Implantação de tecnologia 3D para contagem eletrônica de passageiros

CLÁUDIO SHIGUEMOTO*, FERNANDO MARTINS DA SILVA**, FREDERICO DE CARVALHO BRAGA***, MARCO ROBERTO DE OLIVEIRA****, RAFFAELLO CLASER*****

RESUMO

Atualmente, o sistema metroferroviário da cidade de São Paulo se utiliza de diferentes tipos de tecnologia para realizar a contagem de usuários nas regiões de transferência entre as diversas linhas em operação.

Na Linha 5-Lilás, os usuários que realizam conexões nas estações Santa Cruz (Linha 1-Azul) e Chácara Klabin (Linha 2-Verde), são contabilizados através de Dispositivos de Contagem Eletrônica (DCE) instalados nas diversas linhas de transferência dessas estações. Como vamos explicar a seguir, através de sensores ópticos de alta sensibilidade alinhados ao uso de algoritmos de reconhecimento de padrão de imagem, este sistema possibilita realizar a contagem de usuários com taxas de acerto superiores a 97%.

DESCRIÇÃO DO SISTEMA

As regiões de transferência das estações Santa Cruz (SCZ) e Chácara Klabin (CKB) são compostas por conjuntos de sensores ópticos (SO) utilizados para contabilizar os usuários que entram e saem do domínio da Linha 5-Lilás e por direcionadores de fluxo (DF) utilizados para organizar o fluxo de usuários nos sentidos de entrada e saída. O gerenciamento desses dispositivos pode ser feito de forma local através dos servidores das estações SCZ e CKB, ou centralizado, através dos servidores localizados no CCO Vergueiro e Pátio Capão Redondo. A figura 1 ilustra a arquitetura do sistema DCE no projeto da L5.

Com base na arquitetura da figura 1, os tópicos abordados a seguir destinam-se a descrever as características funcionais de cada um dos dispositivos que compõem a arquitetura do sistema DCE. Os switches não serão abordados pois são utilizados apenas para retransmitir os dados provenientes dos sensores ópticos e dos direcionadores de fluxo para a rede local da estação.

DIRECIONADORES DE FLUXO (DF)

Os DF possuem duas faces de sinalização visual no corpo do equipamento, denominadas pictogramas, as quais orientam o sentido de entrada/saída do usuário na região de transferência. Conforme necessidade operacional, os estados desses pictogramas podem ser alterados através de comandos executados via protocolo Modbus-TCP, tanto na interface Web Service instalada nos servidores do DCE quanto no supervisório do SCL (Sistema de Controle Local). Dentre os estados operacionais, os DF podem ser configurados em: • Modo de “Entrada”: efetua a contagem de usuários no sentido de entrada na L5. • Modo de “Saída”: efetua a contagem de usuários no sentido de saída na L5. • Modo “Fora de Serviço”: ocorre quando o equipamento entra no modo de manutenção, decorrente de alguma falha que impede a contagem dos usuários.

Os alarmes gerados pelos direcionadores de fluxo: • Falha em módulo. • Mudança de estado operacional. • Ligado ou desligado. podem ser visualizados tanto na interface Web Service quanto no supervisório do SCL.

Com relação a estrutura física do DF, o tamanho do corpo do equipamento foi dimensionado de forma a se ter vãos de passagem de usuários de 75cm e 120cm, sendo este último destinado para uso dos PCD (Portadores com Deficiência). A figu-

Figura 2 - Direcionador de Fluxo

Figura 4 - Visualização do funcionamento do SO Figura 5 - Exemplos de percurso com usuário contabilizado ra 2 apresenta as dimensões físicas do DF.

SENSORES ÓPTICOS (SO)

O SO (ver figura 3) é uma câmera de contagem que se utiliza de uma tecnologia proprietária de detecção de profundidade 3D para realizar a contagem de pessoas nos sentidos de entrada e saída com uma taxa de acerto superior a 97%.

A figura 4 ilustra o processo de modelagem 3D e a respectiva visualização dos dados de contagem obtidos.

Através de duas lentes e de algoritmos de filtragem e reconhecimento de padrões, o sensor detecta a profundidade dos objetos capturados e distingue de forma precisa se o elemento em questão é um objeto ou um ser humano. Além da diferenciação entre humanos e objetos, o sensor possui inteligência para diferenciar adultos e crianças, desde que sejam inseridos em seu sistema parâmetros para leitura e comparação do que se deseja ser contabilizado. Todos os humanos que atravessam a área de alcance do visor são contabilizados separadamente, mesmo no caso de aglomerações, estarem abraçados, em cadeiras de rodas ou transportando volumes.

Para ser contabilizado, um usuário precisa atravessar completamente o vão de leitura do sensor compreendido entre as linhas de entrada e saída conforme mostrado na figura 5. Nessa figura, o início e final do percurso são sinalizados pelos círculos verde e amarelo, respectivamente. Independente da orientação sinalizada no pictograma do Direcionador de Fluxo, a contagem é realizada nos dois sentidos do percurso.

As informações de contagem coletadas pelo Sensor Óptico são gravadas localmente no próprio equipamento (por um período configurável de acordo com a capacidade de armazenamento) e enviadas aos servidores de estação com as seguintes informações: • Identificação da estação. • Identificação do equipamento. • Estado operacional. • Data, hora, minuto e segundo da passagem. • Sentido do movimento.

Os dados fornecidos pelos Sensores Ópticos são transmitidos em linguagem criptografada e podem ser abertos somente através do software proprietário denominado VAST. Este software permite a elaboração de relatórios de contagem em tempo real e de relatórios visuais incluindo tabelas e gráficos. Essas métricas possibilitam um conhecimento inteligente da movimentação das pessoas e fornecem uma visão operacional mais clara do sistema.

Em virtude da importância da coleta de dados dos SO, a quantidade de sensores foi dimensionada de forma a prever em cada linha de contagem um sensor de contingência que trabalha em paralelo a outro sensor. Em caso de falha em um dos SO, o sensor de contingência assumirá automaticamente o processo de contagem da respectiva linha de transferência. A figura 6 ilustra a disposição de montagem dos SO nas linhas de contagem de SCZ.

De forma similar aos Direcionadores de Fluxo, a relação de alarmes e eventos dos SO são visualizadas tanto nos servidores do DCE (via interface Web Service) quanto no supervisório do Sistema de Controle Local.

Figura 6 - Alcance do SO na Linha de Contagem 1 de SCZ - (Dimensões em milímetros)

SERVIDORES

O Sistema DCE é provido de uma interface Web Service que coleta as informações de todos os dispositivos pertencentes a esse sistema e os armazena nos servidores locais (estações SCZ e CKB) e nos servidores centrais (CCO Vergueiro e Pátio Capão Redondo).

Através dessa interface é possível realizar as seguintes funcionalidades: • visualização das informações de contagem;

• visualização dos alarmes e eventos de funcionamento; • geração de relatórios e logs; • monitoração do funcionamento e estados operacionais dos equipamentos.

Toda a linguagem do Web Service foi desenvolvida de forma aberta (não proprietária). A fim de garantir a autenticidade, confidencialidade e integridade das informações, alguns mecanismos de criptografia e autenticação de usuários foram implementados nessa aplicação.

De forma a garantir a integridade da informação, os dados de contagem armazenados nas bases de dados dos servidores locais são replicados para os servidores centrais. Em caso de falha nos servidores de estação, os servidores centrais assumirão o gerenciamento das informações. Assim que o servidor, que estava em falha, for detectado na rede novamente, os dados entre todas as bases de dados serão sincronizados novamente. O armazenamento dos estados e alarmes dos dispositivos pertencentes ao sistema DCE, bem como o somatório das contagens diárias é feito através de uma base de dados Mongo DB (base não relacional) ao passo que o histórico de contagens é mantido através de uma base de dados SQL (relacional). A figura 7 ilustra a respectiva arquitetura de comunicação da interface Web Service.

COMPARATIVO DO SISTEMA TRADICIONAL DE CONTAGEM POR BARREIRA PELO SISTEMA DE CÂMERAS

A vantagem da solução tradicional por barreira são os custos de implementação, pois os sensores são os mesmos amplamente empregados na indústria, robustos e de fácil aquisição. No entanto, apresentam grandes dificuldades técnicas de contagem pois, diferente de uma linha de produção na indústria, os usuários apresentam características peculiares físicas e de movimentação que interferem na contabilização por essa tecnologia tais como (figura 8): • altura do usuário; • contagem indevida por bagagem e carrinhos; • usuários abraçados, crianças e cadeirante; • movimentação aleatória de usuário na linha de contagem: entrada e saída de usuários sem a devida obediência à sinalização do sentido de fluxo e com possível desistência de passagem em qualquer instante da movimentação.

A solução de contagem por imagem resolve os problemas apresentados pelos sensores ópticos por barreira e apresenta grande facilidade na obtenção dos dados coletados para acreditação das informações obtidas de contagem de usuários (necessário para validação e auditoria dos dados disponibilizados). Entretanto, além dessa solução apresentar um custo elevado para o sensor óptico e respectivo software de gerenciamento, possui requisitos críticos tais como: • Luminosidade ambiente: deve ser suficiente para sensibilizar o sensor óptico durante o processo de contagem. Uma iluminação mal dimensionada afeta diretamente a taxa de acerto do sensor. • Altura e posicionamento adequado da câmera: esses dois parâmetros afetam diretamente a área de cobertura do sensor (região onde a câmera contabiliza um usuário). Para o correto dimensionamento, o projeto civil da estação deve estar concluído. • Armazenamento das informações: de forma a não comprometer o desempenho das aplicações do sistema, as imagens coletadas pelos sensores ópticos deve ser armazenada em um ambiente diferente do local de armazenamento dos dados de contagem. Exemplo: sistema de “storage” adequado para armazenamento das imagens e banco de dados consolidado para armazenamento dos dados de contagem (adequado para exportações e auditorias). • Sensibilidade da câmera: cada sensor óptico possui um ajuste de ganho específico que depende do seu respectivo local de instalação. Caso o ganho aplicado no sensor não seja ajustado corretamente, duas situações poderão ocorrer durante o processo de contagem: (a) Ajuste de um ganho elevado: as câmeras podem contabilizar as sombras dos usuários que cruzarem a área de contagem, provocando um excesso nos dados efetivamente contabilizados; (b) Ajuste de um ganho baixo: as câmeras podem não reconhecer os usuários que cruzarem a área de contagem e consequentemente não efetuarão a respectiva contabilização dos mesmos.

Figura 8 - Sistema tradicional com sensores ópticos de contagem por barreira * Cláudio Shiguemoto é engenheiro eletricista, pós-graduação em Segurança da Informação pela FEI. Trabalhou por 26 anos na Gerência de Manutenção - setor de engenharia de manutenção e desde 2017 trabalha como engenheiro na Coordenação de Implantação de Sistemas Eletrônicos do Departamento de Implantação de Sistemas da Gerência do Empreendimento Linha 4-Amarela, Metrô-SP - DE/GE4/E4S/CSE E-mail: imprensa@metrosp.com.br

** Fernando Martins da Silva é engenheiro eletricista, MBA em Gestão de Projetos, especialização em Planejamento de Transportes Urbanos. Trabalhou na Gerência de Operações, na Gerência de Manutenção, na Gerência de Projeto e Concepção de Sistemas. É coordenador de Projetos Executivos de Sistemas Eletrônicos na Gerência do Empreendimento Linha 4-Amarela, Metrô-SP E-mail: imprensa@metrosp.com.br

*** Frederico de Carvalho Braga é engenheiro eletricista, especialização em Tecnologia Metroferroviária na Poli-USP. Trabalhou na Gerência de Operações, na Gerência de Manutenção, na Gerência de Projeto e Concepção de Sistemas e na Gerência de Implantação de Sistemas. É chefe do Departamento de Projetos Executivos da Gerência do Empreendimento Linha 4-Amarela, Metrô -SP - DE/GE4/E4P. E-mail: imprensa@metrosp.com.br

**** Marco Roberto de Oliveira é engenheiro eletricista, MBA em Gestão de Projetos e PMP. Trabalhou na implantação de Sistemas de Telecomunicações, Sinalização, SCAP, dentre outros nos empreendimentos da Linha 4-Amarela e Linha 5-Lilás. É coordenador de Implantação de Sistemas eletro-eletrônicos na Gerência do Empreendimento Linha 4-Amarela, Metrô -SP E-mail: imprensa@metrosp.com.br

***** Raffaello Claser é engenheiro eletricista, mestre em Engenharia Elétrica pela Faculdade de Engenharia Industrial (FEI). Atua pela empresa Future ATP Engenharia como Engenheiro de Telecomunicações na análise de documentos de Sinalização e Centro de Controle na Coordenação de Projetos Executivos de Sistemas Eletrônicos da Gerência do Empreendimento Linha 4-Amarela, Metrô-SP E-mail: imprensa@metrosp.com.br