周曉紅+李娟娟+王曉云

摘 要： 針對目前民爆器材生產(chǎn)線門禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)存在的使用不便、識別率低、易漏報等問題，設(shè)計了一套以RFID技術(shù)與視頻人像識別技術(shù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對民爆器材危險作業(yè)場所自動進行人員識別與統(tǒng)計、圖像抓拍、超員報警等功能。該系統(tǒng)將RFID技術(shù)與視頻人像識別技術(shù)結(jié)合，打破了長期以來依靠紅外感應(yīng)進行計數(shù)的模式，使系統(tǒng)更具實用性及先進性。測試結(jié)果證明，該系統(tǒng)滿足相關(guān)行業(yè)政策和標準要求，適用于民爆器材危險作業(yè)場所的智能化管理。

關(guān)鍵詞： RFID； 視頻人像識別； 門禁； 定員監(jiān)控

中圖分類號： TN941.2?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）16?0073?03

Design of entrance guard type personnel quota monitoring system based on

RFID and video portrait identification technology

ZHOU Xiaohong， LI Juanjuan， WANG Xiaoyun

（Huaibei Blasting Technology Institute， China Coal Technology Engineering Group， Huaibei 235000， China）

Abstract： To eliminate the defects of inconvenient application， low recognition rate， etc. existing in the entrance guard type personnel quota monitoring system currently used in the civil explosive equipment production line， a monitoring system with functions of automatic personnel identification and counting， image capture and overman alarm was designed， which is based on RFID technology and video portrait identification technology. In combination with RFID technology and video portrait identification technology， this system broke though the counting mode relying on infrared sensors for a long time， which makes the system more practical and advanced. The test results show that the system meets the related industry policies and standards， and is suitable to the intelligent management for hazard workplace of civil explosive equipments.

Keywords： RFID； video portrait identification； entrance guard； personnel quota monitoring

民用爆破器材是一種具有易燃易爆屬性的危險物品，其生產(chǎn)場所的安全監(jiān)控至關(guān)重要，相關(guān)規(guī)范針對各類民爆物品生產(chǎn)場所均有明確的定員定量標準，然而實際操作中卻缺乏有效手段來確保制度的執(zhí)行。2013年5月某企業(yè)民爆器材生產(chǎn)線發(fā)生一起造成33人死亡的特大爆炸事故，暴露出了民爆器材生產(chǎn)線普遍存在的管理不嚴、超員等現(xiàn)象。為了加強民爆器材危險作業(yè)場所安全管理，2013年6月工信部安全司發(fā)文，要求各民爆企業(yè)要在相應(yīng)生產(chǎn)線配備安裝智能化門禁系統(tǒng)，嚴格控制危險作業(yè)場所的人員數(shù)量 [1]。文件下發(fā)不久，相關(guān)企業(yè)與研究單位先后推出了幾種門禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)，如基于磁卡技術(shù)的門禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)、基于二維碼的門禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)[2]、基于人臉識別技術(shù)的門禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)等[3]。采用接觸式智能卡或磁卡識別、二維碼掃描、指紋識別技術(shù)的系統(tǒng)，出入通道時須主動刷卡或驗證，使用十分不便，對正常生產(chǎn)造成一定程度的影響；采用人臉識別技術(shù)的系統(tǒng)，受環(huán)境光線影響較大，識別率偏低。上述系統(tǒng)均采用紅外感應(yīng)方式輔助計數(shù)，存在監(jiān)控盲區(qū)易漏報。因此，研制出一種能夠真正實現(xiàn)無障礙通行并兼具身份識別、人員統(tǒng)計、定員管理與報警功能的門禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)是行業(yè)監(jiān)管的迫切需求。

本項目在深入研究與科學分析的基礎(chǔ)上，采用RFID技術(shù)作為主要技術(shù)手段，結(jié)合視頻人像識別技術(shù)，設(shè)計了一套適用于民爆器材危險作業(yè)場所的門禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)采用RFID技術(shù)實現(xiàn)人員身份識別及人數(shù)統(tǒng)計，采用視頻人像識別技術(shù)輔助計數(shù)，如二者統(tǒng)計數(shù)字不匹配則發(fā)出報警，可有效防止無卡人員擅闖及故意逃避監(jiān)控的行為[4]。同時采用圖像抓拍、LED顯示、語音實時播報、聲光報警等技術(shù)，完善系統(tǒng)功能。

1.1 技術(shù)組成

（1） RFID技術(shù)。RFID即無線射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[5]。一套完整的RFID系統(tǒng)包括讀寫器、電子標簽（即RFID卡）及應(yīng)用軟件3個部份，其工作原理是：讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)射一定頻率的射頻信號，標簽進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流獲得能量被激活；標簽將自身編碼等信息發(fā)送出去，讀寫器接收信號并對其進行解調(diào)后送到后臺主系統(tǒng)進行處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算對信號進行判斷、處理[6]。endprint

系統(tǒng)選用860～960 MHz頻段讀卡器，最大識別距離達15 m，可實現(xiàn)自動刷卡識別；RFID卡調(diào)制方式選用被動式，必須利用閱讀器的載波來調(diào)制自己的信號，只有在閱讀器范圍之內(nèi)才能被激活，這樣就保證了民爆器材危險作業(yè)場所的射頻安全性。

（2） 視頻人像識別技術(shù)。視頻人像識別系統(tǒng)依賴于目前最新的人體特征識別算法，模式識別算法和人工智能算法等多領(lǐng)域的技術(shù)，實現(xiàn)對畫面中特定區(qū)域的人的頭、肩等特征部位進行識別，以此來區(qū)分人和其他物體，并根據(jù)其運動軌跡判斷人的出入關(guān)系，最后得出進入人員數(shù)量、離開人員數(shù)量、門禁通道內(nèi)總?cè)藬?shù)等統(tǒng)計數(shù)據(jù)[7]。系統(tǒng)選用海康威視iVMS智能視頻分析系統(tǒng)進行人員統(tǒng)計，通過數(shù)據(jù)接口將統(tǒng)計結(jié)果傳送至系統(tǒng)管理軟件平臺進行處理。

（3） 圖像抓拍技術(shù)。當門禁系統(tǒng)檢測到人員出入以及發(fā)生報警時，給抓拍攝像機一個觸發(fā)信號，觸發(fā)抓拍攝像機抓拍當下畫面，以圖片格式保存，并實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，便于與人員注冊信息對比，此功能可有效避免冒名頂替現(xiàn)象的發(fā)生。

（4） 實時顯示與報警。在門禁入口設(shè)置LED顯示屏及語音報警器，實時顯示危險作業(yè)場所人員信息，為欲進入危險作業(yè)場所的人員提供判斷信息，可以避免不必要的報警及對生產(chǎn)造成的影響；出現(xiàn)超員、違規(guī)等警情時，系統(tǒng)發(fā)出警報及語音提示，直接清楚地將警情及時告知相關(guān)人員。

1.2 系統(tǒng)特點

（1） 無障礙快速通行。系統(tǒng)采用RFID技術(shù)自動識別人員身份，人員只需攜帶相應(yīng)卡片以正常行走速度通過門禁通道即可被識別、計數(shù)，對正常作業(yè)無任何影響，具有實用性及便利性。尤其對于存在物流通道的民爆器材生產(chǎn)線，原材料及成品由人工使用手推車運出，如需主動刷卡會造成極大不便。另外，系統(tǒng)支持多人同時采集識別，上下班高峰時段人員無需排隊，可正常通行。

（2） 多技術(shù)結(jié)合，識別率高。對于按規(guī)定佩戴RFID卡的人員可以準確識別其身份信息；當未按規(guī)定佩戴RFID卡的人員通過時，系統(tǒng)亦可識別出有人員通過，同時發(fā)出報警，啟動監(jiān)控室、通道口、工房等處的報警器。

（3） 全覆蓋監(jiān)控。系統(tǒng)采用視頻人像識別技術(shù)，識別區(qū)域覆蓋所有通道，無監(jiān)控盲區(qū)，突破了一直以來使用紅外感應(yīng)進行計數(shù)的模式，避免了紅外計數(shù)存在的易漏報、易躲避、不穩(wěn)定等缺陷，更好地彌補了單純使用RFID技術(shù)造成的管理漏洞[8]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件分為前端設(shè)備及后臺設(shè)備，其中前端設(shè)備包括RFID讀卡器、網(wǎng)絡(luò)攝像機、LED顯示屏、語音及聲光報警器等；后臺設(shè)備主要由控制系統(tǒng)平臺、網(wǎng)絡(luò)交換機及輸出模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中虛線框內(nèi)的設(shè)備在門禁通道現(xiàn)場。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

人員佩戴RFID卡通過門禁通道時，讀卡器讀取卡片數(shù)據(jù)，傳送至數(shù)據(jù)庫進行比對，識別人員身份信息并統(tǒng)計人員數(shù)量、儲存人員出入信息；同時，網(wǎng)絡(luò)攝像機采集人員視頻圖像信息，由視頻分析系統(tǒng)進行分析、計算，判斷人員進出方向并計數(shù)。如果二者識別結(jié)果不一致，則可依據(jù)邏輯判斷為無卡擅闖、一人多卡等違規(guī)情況。兩種技術(shù)手段結(jié)合，確保人員識別與統(tǒng)計的準確性。通道入口設(shè)置LED屏，實時顯示門禁內(nèi)各類人員數(shù)量、姓名及尚可進入人員數(shù)量等信息；系統(tǒng)識別出人員身份后由語音播報姓名；發(fā)生違規(guī)行為或超員時，聲光報警器發(fā)出報警。當有人員經(jīng)過門禁通道時，系統(tǒng)自動抓拍人員圖像，并記錄保存以備查詢。

2.2 軟件功能設(shè)計

系統(tǒng)管理軟件是整個系統(tǒng)的核心部分，其主要作用是構(gòu)建一個共用軟件平臺，將無線射頻識別技術(shù)與視頻人像識別技術(shù)通過軟件進行整合，以充分發(fā)揮兩種技術(shù)的性能及優(yōu)勢；同時，為其他需要調(diào)用的軟件提供接口，驅(qū)動攝像機、報警器等輔助設(shè)備工作，并解決平臺與別的軟件兼容、數(shù)據(jù)共享等問題[9]。從軟件的開發(fā)、維護、升級等多方面因素考慮，系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想。系統(tǒng)以Visual Studio 2010作為集成開發(fā)環(huán)境，以C#作為開發(fā)語言，通過Windows應(yīng)用程序設(shè)計進行系統(tǒng)管理軟件的開發(fā)。C#較C/C++而言，具有獨特的優(yōu)勢，它支持純面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計，將內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動、控制優(yōu)化等底層操作交給.Net Framework實現(xiàn)，使程序設(shè)計更加簡潔高效，易于軟件的維護與升級。

系統(tǒng)管理軟件主要功能如下：

（1） 人員信息管理：對人員數(shù)據(jù)進行新建、刪除、修改、查詢。新建人員信息即發(fā)卡，將人員基本信息寫入對應(yīng)的卡片內(nèi)。人員基礎(chǔ)信息包括人員姓名、照片、員工號、身份證號、人員類別、授權(quán)區(qū)域等。

（2） 日志管理：日志包括監(jiān)控日志、報警日志、操作日志。監(jiān)控日志記錄人員正常出入通道的時間、通道號、人員姓名等信息；報警日志記錄超員、陌生人、進入未授權(quán)區(qū)域等報警信息。操作日志記錄系統(tǒng)用戶的登錄、注銷、執(zhí)行的系統(tǒng)操作、處警信息等。日志保存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，可查詢、輸出。

（3） 系統(tǒng)用戶管理：包括用戶的基礎(chǔ)信息、口令、權(quán)限以及用戶角色定義、角色維護等。

（4） 系統(tǒng)配置：管理系統(tǒng)各個控制字段配置信息，如定員設(shè)置、區(qū)域配置等。

（5） 報警系統(tǒng)：系統(tǒng)對于未授權(quán)人員非法闖入、一人多卡、超員等違規(guī)行為自動生成報警事件，在監(jiān)控界面進行提示，同時由語音系統(tǒng)在后臺和前端各通道進行播報。

（6） 其他功能：如網(wǎng)絡(luò)客戶端，客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)客戶端訪問系統(tǒng)，可以遠程進行報警事件查詢和處理等。

2.3 軟件運行界面

系統(tǒng)管理軟件可以設(shè)置兩級管理員：超級管理員和普通管理員。其中，超級管理員擁有最高權(quán)限，可以對軟件進行配置和修改，普通管理員只能通過軟件查看各種信息，無修改權(quán)利。用超級管理員登錄可以進入軟件的配置界面，如圖2所示。在軟件配置界面里，可以對軟件的各個參數(shù)進行配置，對人員數(shù)據(jù)進行新建、刪除、修改、查詢。通過普通管理員登錄，可以進入軟件的終端監(jiān)控界面，如圖3所示。終端監(jiān)控界面包含有各通道網(wǎng)絡(luò)攝像機的畫面，當有人員進出時，系統(tǒng)實時顯示識別結(jié)果，并將抓拍的圖片和注冊的人員照片同時顯示在界面中，對于冒名頂替行為做到事后可查。當出現(xiàn)陌生人闖入或者工房滿員、超員等情況時，界面會自動彈出報警信息，提示值班人員進行處理。通過終端監(jiān)控界面，可以實時了解工房的在線人數(shù)、出入人員信息，同時可以對生成的人員出入日志、報警日志進行查詢。

圖2 軟件配置界面

圖3 終端監(jiān)控界面

2.4 安全性設(shè)計

系統(tǒng)安全性設(shè)計分為硬件和軟件兩個部分。在硬件上，配備不間斷電源以避免突然斷電對系統(tǒng)設(shè)備造成損壞，保證停電情況下系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮監(jiān)控作用；設(shè)置信號防雷、防電磁脈沖措施和電涌保護器以保護設(shè)備運行安全。在軟件設(shè)計上，充分考慮系統(tǒng)信息安全性，設(shè)置了如下功能：對登錄操作系統(tǒng)的用戶進行身份鑒別；對管理員登錄地址進行限制；具有登錄失敗處理功能；具備通過網(wǎng)絡(luò)地址限制終端登錄功能；圖像數(shù)據(jù)被移動時記錄入日志；記錄企圖刪除、修改數(shù)據(jù)的操作者用戶名、網(wǎng)絡(luò)地址、操作時間等。

3 結(jié) 語

集成測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠準確識別人員身份信息、進行人數(shù)統(tǒng)計，測試準確率高達99%。同時，系統(tǒng)現(xiàn)場顯示、語音報警、日志查詢、信息儲存等功能運行正常。綜上所述，采用RFID技術(shù)與視頻人像識別技術(shù)相結(jié)合的方式，既滿足了民爆器材危險作業(yè)場所的智能化定員監(jiān)控要求，又對正常的生產(chǎn)作業(yè)不造成任何不利影響。該系統(tǒng)的應(yīng)用，將大大提高行業(yè)本質(zhì)安全水平，促進民爆行業(yè)信息化建設(shè)進程以及民爆器材生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)與健康穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

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