“踏迹守卫”——智能防踩踏预警系统的研究与应用

引言

从2004年的北京密云元宵灯会踩踏事件到2022年发生的韩国首尔的踩踏事件，伤亡惨重的意外踩踏事件引起了社会越来越多的关注和反思。如何避免踩踏的发生，成为了社会广泛关注的话题以及研究方向。研究发现，预防踩踏系统缺乏针对性算法和多场景化应用，所以本团队选择了与该系统契合度较高的物联网技术、云计算技术和互联网技术作为系统基础，并以Al技术与大数据技术作为辅助研发。当前市场相关设备具有固定性、场景局限性、计算人流密度等缺点，而本项目所研发的系统更加具有人性化、智能化和精确性，可以针对不同场景在踩踏发生时智能分析相关数据得出多种对策辅助措施的落实，并且着眼于保护个人安全，解决安全隐患。

一、问题的提出和研究目的

踩踏事故是单位面积、单位空间、高密度人群发生无序混乱而造成的重大伤亡事故，我国早就制定有《大型群众性活动安全管理条例》，且于2007年10月1日起正式施行，明确规定了大型群众性活动的安全责任制度和安全监督管理措施。在2022年10月份韩国首尔梨泰院踩踏事故，我国也在密切关注并关心我国在韩群众的安危，人们对于公共场所的安全性越来越关注，期望能够通过技术手段提高人流管理和安全防护水平。踩踏事件的发生具有突发性、群体性和不可预见性等特点，从安全管理角度，当人群出现拥挤时，及时有效地疏散人群是预防事故发生的重要手段。项目以此为基础，为防止踩踏事件的发生提供科学、合理的方案。

智能防踩踏预警系统以人员检测为基础，利用物联网、大数据技术进行监控、分析、处理。针对人流密集场所，对危险区域的人员进行预警提示，并及时发出警报信号通知工作人员采取有效措施进行疏散控制和救援。智能防踩踏预警系统的首要目标是通过提前预警和疏导人群，减少事故发生的可能性，为群众提供安全的出行环境。踩踏事故不仅造成人员伤亡，还会带来巨大的经济损失。该系统的推广和应用可以增强公众的安全意识，从而形成全社会共同维护安全的良好氛围。智能防踩踏预警系统的应用为预警和疏导人群提供数据支持，从而降低医疗、救援等费用，同时避免因事故导致的停工、停产等经济损失。

二、文献综述

（一）针对踩踏事故问题的研究观点

为了解决拥挤踩踏事故的问题，许多学者提出了关于应对突发事件的思考和方案。其中，姚建义（2021）等人通过探讨突发公共卫生事件智慧应急的发展，为应对突发事件提供了思路。此外，还有学者研究了如何利用智能技术提高灾害事故的应急响应能力。这些研究对于思考如何构建智能防踩踏预警系统具有重要的参考价值，为智能防踩踏预警系统的构建提供了理论支持和方法指导。在具体应用方面，罗回彬（2023）等人以人流监控为例，研究了智慧城市视野下的城市公共安全风险识别方法。除了人流监测技术，智能防踩踏预警系统还需要考虑事故防范和应急管理。彭妮娜提出（2019）了一个拥挤踩踏事故防范与应急管理系统框架设计，可以及时发现拥挤踩踏态势并采取应急措施。

（二）针对预防踩踏事故技术的研究观点

在相关问题的技术构建和应用方面，越来越多学者开始关注人群密度估算和人流监控技术，也是防踩踏预警系统的难点。郝豫（2017）研究了一种基于Matlab GUI的大型公共活动拥挤踩踏事故风险预警方法，通过图形用户界面实现对拥挤踩踏风险的实时监测和预警。曾茂桃（2018）从人群密度分析对踩踏事件的预警作用，通过对人群密度的分析来判断是否存在拥挤情况。宋军平（2019）等人从居民住宅着手，进行了智能小区人流监测系统的设计。在人流监测方面，朱军（2022）等人提出了一种顾及小目标特征的视频人流量智能统计方法，通过对视频图像进行分析来实时统计人流量。陈金立（2022）则提出了一种基于双时间点检测的毫米波雷达人流量监测方法，通过对人流量的检测来判断人群拥挤情况。

综上所述，针对拥挤踩踏事故的问题，研究者们从不同的角度提出了诸多智能预警系统的构建方法和应用方案。然而当前的研究还存在一些问题，比如人流监测的准确性和实时性需要进一步提高，事故防范和应急管理的效果还有待进一步验证。本文将综合参考相关文献，提出该智能防踩踏预警系统，提高拥挤踩踏事故的预警和管理能力。

三、导致踩踏事故的因素分析

（一）踩踏事故诱发因素及事故扩大因素分析

经搜集、整理和核实，将2015年至2022年共103起拥挤踩踏事件纳入本次研究。分别对各类型踩踏事故的诱发因素、扩大因素等进行分析，总结了不同场所内踩踏事故发生、发展的普遍规律。据分析，踩踏事故的诱发因素大致分为五种。因素一是突发情况，主要包括火灾、地震、暴雨、设施垮塌、突然熄灯断电、宗教活动高潮等。因素二是人员摔倒。因素三是人为破坏，包括谎称“炸弹”、打架斗殴、燃放鞭炮、故意推推嚷嚷等。因素四是人群密度发生变化，如局部场地人群高度密集等。因素五是人群流动变化，如人流速度，静止人群忽然移动，由低速流动转为高速流动；人群异向流动等。

在诱发因素的影响下事件若未能得到有效控制，则人群管理、疏导失败，人群不稳定状态加剧。在环境因素、人的因素等影响下，人群未做出反映或来不及采取措施，从而引发踩踏事故。踩踏引起的人群骚动在人群中迅速传播，当人群高度密集，恐慌人群在丧失理智、思考能力的情况下，将引发整个人群混乱，恐惧、无序的人流将很难控制，正常秩序被彻底打破，场面崩溃，进而导致踩踏事件扩大。若救援不及时，或方法不正确，则会加剧踩踏事件，人员伤亡人数增长，救援失败。

（二）不同场景踩踏事故的诱发因素分析

以商场为代表的大型室内娱乐场所，诱发原因：商场搞促销活动，吸引消费者，导致商场人群更加集中；人群因情绪激动而出现骚乱，发生踩踏；因好奇心驱使，去人多拥挤处探索究竟，造成不必要的人员集中而踩踏。楼梯、街道等狭窄场所，诱发原因：事发场地过于狭小；同时大量人员涌入导致现场过于拥挤；地形不平稳，易发生推搡、摔倒事故；事故发生突然，影响迅速，现场缺乏有力疏导，引流措施。轮船、车站、宗教朝圣仪式等人员聚集地，诱发原因：人流量过于庞大且聚集；人员行进匆忙，现场秩序难以管控；易发生大型意外事故。

四、智能防踩踏预警系统的设计原理和功能

（一）设计原理

智能防踩踏预警系统采用分布式架构，主要由数据采集模块、数据处理模块、预警模块、通信模块、显示模块和控制模块组成。各模块相互协作，共同构建起一个实时、高效、准确的防踩踏预警系统。系统采用了多种传感器技术，如红外传感器、超声波传感器和摄像头等。这些传感器可以准确地检测到人群的位置、速度和密度等信息，为后续预警方案提供基础数据，在此基础上对各种传感器数据进行融合和分析，数据融合与分析采用了先进的数据挖掘和机器学习算法，对传感器数据进行预处理、特征提取和模式识别，以便更准确地估计人群密度和运动状态。

人群密度是衡量踩踏风险的重要指标。系统采用了一种基于深度学习的目标检测算法，通过对摄像头捕捉到的图像进行分析，实现对人群密度的精确估计。此外，系统还可以通过超声波传感器等设备对人群密度进行实时监测，进一步提高预警的准确性。在人群密度估计的基础上，系统需要对踩踏风险进行评估并发出预警。风险评估算法综合考虑了人群密度、人群运动状态、场地容量等多种因素，以确定是否存在踩踏风险。当系统判断存在风险时，将通过通信模块向相关人员发送预警信息，提醒他们采取相应的防范措施。

（二）功能

智能防踩踏预警系统通过智能视频分析技术对人群密集的公共场所进行实时监控，并通过AI算法对监控区域进行智能分析，获取人群密度、人群空间分布等信息。当某个区域聚集的人群达到一定数量时，系统会通过AI算法分析并实时报警，提示管理人员及时疏散人群，避免意外事故的发生。实时监控可以对人流密度、空间分布规律、行为方式等特征进行预测和判断。当预测到有潜在安全隐患时，例如有人摔倒等情况，系统会通过大数据分析技术和智能视频算法分析，并通过文字、语音等方式进行提醒。

通过实时采集监控视频，并对视频进行存储，在视频存储的过程中，可以通过监控数据分析来进行统计分析，主要是对监控画面中的人流密度、流向进行统计。该系统还设立了多级预警机制，根据人员密集程度的不同，发出不同程度的预警信号，以便场所管理人员采取相应的措施。如果某一区域发生拥挤状况时，系统可以联动前端摄像头对现场进行实时监控，自动判断该区域的人流密度是否超过了设定的预警值。当超过了预警值，会对突发事件的发展趋势进行预测，提前发出预警信息。一旦出现意外事故时，通过预先设置好的预警机制及时发出预警信息，与紧急疏散预案相结合，系统会发出警报，提醒管理人员采取相应的措施，系统也可以自动启动紧急疏散程序，提醒管理人员，引导人群安全疏散。

五、智能防踩踏预警系统的创新之处

（一）科学技术创新

“踏迹守卫”智能防踩踏预警系统综合添加视频监控手段，实时监控预测人流量变化及人群行动轨迹，起到防范和预处理的作用。同时系统设计之初就配备多种事故场所发生模型，依据场所的差异系统会形成不同的解决方案，具备多元化实施方案和运行机制。从室内大型娱乐场所、狭窄场所到户外人员聚集地，根据场所特征分门别类生成不同的应急方案，基于云计算算法和数据资源支持，该项目可以做到实时监测、全面分析、自动预警、快速响应的应急管理系统一体化。研究使用机器学习算法，可以进行踩踏风险评估和事故模拟预测，有效预防拥挤踩踏事故的发生，即使在事故发生不可避免的情况下，也可以先一步避免事故影响扩大化。我们研究基于物联网、大数据时代下智能化科技打造的多场景应用模式的防踩踏预警系统，采用多预备方案式系统设置，从整体的复杂系统考虑建立了基于人群风险监测的事故预警网络。

（二）功能创新

“踏迹守卫”智能防踩踏预警系统可以针对不同级别的突发事件展示不同级别的应急策略，使各单位能够根据预案进行及时应对和快速准确处理。在踩踏发生的第一时间，往往救援的失误导致事故进一步扩大，对此“踏迹守卫”——智能防踩踏预警系统中会利用物联网、云计算和移动互联网等科学技术联合预防踩踏的方式减少发生事故时及解救人员时人力上所带来的主观上造成的延误救援最佳时机。例：在应急状态下，系统可在地图上点亮各类疏散元素，自动显示疏散预案。“踏迹守卫”智能防踩踏预警系统还能协助救护车和消防力量在赶往事发现场的路上进行道路规划，避开交通流量大的路段，开通绿色通道，不耽误每一秒抢救的时间。

（三）应用模式创新

“踏迹守卫”智能防踩踏预警系统可以评估人群在短期大规模集聚的可能性和重大安全隐患,并建立智能防踩踏预警系统模型。根据韩国首尔梨泰院踩踏事故小巷人群应急疏散的特点，通过对行人的疏散行为规律和道路布局进行仿真分析。根据2015年上海外滩陈毅广场踩踏事件，将模型转化为特定区域的趋势图，为管理者实时提供检测区域内的人流速度和人流方向，在特定时间内的人流趋势，以及历史人流热度等综合统计信息，触发不同级别响应策略。有效避免由于现场准确信息传达不及时或安全通道拥堵没有及时加派人员疏散而造成拥挤踩踏，减少人员主观排查；提前警示管理者，提高管理的前置性。大幅度降低人为因素造成的事故后果，达到智能预警防范的目标。同时进一步加强重点区域或场所的精细化管理，提出了“互联网＋智能系统”创新模式，系统配备专业设备控制人员，实现高效、准确、实时的突发事件应急管控，提升公共安全领域应对与处置能力。