吏澤坤 吳國(guó)勝 黃浩 胡永明 莫其嚴(yán)

摘 要：近年來(lái)各種暴力事件頻發(fā)，公共場(chǎng)所的治安管理問(wèn)題受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。針對(duì)如何有效完善公共場(chǎng)所的安全監(jiān)管問(wèn)題，文中設(shè)計(jì)基于Django框架的智能安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別、短信通知、系統(tǒng)告警和區(qū)域監(jiān)控等功能，能有效識(shí)別管理區(qū)域人員信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域安全狀況。通過(guò)試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的人臉識(shí)別率達(dá)到98%，區(qū)域攝像頭覆蓋率達(dá)到95%，異常事件報(bào)警時(shí)間低于0.1 s，有效增強(qiáng)了安全問(wèn)題應(yīng)對(duì)能力。

關(guān)鍵詞：Django框架;安全監(jiān)控;人臉識(shí)別;短信通知;系統(tǒng)告警;平臺(tái)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277;TN919文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）02-0-04

0 引 言

近年來(lái)，隨著信息社會(huì)的高速發(fā)展與進(jìn)步，公共區(qū)域安全已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)話題之一。學(xué)校作為學(xué)生接受教育的學(xué)習(xí)場(chǎng)地，家長(zhǎng)在關(guān)注師資力量與教學(xué)環(huán)境的同時(shí)，校園安全也越來(lái)越受到家長(zhǎng)和社會(huì)的關(guān)注[1]。近幾年發(fā)生的校園安全事件，如上海攜程親子園工作人員給幼兒喂芥末;貴州黎平七中一男生在宿舍遭人群毆等，使得校園安全置身于輿論的風(fēng)口浪尖[2]。車(chē)站作為人們?nèi)粘３鲂械谋剡M(jìn)之地，區(qū)域安全管理同樣需要重點(diǎn)關(guān)注，廣州火車(chē)站暴力襲擊事件造成6人受傷。如何在不妨礙人們正常生活的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)區(qū)域的有效監(jiān)控與安全管理，是監(jiān)控系統(tǒng)的未來(lái)目標(biāo)。

隨著大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代的到來(lái)，面對(duì)長(zhǎng)期學(xué)生校園安全問(wèn)題[3]，以及社會(huì)公共區(qū)域的監(jiān)控和治理問(wèn)題等，數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得在不妨礙人們?nèi)粘３鲂械那闆r下，實(shí)現(xiàn)對(duì)管理區(qū)域的有效且全面的監(jiān)控，滿(mǎn)足社會(huì)各界對(duì)安全的需要，同時(shí)解決了區(qū)域監(jiān)控的效率問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了高效、高識(shí)別率、大范圍監(jiān)控。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 Django框架

Django是一種基于Python的開(kāi)源Web框架。相較于傳統(tǒng)的Web開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)過(guò)程中經(jīng)常遇見(jiàn)開(kāi)發(fā)進(jìn)程緩慢、效率低下、數(shù)據(jù)庫(kù)切換不友好等情況，Django在設(shè)計(jì)之初就考慮到相關(guān)問(wèn)題。

如圖1所示，Django框架采用模型（Model）-模板（Template）-視圖（View）的MVC設(shè)計(jì)模式[4]。

（1）模型對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)存取層，主要用于數(shù)據(jù)相關(guān)事務(wù)的處理。

（2）模板對(duì)應(yīng)的是業(yè)務(wù)邏輯層，主要用于表現(xiàn)相關(guān)決定的處理。

（3）視圖對(duì)應(yīng)的是表現(xiàn)層，主要用于存取、調(diào)用模型及相應(yīng)的邏輯。

業(yè)務(wù)邏輯層、前端視圖層、數(shù)據(jù)模型層在Django中體現(xiàn)了高內(nèi)聚低耦合的特性[5]，便于開(kāi)發(fā)者的快速上手與使用。Django為了解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可能使用到不同數(shù)據(jù)庫(kù)的需求，采用ORM 對(duì)象關(guān)系映射，能夠便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)與交互，提供表單模型的同時(shí)還支持對(duì)原生SQL語(yǔ)句的運(yùn)行，極大地提高了數(shù)據(jù)庫(kù)的可選擇性。

1.2 硬件

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念側(cè)重于進(jìn)出安防、校園邊界監(jiān)控和學(xué)生在校期間日常監(jiān)控查詢(xún)，攝像頭與閘機(jī)的選取尤為重要。閘機(jī)有傳統(tǒng)的單一刷卡閘機(jī)和新型的人臉識(shí)別閘機(jī)[6]。但由于應(yīng)用場(chǎng)景的多變與危情不可預(yù)知的特點(diǎn)，閘機(jī)采用單一的人臉識(shí)別技術(shù)并不能完全切合實(shí)際情況的需求。本系統(tǒng)采用人臉識(shí)別和電子刷卡雙重識(shí)別，既能滿(mǎn)足學(xué)生進(jìn)出高效，又確保進(jìn)出身份安全認(rèn)證。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件選取

本系統(tǒng)閘機(jī)采用TD-Y002D型號(hào)翼閘搭配TD-P12型號(hào)的人臉識(shí)別一體機(jī)。閘機(jī)擁有3對(duì)紅外防夾感應(yīng)，雙向讀卡窗口，支持WiFi和4G模塊，可直接通過(guò)管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與管理。人臉識(shí)別一體機(jī)屏幕分辨率為1 024×600，擁有200萬(wàn)像素RGB攝像頭，識(shí)別距離為0.5～4 m。本系統(tǒng)采用?？低昳DS-2PT7T40MX（13～52 mm）系列攝像頭。

2.2 軟件

2.2.1 短信平臺(tái)選擇

國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商均提供短信服務(wù)，但是作為互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，直接接入運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行短信發(fā)送，存在開(kāi)發(fā)成本大、周期長(zhǎng)、效率低等問(wèn)題[7]。因此，選擇已有的短信平臺(tái)能夠很好地滿(mǎn)足中小型網(wǎng)站發(fā)送短信的需求，為便于后續(xù)系統(tǒng)部署與運(yùn)維，本系統(tǒng)采用阿里云短信平臺(tái)。通過(guò)開(kāi)放阿里云短信功能權(quán)限AccessKeyID和AccessKeySecret等相關(guān)參數(shù)，調(diào)取阿里云短信API實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)發(fā)[8]。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)選擇

數(shù)據(jù)庫(kù)是信息存儲(chǔ)的關(guān)鍵。MySQL是一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而非放在一個(gè)大倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，增加了速度并提高了靈活性。MySQL作為開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)可供開(kāi)發(fā)者使用，具有體積小、速度快、成本低等特點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.3 項(xiàng)目部署

項(xiàng)目部署有兩種方式：一種是本地部署包括搭建本地服務(wù)器，配置本地環(huán)境，配備服務(wù)器機(jī)房以及專(zhuān)用光纖以便于外網(wǎng)訪問(wèn)。此部署方式優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獨(dú)立、安全可靠，缺點(diǎn)是硬件和運(yùn)維成本高、不便于后期維護(hù)。另一種是中小型網(wǎng)站最好的選擇[9]，利用云計(jì)算，部署在云端的服務(wù)能夠支持在線升級(jí)和擴(kuò)展應(yīng)用，彈性設(shè)置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，根據(jù)不同需求與使用量合理安排云服務(wù)環(huán)境，極大地降低了運(yùn)維和硬件成本。

2.3 系統(tǒng)模塊

入園時(shí)，閘機(jī)進(jìn)行人臉識(shí)別，進(jìn)行數(shù)據(jù)打包并傳輸至云端，在云端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，完成圖片解碼，短信發(fā)送，Web服務(wù)調(diào)取攝像頭API，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。系統(tǒng)模塊流程如圖2所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 閘機(jī)人臉識(shí)別模塊

線下統(tǒng)計(jì)包括家長(zhǎng)姓名、家長(zhǎng)電話、學(xué)生姓名、學(xué)生班級(jí)、學(xué)生照片等信息，錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。本系統(tǒng)采用人物軌跡法[10]，學(xué)生進(jìn)入校園時(shí)，閘機(jī)獲取打卡學(xué)生姓名，人臉識(shí)別一體機(jī)抓取人臉圖片，通過(guò)人臉對(duì)比，識(shí)別抓拍人物信息，通過(guò)相關(guān)信息進(jìn)行索引，獲取數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)存信息。然后將獲取信息按照固定格式封裝成JSON格式數(shù)據(jù)，通過(guò)Http協(xié)議發(fā)送至云端服務(wù)器。

3.2 短信發(fā)送模塊

在云端監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行JSON解碼，提取學(xué)生姓名、家長(zhǎng)姓名、家長(zhǎng)手機(jī)號(hào)、打卡時(shí)間等數(shù)據(jù)，以參數(shù)的形式傳入阿里云短信API中，通過(guò)阿里云短信平臺(tái)，發(fā)送至家長(zhǎng)手機(jī)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生入園信息的實(shí)時(shí)通知。如圖3所示，短信數(shù)量和短信發(fā)送記錄能夠通過(guò)阿里云短信平臺(tái)進(jìn)行查詢(xún)和監(jiān)控。

3.3 圖片解析模塊

為提高識(shí)別效率，充分利用云計(jì)算優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)的圖片傳輸采用編碼字符串的形式。圖片抓取成功后進(jìn)行兩次編碼：第一次進(jìn)行Base64編碼;第二次進(jìn)行URL編碼。Base64編碼的作用在于減少Http請(qǐng)求，同時(shí)支持圖片提前加載[11]，但是進(jìn)行Base64編碼以后產(chǎn)生的字符串也會(huì)帶來(lái)特殊字符在傳輸過(guò)程中無(wú)法有效識(shí)別和產(chǎn)生歧義的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，采用對(duì)Base64編碼以后的字符串進(jìn)行URL編碼的二次編碼，可有效避免由于特殊字符帶來(lái)的問(wèn)題[12]。

云端服務(wù)器接收數(shù)據(jù)幀，獲取其中的圖片編碼字符串，首先進(jìn)行URL解碼，還原成Base64編碼，再進(jìn)行Base64解碼，將解碼數(shù)據(jù)寫(xiě)入JPG文件中，還原成圖片進(jìn)行人臉比對(duì)，同時(shí)將圖片存儲(chǔ)在云端服務(wù)器。

3.4 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控模塊

云端監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)用攝像頭API獲取監(jiān)控視頻，同時(shí)部署在圍墻邊的傳感器獲取園區(qū)邊界信息。當(dāng)有人翻越圍墻時(shí)傳感器會(huì)出現(xiàn)高低電平變化，通過(guò)主控芯片將告警信息傳輸至監(jiān)控平臺(tái)[13]。同時(shí)，對(duì)監(jiān)控視頻進(jìn)行圖像處理，利用深度學(xué)習(xí)完成姿態(tài)識(shí)別，例如：監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)學(xué)生打架事件，彈出告警信息傳輸至監(jiān)控平臺(tái)。對(duì)園區(qū)出現(xiàn)的告警信息，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行信息分類(lèi)并記錄日志。

3.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

如圖4所示，學(xué)生進(jìn)入校園時(shí)，首先通過(guò)刷身份認(rèn)證卡，同時(shí)面向人臉識(shí)別一體機(jī)，閘機(jī)識(shí)別刷卡身份信息，當(dāng)符合預(yù)存信息則進(jìn)行人臉識(shí)別，當(dāng)識(shí)別成功后，閘機(jī)內(nèi)置程序?qū)⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)打包成JSON，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1所列，通過(guò)4G模塊發(fā)送到云端[14]。

云端部署的Django框架服務(wù)器運(yùn)行Http接口服務(wù)，接收硬件閘機(jī)發(fā)送的打卡數(shù)據(jù)，調(diào)用阿里云短信服務(wù)，實(shí)時(shí)發(fā)送打卡短信到家長(zhǎng)手機(jī)號(hào)，短信內(nèi)容包括打卡時(shí)間、打卡地點(diǎn)、打卡學(xué)生姓名。打卡學(xué)生實(shí)時(shí)抓取圖片編碼字符串首先通過(guò)URL解碼，還原成Base64編碼字符串，再通過(guò)Base64解碼[15]，還原成JPG格式圖片并保存到本地服務(wù)器。監(jiān)控系統(tǒng)接入校園安全攝像頭接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控園區(qū)安全和告警管理。

4 系統(tǒng)測(cè)試

幼兒園校園的安全問(wèn)題是社會(huì)關(guān)注的重中之重。本系統(tǒng)測(cè)試試點(diǎn)選取珠海市某幼兒園。本系統(tǒng)部署運(yùn)行之后，學(xué)生入園刷卡如圖5所示，由一名學(xué)生刷卡通過(guò)閘機(jī)。

閘機(jī)準(zhǔn)確進(jìn)行人臉識(shí)別，并將學(xué)生信息按照規(guī)定好的數(shù)據(jù)幀發(fā)送至云端服務(wù)器[16]。云端準(zhǔn)確接收并進(jìn)行解析，完成短信發(fā)送，短信監(jiān)控顯示如圖6所示。

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖片解析及抓拍圖片還原存儲(chǔ)如圖7所示。

運(yùn)行Web服務(wù)，調(diào)取監(jiān)控視頻API，如圖8所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及校園監(jiān)控與告警。

5 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是視頻監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢(shì)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別、短信通知、園區(qū)邊界及場(chǎng)內(nèi)安全監(jiān)控，綜合性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)?；诎⒗镌品?wù)，本系統(tǒng)可根據(jù)幼兒園監(jiān)控?cái)?shù)量和家長(zhǎng)用戶(hù)數(shù)量實(shí)時(shí)調(diào)整服務(wù)器性能，保障視頻流暢度和實(shí)時(shí)性。人工智能告警系統(tǒng)能及時(shí)將異常情況通知給管理者，從而實(shí)施有效的安全管控，最大程度保障學(xué)生安全，解除老師和家長(zhǎng)的后顧之憂(yōu)，創(chuàng)建平安校園。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]鄢巍.高校校園安全管理研究[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2018（3）：67.

[2]曾學(xué)靈.幼兒園智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子制作，2016（17）：9-10.

[3]陳媛嫄，陳強(qiáng).幼兒園監(jiān)控開(kāi)放與幼兒教師：矛盾與共生[J].湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2018，38（4）：99-102.

[4] CUEVA F， MENDOZA J， BALENDRES M. A new colletotrichum species causing anthracnose of chilli in the philippines and its pathogenicity to chilli cultivar Django [J]. Crop protection，2018， 112：264-268.

[5]顧文靜，趙春燕，李娟.基于Spring MVC的高性能計(jì)算機(jī)監(jiān)視管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2017，34（10）：108-113.

[6]郭銳.自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中人臉識(shí)別技術(shù)的解決方案[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2018（2）：12-15.

[7]王亦兆，趙淞，王文鑫，等.基于GSM短信控制的智能家居開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（3）：11.

[8]佚名.基于阿里云的空管短信發(fā)布平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2018（12）：127-129.

[9]鄧芳，孫天寶.基于云數(shù)據(jù)的幼兒園視頻監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中外企業(yè)家，2016（10）：271.

[10]周夢(mèng)麟.人臉識(shí)別技術(shù)在軌道交通閘機(jī)口人物身份判定報(bào)警應(yīng)用探索[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（5）：26-27.

[11]劉華.Base64編碼算法的研究及Delphi實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（2）：78-79.

[12] MULA W，LEMIRE D. Faster Base64 encoding and decoding using AVX2 instructions [J]. Acm transactions on the web，2018，12（3）：1-26.

[13]于藝濤.校園安全保衛(wèi)工作中監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用策略[J].科技視界，2017（3）：158.

[14]吳志芳，劉昕.基于圖像處理和模式識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2017，25（3）：85-87.

[15]方小艷，寧艷艷.基于圖像壓縮與編碼技術(shù)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（1）：73.

[16]傅志宏.智能閘機(jī)及交通信號(hào)控制裝置設(shè)計(jì)[J].微型電腦應(yīng)用，2018，34（6）：30-33.