播的手段便是盡量減少公共人群聚集的情況。在傳統(tǒng)的人群疏散方案中，需要針對各大人流密集的地點安排工作人員進(jìn)行管理，難免會出現(xiàn)疏忽情況。除此之外，還極容易因突發(fā)情況出現(xiàn)預(yù)料之外的情況。而上述諸多原因?qū)⒃斐扇肆Τ杀靖摺㈩A(yù)警性和機動性差的情況。

基于這一背景，本項目希望設(shè)計出一種系統(tǒng)，提供給城市管理工作人員，在出外勤時可實時監(jiān)測城市各大重要交通樞紐的人流情況，從而為各類政企單位做出快速、精準(zhǔn)的預(yù)案。

人流密度統(tǒng)計原理和相關(guān)技術(shù)

前端層

隨著HTML5和CSS3語言標(biāo)準(zhǔn)的推行，讓網(wǎng)頁設(shè)計更加簡單、布局更加靈活、適用范圍更廣，還可以用于游戲桌面和移動應(yīng)用程序的開發(fā)。本系統(tǒng)利用JavaScript在前端層與邏輯層間提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，通過Ajax進(jìn)行頁面圖像和數(shù)據(jù)的更新。

算法調(diào)用

在本項目中需要針對3 m以上的中遠(yuǎn)距離俯拍，以頭部作為主要基準(zhǔn)識別目標(biāo)、統(tǒng)計人數(shù)，以適應(yīng)各類人流密集場景，同時還需要針對不規(guī)則區(qū)域的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，并輸出渲染圖片。

在經(jīng)過多種平臺的對比后，采取百度AI云平臺進(jìn)行算法層的調(diào)用。百度AI人流量統(tǒng)計采取HTTP協(xié)議通過POST方法來與云平臺后端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。通過申請的特定Access Token驗證后，返回對應(yīng)的JSON數(shù)據(jù)。

信息儲存

在算法請求進(jìn)程得到圖像數(shù)據(jù)后，采取SQLite作為終端數(shù)據(jù)庫。SQLite本身是利用C語言的體積很小，所以可以被集成到各種應(yīng)用程序中，尤其是針對樹莓派這類ARM架構(gòu)嵌入式的Linux系統(tǒng)。

使用mjpg-streamer視頻推流

在官網(wǎng)上將mjpg-streamer源代碼下載到樹莓派內(nèi)，解壓后使用make install安裝即可，同時使用/usr/local/bin/ mjpg_streamer -p 8080啟動攝像頭網(wǎng)絡(luò)推流。

在啟動成功后，需要通過IP地址訪問Web端的視頻頁面：http：//IP：8080/？action=stream。

程序結(jié)構(gòu)設(shè)計

軟件程序主要分為5個大類，各個流程環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)在不同環(huán)節(jié)的流動過程。

前端層：前端頁面采用JavaScript動態(tài)更新HTML頁面數(shù)據(jù)，通過文本輸入框，對話框等組件完成用戶的交互功能，以實現(xiàn)攝像頭數(shù)據(jù)切換，預(yù)警功能。

網(wǎng)絡(luò)層：客戶端前端請求通過基于TCP的http協(xié)議進(jìn)行傳輸。在傳輸過程中，還應(yīng)該注意樹莓派的網(wǎng)卡帶寬流量，最新的樹莓派4B+采用了千兆無線網(wǎng)卡，足以應(yīng)對多攝像頭的視頻推流。

視頻推流層：視頻推流通過mjpg-streamer進(jìn)行推流，前端頁面通過訪問8080端口便能通過http協(xié)議傳輸視頻流數(shù)據(jù)。

百度AI請求層：后端啟動一個Python進(jìn)程，定時每秒抓取攝像頭圖像傳輸給百度云平臺進(jìn)行圖像識別請求，將返回的request數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

前端響應(yīng)層：最后向前端反饋實時更新人流量數(shù)據(jù)即可。

本文基于百度AI平臺提供的API接口，采用HTML和JavaScript作為前端語言開發(fā)人流量監(jiān)測的程序，是一種實現(xiàn)人流量監(jiān)測統(tǒng)計的高效方案。采用mjpg-streamer進(jìn)行視頻推流的方法，具有部署方便，集成簡單等特點，通過Access Token認(rèn)證后，可與百度AI云平臺交換數(shù)據(jù)。

采用開放AI云平臺的API方式實現(xiàn)的人流量監(jiān)測系統(tǒng)，能夠針對業(yè)務(wù)場景快速部署開發(fā)。同時也為人流量統(tǒng)計算法的研究人員提供了詳實了數(shù)據(jù)對比，使其能夠快速掌握業(yè)務(wù)邏輯，并且對算法優(yōu)化提供了基準(zhǔn)。

基金項目：西北民族大學(xué)本科生科研項目（1012021XBMU21193）