宋嶸 彭祖東 羅仁濤 陳永新 高勇 楊亞麗 湖北省武漢市公安局軌道交通管理分局

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，城市交通的壓力日益增加。地鐵成為人們“綠色出行”的首選。截至2018年底，我國大陸地區(qū)開通地鐵的城市已達36個、運營線路173條，其中北京、上海等一線城市的日均客流量已突破1000萬人次。

地鐵潮汐式的客流量與安檢效率之間的矛盾日益凸顯。以武漢軌道交通為例，日客流量已經(jīng)突破445.6萬人次。而地鐵安檢水平普遍落后，主要存在以下問題：（1）安檢完全依靠人工辨識，導(dǎo)致漏檢率高；（2）安檢點位分散，安檢員勤務(wù)管理困難，缺少數(shù)字化管理手段；（3）乘客未做分類管理，大客流時段待檢耗時長，漏檢率高；（4）過包安檢數(shù)據(jù)無法存儲、歸檔和分析，難以實現(xiàn)異常警情預(yù)判。

針對以上問題，武漢市公安局軌道交通管理分局建設(shè)了“3+N”智慧安檢體系。該智慧安檢體系，通過結(jié)合最新的人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)多維分析應(yīng)用技術(shù)，建設(shè)了以“人機合一”為核心的物臉識別智慧安檢系統(tǒng)、以大數(shù)據(jù)應(yīng)用為支撐的人員分級分類導(dǎo)控系統(tǒng)、以勤務(wù)配套為保障的安檢勤務(wù)等級化管理系統(tǒng)等，實現(xiàn)了智能化、全流程管理，提能增效的目標(biāo)。經(jīng)過試點，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)降低漏檢率，提升安檢通行率，推送異常預(yù)警、監(jiān)測勤務(wù)等功能，有效解決了傳統(tǒng)“汗水警務(wù)”模式以及監(jiān)管責(zé)任難的困境。

一、現(xiàn)狀與需求

（一）現(xiàn)狀分析

目前地鐵安檢工作主要面臨以下問題：

1. 武漢市地鐵集團擔(dān)負地鐵安全運營主體責(zé)任，每年用于地鐵安檢的費用達1.7億元，迫切需要智能化安檢措施實現(xiàn)企業(yè)提能增效目標(biāo)。

2. 目前武漢地鐵有200多個站點、300多個安檢點位及6家不同的安檢公司，安檢點位分布于全市地鐵線網(wǎng)?！皯?zhàn)線長，點位多”的現(xiàn)狀，不利于武漢市軌道交通管理分局和安檢公司履行監(jiān)管責(zé)任和管理職責(zé)。

3. 安檢工作依賴于人工辨識，安檢員長時間工作易疲勞走神，增加了地鐵安全隱患；安檢人員流動性強，檢測水平參差不齊，優(yōu)秀安檢人員缺失。這些問題易導(dǎo)致漏檢率或未檢率上升。

4. 地鐵存在潮汐式客流現(xiàn)狀。尤其是高峰時段，以武漢市二號線江漢路站為例，高峰時段閘機通過人次可達200萬人次，密集客流未做分類導(dǎo)流管控。

5. 監(jiān)管單位巡查記錄、過包安檢數(shù)據(jù)等無法大量收集、查看和分析，導(dǎo)致異常警情預(yù)判難以實現(xiàn)。

（二）需求分析

1. 解決地鐵集團履行安檢主體責(zé)任，降低成本，提能增效的需求；

2. 解決公安機關(guān)履行安檢監(jiān)管責(zé)任，提升警務(wù)效能的需求；

3. 解決安檢公司提升安檢效率，提高安檢員業(yè)務(wù)能力，提高整體管理水平的需求；

4. 解決安檢效率與乘客通過率的固有矛盾，確保大密集客流快速通過。

二、智慧安檢建設(shè)思路和技術(shù)方案

（一）武漢軌道公安頂層設(shè)計思路

1. 業(yè)務(wù)架構(gòu)

根據(jù)武漢地鐵運行實際情況，設(shè)計了“3+N”智慧安防防控體系。“3”具體指三個核心業(yè)務(wù)：“人機合一”為核心的物臉識別智慧安檢系統(tǒng)、以大數(shù)據(jù)應(yīng)用為支撐的人員分級分類導(dǎo)控系統(tǒng)、以勤務(wù)配套為保障的安檢勤務(wù)等級化管理系統(tǒng)；“N”具體指圍繞核心需求而衍生的N個子業(yè)務(wù)：考試培訓(xùn)系統(tǒng)、后臺集中判圖系統(tǒng)、違禁品虛擬對抗測試系統(tǒng)、大客流分區(qū)分時導(dǎo)流作業(yè)系統(tǒng)等。如圖1所示。

2. 技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)采用三層架構(gòu)設(shè)計，分為基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)資源層和應(yīng)用服務(wù)層，如圖2所示。

（1）基礎(chǔ)資源層

基礎(chǔ)資源層提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用層所需的軟、硬件基礎(chǔ)。如感知硬件、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境、機房環(huán)境和容災(zāi)備份等。傳感器系統(tǒng)，由人臉閘機設(shè)備、人臉抓拍攝像機、X光智能識別終端等組成。網(wǎng)絡(luò)通訊層為前端傳感器至服務(wù)器端提供網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境，由包含有線、Wi-Fi、4G、5G等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施組成。服務(wù)器及存儲層包含各子系統(tǒng)所需的機房環(huán)境、主機、存儲器及容災(zāi)備份系統(tǒng)。如圖3所示。

（2）數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總、存儲以及分析交換的核心載體，拓撲圖如圖4所示。

（3）應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是承載整個系統(tǒng)應(yīng)用與交互的界面。對客戶端而言，它提供可供交互的功能和圖形化界面（Graphical User Interface）。對業(yè)務(wù)端而言，用于指導(dǎo)各應(yīng)用系統(tǒng)的定位和邏輯關(guān)系。架構(gòu)設(shè)計圖如圖5所示。

（二）智慧安防防控體系構(gòu)建方案

1. 物臉識別智慧安防系統(tǒng)

（1）架構(gòu)設(shè)計

以人臉識別和X光圖像識別兩大人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，以智慧安檢為主體，通過數(shù)據(jù)互聯(lián)、打通的方式，構(gòu)建物、臉關(guān)聯(lián)的安防系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計圖如圖6所示。

① X光智能輔助判圖

為降低開發(fā)使用成本，X光智能輔助判圖軟件加裝在現(xiàn)有安檢機上，通過新增的智能識別終端采集到的圖像疊加，輔助安檢員進行判圖。此模塊為智慧安檢體系的基礎(chǔ)模塊，也是核心模塊，它為物臉識別系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

② 物臉聯(lián)動報警

當(dāng)乘客進入安檢通道時，人臉抓拍相機采集人臉數(shù)據(jù)，與人臉庫的黑名單匹配。當(dāng)產(chǎn)生匹配時，將抓拍的人臉信息以及該人員相關(guān)信息同時推送至安檢值機員和開包員的電腦工作界面。安 檢員根據(jù)信息進行專項排查，消除安全隱患。對攜帶違禁品的乘客，系統(tǒng)將錄入人員信息，成為黑名單庫的補充。該系統(tǒng)可對違禁品進行回溯查詢，并粘貼資產(chǎn)管理二維碼進行管理。物臉聯(lián)動報警流程如圖7 所示。

③ 違禁品聯(lián)動報警

對于高危違禁品，需要民警參與處置時，系統(tǒng)可自動或手動發(fā)送數(shù)據(jù)至警務(wù)通平臺。民警根據(jù)收到的現(xiàn)場違禁品圖片、X光圖片、站點、時間等信息，可及時做出警情預(yù)判。流程圖如圖8所示。

（2）X光智能判圖核心技術(shù)

算法設(shè)計包括兩個階段，如圖9所示。

第一階段為ROI（Region Of Interest）提取，包括特征提取網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)RPN（Region Proposal Networ k）。第二階段為預(yù)測框提取，包括ROI池化（Region Of Interes Pooling）和Head網(wǎng)絡(luò)。算法流程如下：

①

經(jīng)過捕獲卡處理后的圖像在補邊、減均值后保持原有尺寸送入特征提取網(wǎng)絡(luò)；

②特征提取網(wǎng)絡(luò)采用全卷積網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輸出特征圖；

③ 特征圖經(jīng)過RPN，輸出可能有目標(biāo)的區(qū)域ROI；

④ ROI經(jīng)過池化（Pooling）變換后產(chǎn)生小尺寸的特征圖，再經(jīng)過Head網(wǎng)絡(luò)后完成分類和定位偏移量的計算；

⑤ Head網(wǎng)絡(luò)的輸出偏離量對ROI精修，得到最終預(yù)測結(jié)果，即針對X光安檢圖像的目標(biāo)檢測結(jié)果和置信度。

為驗證檢測效果，對主要識別類別進行了實際測試。測試分為有干擾物測試和無干擾物測試，測試物品見表1。

?

通過將每個違禁品、違禁品+干擾物，放入帶有金屬拉桿的行李箱內(nèi)，每個組合隨機擺放過機100次進行測試，以檢測識別率。將干擾物放入帶有金屬拉桿的行李箱，隨機擺放過機100次進行測試，以檢測誤報率，檢測結(jié)果見表2。

?

測試結(jié)果表明，對于常見違禁品，系統(tǒng)均能保持在95%以上的檢出率，判圖水平已經(jīng)達到甚至在某些簡單場景下超過人類安檢員水平。

2. 人員分級分類導(dǎo)控系統(tǒng)

（1）風(fēng)控模型

實時風(fēng)控模型是基于對乘客出行、社保、金融、健康等多維數(shù)據(jù)的綜合判斷構(gòu)建的，它為人員的分類安檢，黑、白名單的生成提供技術(shù)基礎(chǔ)。該模型包括站點區(qū)域特征挖掘分析、用戶出行行為特征挖掘分析等，綜合以上數(shù)據(jù)對乘客進行分級分類管理，風(fēng)控模型數(shù)據(jù)來源縮略如圖10所示。

（2）業(yè)務(wù)流程

乘客通過微信小程序進行實名制注冊和綁定，其個人信息通過風(fēng)控模型、公安大數(shù)據(jù)系統(tǒng)審批后，以白名單成員身份快速進站。① 用戶進站業(yè)務(wù)流程

乘客進站后，根據(jù)分級分類規(guī)則進入不同通道。白名單用戶進入快速安檢通道；黑名單用戶則需接受較為嚴格的安檢；灰名單用戶（白名單和黑名單以外的用戶）走安檢通道接受常規(guī)檢查?；陲L(fēng)控模型的黑、白、灰名單流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)閉環(huán)如圖 11所示。

② 安檢互認快速進站

通過構(gòu)建地鐵、鐵路和機場安檢互認機制，在火車站、機場等地鐵入口處，設(shè)置快捷進站通道，避免重復(fù)安檢。有利于提高乘客的換乘效率，減少安檢公司安檢費用支出，提高人力資源的利用率，實現(xiàn)企業(yè)提能增效目標(biāo)。

（3）數(shù)據(jù)需求

數(shù)據(jù)需求方面需要騰訊實名數(shù)據(jù)、征信數(shù)據(jù)、地鐵出行數(shù)據(jù)、政府相關(guān)數(shù)據(jù)等支撐。

3. 安檢勤務(wù)等級化管理系統(tǒng)

利用安檢勤務(wù)等級化管理系統(tǒng)，可對安檢員日常工作進行量化考核。該系統(tǒng)記錄安檢員的考勤明細、勤務(wù)排班明細、開包處置率等數(shù)據(jù)，通過分析以上數(shù)據(jù)即可對安檢員履職狀況、各站點安檢情況進行量化考核。同時，也便于監(jiān)管單位對各安保公司履職情況進行監(jiān)督。

4. 其他智能化系統(tǒng)

（1）培訓(xùn)考試系統(tǒng)

由理論題庫、實操題庫組成的培訓(xùn)考試系統(tǒng)，為安檢員培訓(xùn)提供了海量的真題。通過設(shè)置考試難易系數(shù)，可逐步提升安檢員的實戰(zhàn)業(yè)務(wù)水平。在實操題庫中，利用圖像融合技術(shù)將系統(tǒng)內(nèi)豐富的違禁品、背景元數(shù)據(jù)圖片進行融合，隨機生成一張接近實戰(zhàn)的圖片，即可檢驗安檢員的實操水平，以降低培訓(xùn)成本，如圖12所示。

（2）后臺集中判圖系統(tǒng)

后臺集中判圖可將工作在一線的X光智能安檢機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨矙z數(shù)據(jù)云平臺，通過算法和專業(yè)人工復(fù)核，進行集中判圖，以防止違禁品漏報。云平臺的信息也同步至指揮調(diào)度中心，民警通過對違禁品數(shù)據(jù)分析，及時做出警情預(yù)判，提高應(yīng)對突發(fā)事件的能力。判圖界面如圖13所示。

（3）違禁品虛擬對抗測試系統(tǒng)

軌道公安或地鐵安保部，可通過安檢云平臺，向安檢站點上的X光安檢智能識別設(shè)備發(fā)送對抗測試數(shù)據(jù)。智能設(shè)備通過尋找合適的過機包裹，將虛擬違禁品疊加到值機畫面中的某個包裹中，模仿真實包裹過機，以檢驗安檢員的實操反饋情況。該對抗測試系統(tǒng)可解決傳統(tǒng)站點巡檢的“汗水警務(wù)”模式。界面圖如圖14所示。（4）大客流分區(qū)分時導(dǎo)流作業(yè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)基于客流智能分析，實現(xiàn)全網(wǎng)擁擠指數(shù)一圖掌握，站點客流態(tài)勢一圖展現(xiàn)?？蓪崟r預(yù)測局部過密、安檢排隊、候車排隊、通道密集等客流風(fēng)險隱患，并檢測、匹配客流處置預(yù)案，調(diào)度巡邏防控力量。在重大活動期間，該系統(tǒng)實現(xiàn)對客流趨勢的掌握，動態(tài)化構(gòu)建應(yīng)急保障預(yù)案?？土鞣治鲈O(shè)計如圖15所示。

基于客流風(fēng)險態(tài)勢分析，動態(tài)評估客流風(fēng)險點，輔助車站巡邏點位的設(shè)置，高峰值守時智能化排班。如圖16、17所示。

三、實戰(zhàn)與應(yīng)用

武漢地鐵于2019年7月在地鐵七號線三陽路站、王家墩東站等試點安裝X光安檢圖像智慧識別系統(tǒng)。以七號線三陽路試點站為例：在提升勤務(wù)管理能力方面，該站安檢員人員信息、上下崗勤務(wù)安排能實現(xiàn)可視化瀏覽、監(jiān)管，較其他未安裝站點勤務(wù)管理更規(guī)范、更便于管理。在提高安檢員履職效能方面，以歷史安檢數(shù)據(jù)（2月～ 6月）為例，違禁品平均檢出率由未安智慧識別系統(tǒng)的40%提高至85%以上。僅1個月時間內(nèi)，智慧識別系統(tǒng)輔助安檢員檢出違禁品數(shù)量達890件，其中管制刀具210把、易燃易爆品678件、電擊器1個、指虎1個。在有效管理違禁品方面，對查收的違禁品標(biāo)記二維碼，實現(xiàn)對各類限帶品逐一登記，規(guī)范查收、保存、歸還、處理手續(xù)，實現(xiàn)全流程電子化管理。目前，由于智慧安檢設(shè)備未在地鐵全線鋪設(shè)，整體使用效能有待于進一步提升。

四、結(jié)語

城市軌道交通是現(xiàn)代大城市交通的發(fā)展方向，也是建設(shè)綠色城市、智能城市的有效途徑?！?+N”智慧安檢體系的建設(shè)，是武漢軌道分局堅持改革創(chuàng)新，推動提質(zhì)增效，加強科技興安，積極推進智能化安檢試點的具體舉措。部分站點已經(jīng)完成了智慧安檢體系試點建設(shè)。通過試點建設(shè)，地鐵集團做為安檢主體責(zé)任單位，降低了安檢支出費用，達到了提能增效目的；公安機關(guān)做為安檢監(jiān)管責(zé)任單位，提升了警務(wù)效能；工作在地鐵一線的安檢公司及安檢員提升安檢管理效率和業(yè)務(wù)能力；乘客出行效率大幅提高，真正實現(xiàn)了綠色、高效出行。