陳志為

（ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430000）

1 概述

目前城市軌道交通在全國(guó)各大城市迅猛發(fā)展，已成為社會(huì)公眾便利出行的重要選擇[1]。由于城市軌道交通的運(yùn)量大且運(yùn)營(yíng)空間相對(duì)較小，其安全防范一直是相關(guān)部門十分關(guān)注的問(wèn)題。為了進(jìn)一步加強(qiáng)站區(qū)安全保障，根據(jù)公安反恐工作和信息科技化的需要，各地城市軌道交通亟需采用人臉識(shí)別等智慧化手段，通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，快速鎖定人群中的危險(xiǎn)人物，以切實(shí)提升城市軌道交通公共安全防范系統(tǒng)的智能化水平，提高應(yīng)急響應(yīng)速度和處置效率[2]。

2 人臉識(shí)別技術(shù)原理

人臉識(shí)別技術(shù)基于人的臉部特征，對(duì)采集的視頻數(shù)據(jù)或人臉圖像進(jìn)行分析，并將其與已建成的人臉數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人員身份的識(shí)別[3]。人臉識(shí)別技術(shù)屬于非接觸式生物特征識(shí)別，具有非侵犯性，技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，在各行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

人臉檢測(cè)是指采用一定的策略對(duì)輸入的視頻流或圖片流進(jìn)行搜索定位，以確定人臉的位置和大小，分離出人臉的有效區(qū)域。圖像預(yù)處理過(guò)程是基于人臉檢測(cè)結(jié)果，對(duì)圖像進(jìn)行噪聲過(guò)濾、灰度變換等預(yù)處理手段，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，并最終服務(wù)于圖像特征的提取過(guò)程。人臉特征的提取是人臉識(shí)別的核心，主要目的在于提取人臉圖像中最有效的特征，在不降低人臉識(shí)別率的情況下，減小數(shù)據(jù)的運(yùn)算量[4]。人臉比對(duì)環(huán)節(jié)是將已經(jīng)檢測(cè)的人臉的特征值與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉信息進(jìn)行比對(duì)和匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉身份信息的判斷。

3 地鐵公安人臉識(shí)別系統(tǒng)建設(shè)模式

由于系統(tǒng)前期規(guī)劃和技術(shù)成熟度等方面的原因，國(guó)內(nèi)大多數(shù)已建成的地鐵線路公安人臉抓拍攝像機(jī)由公安部門后期補(bǔ)充設(shè)置。根據(jù)有關(guān)國(guó)家規(guī)范要求“城市軌道交通公共安全技術(shù)防范系統(tǒng)工程應(yīng)與新建的城市軌道交通工程整體項(xiàng)目同步規(guī)劃、建設(shè)、檢驗(yàn)和驗(yàn)收”，地鐵公安人臉識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)與整體工程同期建設(shè)，其優(yōu)勢(shì)如下。

3.1 人臉識(shí)別應(yīng)用高度依賴于前端攝像機(jī)的安裝點(diǎn)位和現(xiàn)場(chǎng)部署場(chǎng)景，前端設(shè)備所采集的視頻質(zhì)量將直接影響人臉識(shí)別應(yīng)用的準(zhǔn)確性和效率。如果不能夠和視頻監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行同期建設(shè)，后期建設(shè)時(shí)很有可能出現(xiàn)大量的攝像頭部署點(diǎn)位調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)及供電線路調(diào)整甚至前端攝像頭鏡頭及設(shè)備更換，勢(shì)必帶來(lái)大量的重復(fù)建設(shè)與成本浪費(fèi)。

3.2 人臉識(shí)別應(yīng)用對(duì)服務(wù)器資源、網(wǎng)絡(luò)資源以及存儲(chǔ)資源均有較大的需求。其中相當(dāng)一部分會(huì)和視頻監(jiān)控等現(xiàn)有系統(tǒng)產(chǎn)生交集，同期建設(shè)能夠做到合理的資源共享，在架構(gòu)設(shè)計(jì)與資源分配上避免大量不必要的成本投入。

從統(tǒng)一設(shè)計(jì)、合理架構(gòu)、資源共享、成本控制等多方面分析，同期建設(shè)都比后期單獨(dú)建設(shè)具備明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 系統(tǒng)建設(shè)方案

城市軌道交通公安人臉識(shí)別系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)能滿足各地公安部門對(duì)地鐵安全防范工作的要求。系統(tǒng)需具有采集、存儲(chǔ)、檢索和人員布控的功能，在識(shí)別出重點(diǎn)人員時(shí)，應(yīng)能及時(shí)向有關(guān)部門提供報(bào)警信號(hào)以及跟進(jìn)研判的圖像信息。

4.1 邏輯架構(gòu)

人臉識(shí)別系統(tǒng)邏輯架構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括接入層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層四個(gè)層次。集成人臉識(shí)別相關(guān)的各種資源、服務(wù)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)靈活完備的數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用。

接入層的作用是實(shí)現(xiàn)各種類型的前端采集終端的接入，包括普通攝像機(jī)、人臉抓拍攝像機(jī)等各類的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。接入的內(nèi)容主要包括視頻數(shù)據(jù)、靜態(tài)圖片等碼流數(shù)據(jù)，為地鐵公安人臉識(shí)別系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

服務(wù)層主要的功能設(shè)計(jì)是基于所采集的數(shù)據(jù)完成基礎(chǔ)的人臉識(shí)別過(guò)程，包括人臉抓拍、人臉特征提取、人臉比對(duì)等服務(wù)。

數(shù)據(jù)層主要完成各種大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理與對(duì)外提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。

應(yīng)用層負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)邏輯處理，包括動(dòng)態(tài)布控、人臉檢索、大數(shù)據(jù)分析、人員軌跡查詢等人臉識(shí)別應(yīng)用需求。

4.2 組網(wǎng)拓?fù)?/h3>

根據(jù)各地城市軌道交通公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)模式的區(qū)別以及運(yùn)維管理方式的不同，目前地鐵公安人臉識(shí)別系統(tǒng)主要有兩種組網(wǎng)方案，一是前端人臉抓拍攝像機(jī)由公安視頻監(jiān)視監(jiān)視系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，二是人臉抓拍攝像機(jī)由專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)置，采集數(shù)據(jù)共享。下面分別就這兩種方案的組網(wǎng)和特點(diǎn)進(jìn)行具體分析。

方案一：公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置人臉前端設(shè)備

公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)在車站出入口通道、換乘通道等公共區(qū)區(qū)域設(shè)置具有人臉識(shí)別功能的固定式高清攝像機(jī)，在地鐵公安分局設(shè)人臉識(shí)別分析設(shè)備，包含抓拍服務(wù)器、對(duì)比服務(wù)器、研判服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、流媒體服務(wù)器等。前端抓拍攝像機(jī)在采集人臉信息后，數(shù)據(jù)經(jīng)車站公安視頻交換機(jī)和地鐵分局公安視頻核心交換機(jī)，接入地鐵分局公安視頻人臉識(shí)別分析設(shè)備。

通過(guò)地鐵分局人臉識(shí)別分析設(shè)備進(jìn)行人臉圖像的比對(duì)分析，然后將分析數(shù)據(jù)經(jīng)由匯聚交換機(jī)傳至市局既有人臉識(shí)別平臺(tái)。同時(shí)攝像機(jī)的存儲(chǔ)碼流傳輸至地鐵分局或派出所存儲(chǔ)設(shè)備，完成視頻錄像存儲(chǔ)。

圖1 方案一組網(wǎng)拓?fù)?/p>

方案二：專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)置人臉前端設(shè)備

專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)在車站設(shè)置人臉識(shí)別前端采集設(shè)備，并通過(guò)車站視頻網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將采集的數(shù)據(jù)分配共享給公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)，公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)能正常調(diào)看視頻圖像。人臉抓拍攝像機(jī)視頻流由專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)統(tǒng)一存儲(chǔ)，抓拍圖片數(shù)據(jù)可傳輸至地鐵分局或派出所存儲(chǔ)設(shè)備。該方案車站可不設(shè)公安視頻交換機(jī)。

圖2 方案二組網(wǎng)拓?fù)?/p>

對(duì)于還未建設(shè)軌道交通線網(wǎng)指揮中心（TCC）的城市新建線路，人臉數(shù)據(jù)流可經(jīng)由線路OCC 傳輸至派出所，再上傳至公安分局。以上兩種組網(wǎng)方案均能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵乘客的人臉信息采集和處理，滿足公安部門對(duì)地鐵安全防范的要求。方案一的運(yùn)維管理的分界清晰，但不利于資源的共享利用。方案二相較于方案一對(duì)專用通信網(wǎng)絡(luò)與軌道分局之間網(wǎng)閘的性能要求更高，需配置萬(wàn)兆網(wǎng)閘，在網(wǎng)閘的方面的投資更大。但方案二契合專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)深度融合的趨勢(shì)，且能夠充分的整合和利用資源，因此推薦方案二作為公安人臉識(shí)別系統(tǒng)的主選建設(shè)方案。

5 人臉識(shí)別攝像機(jī)布置建議

5.1 攝像機(jī)布點(diǎn)原則

5.1.1 出入口通道

出入口通道作為連接車站與外界的紐帶，是乘客進(jìn)出車站的唯一途徑。在出入口通道設(shè)置人臉抓拍設(shè)備，能夠?qū)M(jìn)出車站的人員進(jìn)行全面有效的布控，且出入口通道距離站臺(tái)乘車點(diǎn)有一段距離，可以給相關(guān)安防部門充裕的響應(yīng)時(shí)間。一般選擇樓梯/扶梯下端作為人臉抓拍點(diǎn)，攝像機(jī)在抓拍人臉的同時(shí)可兼顧扶梯緊停按鈕和運(yùn)行指示燈的情況，滿足運(yùn)營(yíng)對(duì)該處視頻覆蓋的要求。

5.1.2 換乘站通道

地鐵換乘通道客流較為集中，尤其在高峰期人流密集、無(wú)序、無(wú)間隔，可根據(jù)公安部門需要對(duì)人員的換乘路徑（軌跡）進(jìn)行有效跟蹤。

5.1.3 檢票閘機(jī)口

檢票閘機(jī)是乘客進(jìn)出地鐵站的必經(jīng)之路，可根據(jù)公安部門的要求的進(jìn)站或出站閘機(jī)的上方設(shè)置人臉識(shí)別攝像機(jī)，單個(gè)閘機(jī)人員通道寬約40 厘米左右，根據(jù)閘機(jī)數(shù)量和攝像機(jī)的性能設(shè)置1-2 臺(tái)抓拍攝像機(jī)。由于各地地鐵運(yùn)營(yíng)部門對(duì)進(jìn)出站閘機(jī)也有明確的監(jiān)視需要，此處運(yùn)營(yíng)部門與公安部門可共享前端設(shè)備。

5.2 安裝條件要求

人臉識(shí)別準(zhǔn)確率受現(xiàn)場(chǎng)光照條件、前端設(shè)備安裝位置等多方面因素影響，因此在前端點(diǎn)位布置的過(guò)程中應(yīng)與相關(guān)專業(yè)做好協(xié)調(diào)配合，保證人臉抓拍目標(biāo)區(qū)域光照環(huán)境穩(wěn)定且光照強(qiáng)度在100Lux 以上，且安裝位置應(yīng)滿足攝像頭與人臉構(gòu)成的角度要求，從而保證人臉抓拍的效果。

6 結(jié)論

人臉識(shí)別技術(shù)因其顯著的優(yōu)勢(shì)，在安防領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)城市軌道交通安防系統(tǒng)的重視程度和投資力度進(jìn)一步加大，人臉識(shí)別技術(shù)將在提升地鐵公共安全防范能級(jí)方面發(fā)揮更大的作用。在工程實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)充分結(jié)合公安部門需求，做到統(tǒng)籌規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、合理實(shí)效，充分利用人臉識(shí)別等技術(shù)手段，賦能城軌交通安全智能化管控。