薛力群

摘要：為填補傳統(tǒng)人為管理方式的不足，使用信息技術(shù)提升樓內(nèi)人員行為活動的識別和管理水平，本文對人臉識別技術(shù)在智慧樓宇中的應用展開了深入研究?；趯θ四樧R別系統(tǒng)和智慧樓宇各信息系統(tǒng)的分析，提出系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互的方案。從場景應用角度出發(fā)，針對樓宇中涉及人員活動的場景，研究人臉識別技術(shù)在這些場景中的運用，達到在智慧樓宇中充分利用人臉識別技術(shù)優(yōu)勢的目的。

關鍵詞：人臉識別;智慧樓宇;物聯(lián)網(wǎng);大數(shù)據(jù);機器學習;圖像處理;特征識別

0 引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和人們對生活需求的日益提升。智慧化樓宇近些年已經(jīng)在眾多城市中展開了建設。樓宇是否智慧取決于人們在樓內(nèi)的體驗是否便捷、舒適和人性化，而人臉識別技術(shù)是樓宇用來感知樓內(nèi)人員活動的關鍵技術(shù)手段。目前人臉識別技術(shù)除了能夠快速感知并精準識別，還能根據(jù)采集的視頻對人進行行為分析。為了讓人臉識別技術(shù)在智慧樓宇中更加充分和有效地應用，需要探索和研究人臉識別技術(shù)在智慧樓宇中的專長優(yōu)勢。本文基于人臉識別技術(shù)和樓宇智慧技術(shù)，分析和設計人臉識別系統(tǒng)和樓宇信息系統(tǒng)之間的交互方案，研究人臉識別技術(shù)在智慧樓宇的具體應用。做好人臉識別系統(tǒng)與樓宇其它系統(tǒng)之間信息的互通互動，使智慧樓宇具備更好的安全、管理、運營、服務等應用優(yōu)勢。

1 智慧樓宇與人臉識別技術(shù)

1.1智慧樓宇

傳統(tǒng)意義上的樓宇發(fā)展已暴露出諸多問題，例如：管理粗放、運營成本高、設備閑置率高、人性化的設計難以落地、缺乏信息化手段等。智慧樓宇的建設愿景是向人們提供一個安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境，雖然其相較于傳統(tǒng)樓宇運用了更多前沿的信息技術(shù)，但只有在樓宇建設中利用好信息技術(shù)才能使樓宇具備智慧能力。智慧樓宇作為科技與建筑的完美融合，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的快速發(fā)展與應用，不但更好地解決了傳統(tǒng)樓宇出現(xiàn)的問題，而且還實現(xiàn)了建筑物理系統(tǒng)與人、網(wǎng)絡、應用、服務系統(tǒng)的良好聯(lián)系，進而使樓宇逐步具備感知、記憶、判斷和決策等綜合智慧能力。智慧樓宇從人員管理、空間管理、能源管理、設備管理等多維度賦予了樓宇更多特色、人性和智慧的功能。

1.2 人臉識別技術(shù)

人臉識別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術(shù)，人臉識別方式與其它生物識別方式相比的主要優(yōu)點在于非接觸性、非侵擾性、硬件基礎完善和采集快捷便利，還具備良好對外拓展性。人臉識別的整個發(fā)展過程經(jīng)歷了機械識別、半自動化識別、非接觸式識別階段，正隨著相關機器學習算法的深入研究具備了穩(wěn)健的應用條件。目前主要從公共安全、信息安全、政府職能、商業(yè)企業(yè)、場所進出等多個維度進行運用，可預見在未來具備很高的應用價值。人臉識別技術(shù)是智慧樓宇信息技術(shù)中的重要組成部分，利用人臉識別技術(shù)實現(xiàn)智能化管理，創(chuàng)建樓宇便捷和安全的生活、辦公環(huán)境，為智慧樓宇的集約化、平臺化、接口化和人性化做支撐。與樓宇中各子系統(tǒng)深度打通，最終實現(xiàn)人臉識別技術(shù)與智慧樓宇進行更深層次連接，使智慧樓宇中的管理、服務、運維等方面得到質(zhì)的提升。

2 智慧樓宇中人臉識別系統(tǒng)設計

2.1人臉識別系統(tǒng)流程設計

人臉識別的采集處理包括圖像獲取、人臉預處理、特征提取、特征比對、人臉識別結(jié)果輸出5個過程。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖像獲取中采集設備會自動搜索在拍攝范圍內(nèi)的人像并捕獲，可以采集到的有靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、不同的人員位置和人員表情等。采集的原始圖像由于受到各種條件的限制和隨機干擾，必須通過圖像預處理對其進行灰度校正、噪聲過濾等圖像預處理。根據(jù)預處理后的圖像對人臉特征和其之間結(jié)構(gòu)關系的幾何描述進行特征提取。提取到人像特征后，將待識別的人臉特征與已得到的人臉特征模型進行特征比對，人臉特征與數(shù)據(jù)庫中特征模型比對相似度超過設定閾值時代表匹配成功，反之則匹配失敗。系統(tǒng)將匹配結(jié)果通過協(xié)議接口輸出到其它平臺或者系統(tǒng)為應用決策判斷提供數(shù)據(jù)支撐。

模型訓練部分包括了模型特征建立、特征更新、人臉大數(shù)據(jù)建立3個過程。采集到人像后根據(jù)系統(tǒng)算法生成該人的特征模型，并將每一位錄入人員的特征模型保存至數(shù)據(jù)庫。當進行人臉識別時，將獲取到的面向處理成面紋編碼與庫中的特征模型檢索比對。人臉特征更新一方面來自于新信息的導人，另一方面在特征比對過程中，若匹配成功，將此人的實時人臉特征更新到人臉大數(shù)據(jù)中。以滿足人臉部微小動態(tài)變化和不同環(huán)境中的特征匹配需求，從而增加了人臉識別系統(tǒng)的實時性和準確性，同時也豐富了人臉大數(shù)據(jù)平臺。人臉大數(shù)據(jù)的建立主要來源于3種途徑：對接外部面部數(shù)據(jù)平臺、區(qū)域范圍內(nèi)人員數(shù)據(jù)錄入和使用過程中面部特征數(shù)據(jù)更新。

2.2 人臉識別系統(tǒng)與智慧樓宇信息系統(tǒng)交互設計

中國對于智能建筑已發(fā)布了智能建筑設計標準（GB 50314-2015），標準中提出智能建筑工程設計應增強建筑物的科技功能和提升智能化系統(tǒng)的技術(shù)功效，具有適用性、開放性、可維護性和可擴展性。智能建筑按工程架構(gòu)層次分別以基礎設施、信息服務設施及信息化應用設施展開。其中信息化應用設施包括了公共應用設施、管理應用設施、業(yè)務應用設施、智能信息集成設施等，人臉識別與樓宇信息系統(tǒng)的交互示意如圖2所示。

智慧樓宇是在智能建筑的基礎上，通過利用機器學習、人臉識別、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)來改變?nèi)藗兣c樓宇系統(tǒng)的交互方式，從而大力提升樓宇系統(tǒng)運行的有效性、靈活性、響應速度、環(huán)境友好水平、以及樓宇資源和能源利用效率。

對智慧樓宇的信息系統(tǒng)來說，人臉識別系統(tǒng)的作用主要是為樓宇信息化應用設施提供人員識別技術(shù)支撐。所以人臉識別系統(tǒng)對智慧樓宇的公共應用系統(tǒng)、管理應用系統(tǒng)、業(yè)務應用系統(tǒng)、智能信息集成系統(tǒng)等其它信息化系統(tǒng)提供協(xié)議接口，各個信息化應用系統(tǒng)將獲取的圖像傳遞到人臉識別系統(tǒng)，經(jīng)過圖像預處理、面部特征提取、特征比對后將識別結(jié)果輸出并通過接口反饋回該系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)識別結(jié)果做出下一步?jīng)Q策判斷。整個過程響應快速、無延遲，該系統(tǒng)為樓宇其它信息系統(tǒng)做人臉識別服務，更加集約、高效，同時也保證了識別的準確性和安全性。

3 應用場景

3.1出入管理

將人臉識別閘機裝配在樓宇的各個出入口處。后臺系統(tǒng)對全部閘機進行統(tǒng)一管理。人員通行時系統(tǒng)進行特征比對。內(nèi)部人員直接刷臉進出人行通道閘機，外來訪客可現(xiàn)場登記也可通過網(wǎng)上提前預約，上傳照片至預約平臺，經(jīng)后臺管理員批準后可刷臉通行。在人員通行過程中系統(tǒng)會自動記錄被識別人員的相關信息，包括抓拍人臉圖像、身份信息、出入時間、出入位置等。人臉識別運用在出入管理場景中節(jié)省了人員出入時間。人員的來訪也得以高效有序管理，很好地提升樓宇智慧形象。

3.2 樓宇安防

“人臉識別+安防”系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)安防，實現(xiàn)了關鍵區(qū)域管控、人跡跟蹤鎖定、自動報警和無人巡更等功能，加強了對樓宇的精準化安防管理。在樓宇內(nèi)關鍵區(qū)域布放智能攝像機，實時對通過重點區(qū)域的人員進行識別、統(tǒng)計、分析、記錄和比對等，自動告警陌生人長時間駐留、短時間內(nèi)多次經(jīng)過等可疑行為。人跡跟蹤將各攝像機得到的畫面數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析，繪制人員的“路徑+行為”畫像并存儲，可通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺調(diào)出查閱歷史人員的“路徑+行為”。人臉識別系統(tǒng)對每層樓的進出人員進行視頻研判，統(tǒng)計人群性別、數(shù)量為其它業(yè)務系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。人臉識別系統(tǒng)還可以納入自動巡檢機器人，填補了固定攝像頭無法單點移動、方位變換的短板。

3.3 消費支付

目前流行的掃碼支付流程是通過手機下載APP、登錄賬戶以及記住各種支付密碼，商家在消費高峰期收銀也非常的麻煩，另外還有一部分消費者會忘記帶手機出門等狀況。為此，智慧樓宇內(nèi)部消費平臺與樓宇內(nèi)部人員支付端進行綁定，人臉支付系統(tǒng)通過增加“3D結(jié)構(gòu)光”技術(shù)的攝像機對人臉數(shù)據(jù)進行采集。采集完成后，系統(tǒng)根據(jù)采集到的圖像進行處理，整個人臉支付的流程包括了商品掃描、輸入手機號、掃描人臉進行支付、支付完成。已開通人臉支付的內(nèi)部人員在樓宇中即使不帶手機、不帶卡、不帶現(xiàn)金也可以通過“刷臉”確認后在樓內(nèi)進行吃飯、購物、繳費等消費支付行為?！八⒛槨敝Ц豆?jié)省了消費支付時間，還為樓內(nèi)商家收費和人員的支付活動提供了便捷。

3.4 物品存取

現(xiàn)在樓宇內(nèi)設置的物品存取柜可存取快遞和個人物品，提供存取服務。在智慧樓宇中人臉識別系統(tǒng)對物品存取柜開放驗證接口，用戶選擇寄存或者取走選項，寄存時掃描并記錄用戶信息和物品信息，完成后打開柜門進行放置物品。當用戶打算取走已放置的物品時，存取柜掃描人臉后，根據(jù)人員登記信息（姓名、手機號等）去匹配物品信息，驗證成功后自動打開柜門讓用戶存取物品。使用存取服務后，可直接選擇使用刷臉付費方式。對于快遞的配送物品和人員自有物品的存取，“人臉識別+物品存取”系統(tǒng)相連不僅縮短了存取時間，還防止了冒領他人物品的不良行為。

3.5 設備租借

智慧樓宇中人臉識別系統(tǒng)對物資管理平臺提供驗證和信息接口。智慧樓宇物資管理平臺以RFID無線射頻或二維碼等技術(shù)手段對設施和設備進行全生命周期管理，當樓宇內(nèi)住戶、辦公人員等租借使用設備時，進人物資管理平臺刷臉登記和填寫設施設備租借信息，物資管理平臺通過審核后把物資分派給用戶。流程完成后用戶可直接選擇使用刷臉付費方式。“人臉識別+租借”方案將人員與設備的關系對應，系統(tǒng)自動生成物資租借清單，防止使用他人名義租借設備，避免了后期出現(xiàn)設備登記混亂產(chǎn)生糾紛的情形。在設備租借中應用人臉識別技術(shù)不僅為租借人員提供了便利，也為工作人員減少了工作量。

3.6 打卡簽到

在人員考勤場景中將人臉識別系統(tǒng)與考勤系統(tǒng)相關聯(lián)，員工上下班站在人臉識別考勤機的識別區(qū)域內(nèi)，識別成功后報出員工的姓名則考勤成功，考勤機會快速的記錄考勤狀況并保存記錄。目前傳統(tǒng)的會議簽到無法實現(xiàn)快速、大流量的簽到，往往導致參會人員排隊紙上簽到的現(xiàn)象，特別是簽到高峰時問題更顯突出。使用人臉識別簽到，識別的人臉圖像對比人員庫內(nèi)的人像特征模板，可以遠距離簽到、多人同時簽到，適應各種復雜場景，簽到效率高速快捷。通過人臉識別簽到人員，對比系統(tǒng)內(nèi)的人員名單，記錄比對結(jié)果，自動統(tǒng)計簽到記錄并可導出打印。

3.7 關照特殊人群

人臉識別還能賦予樓宇更加人性化的關照服務。對樓宇中的獨居老人、殘障人士等特殊群體的關照。人臉識別系統(tǒng)能夠檢測到這些人員的出入信息，如果發(fā)生連續(xù)幾天都沒有這些人群的出人情形，系統(tǒng)便會自動提醒物業(yè)人員上門探望。人臉識別系統(tǒng)加入人員行為分析算法，可以分析出樓宇人員的情況（例如：人員跌倒、長時間靜止等），在分析出樓宇情形符合人員危急情況特征時，系統(tǒng)自動發(fā)出告警，提醒安保和物業(yè)管理人員進行及時處理，避免事件進一步惡性發(fā)展。在關照特殊人群方面，人臉識別技術(shù)的非接觸性、非侵擾性是其它技術(shù)手段難以取代的，新一代信息技術(shù)最大程度的考慮到樓宇內(nèi)全部活動人員的便捷和安全，凸顯了樓宇的智慧化和人性化。

4 結(jié)束語

本文基于對人臉識別技術(shù)優(yōu)勢和智慧樓宇特征的分析，提出了人臉識別系統(tǒng)與智慧樓宇信息系統(tǒng)交互方案，研究了人臉識別技術(shù)在智慧樓宇的出入管理、樓宇安防、消費支付、物品存取、設施設備租借、打卡簽到、關照特殊人群等場景中的應用。研究發(fā)現(xiàn)人臉識別技術(shù)的充分應用不僅在一定程度上提升了樓宇的運營效率，也為樓宇內(nèi)人員提供更為便捷、高效的服務。進一步證明在信息時代人臉識別技術(shù)是打造安全、可靠、智慧、人性化樓宇環(huán)境的重要的信息技術(shù)手段之一，二者的融合為社會提供了很大的技術(shù)和經(jīng)濟價值。