程明亮

（艾弗世（蘇州）專用設備股份有限公司，北京 102200）

目前，無感電子支付迅速發(fā)展，NFC 和QR 技術廣泛應用于地鐵行業(yè)。地鐵行業(yè)對新技術非常敏感，致力于利用最新技術為乘客提供最佳的交通體驗。人臉識別支付技術作為最新的非接觸式電子支付，目前是地鐵行業(yè)的一個新的研究方向，可以提高地鐵運營的服務水平和效率。文章主要討論了AFC 系統(tǒng)中人臉識別技術的解決方案。

1 地鐵AFC閘機無感通行系統(tǒng)分析

1.1 工作原理分析

無感通行地鐵系統(tǒng)有兩個主要組成部分，即人臉檢測和人臉識別。乘客經過相機時設備可以掃描和截取臉部圖像，然后對掃描和截取的圖像進行全面合理的計算。通過應用人臉特征定位算法，可以實時掃描人臉圖像并將其轉換為特征值。在此期間，系統(tǒng)還可以采取QR 碼掃描、掃描槍等形式，有效地閱讀車票上的QR 碼。閱讀后系統(tǒng)獲得相應的站信息，并對人員、票和站進行比較，經核查后，乘客被放行。如果在驗證過程中發(fā)現(xiàn)乘客購買的車票不是本站有效車票，系統(tǒng)會在自行判斷后主動關閉閘機。系統(tǒng)驗證通過后，乘客可以順利通過AFC 閘機，從而順利實現(xiàn)進站和出站。相關的中央數(shù)據(jù)庫會及時儲存人臉驗證信息和乘客機票驗證信息，確保信息跟蹤的正常使用和車站人臉信息統(tǒng)計工作的順利進行。AFC 閘機無感通行系統(tǒng)，可以對不同車站的閘機工作狀態(tài)情況，以及客流信息情況進行實時監(jiān)測。人臉識別云閘機示意見圖1。

圖1 人臉識別云閘機

1.2 應用模型

要將人臉識別技術的原理和過程結合起來，就必須將信息記錄在人臉識別系統(tǒng)中，并根據(jù)法規(guī)要求形成鏈接關系。在AFC 識別系統(tǒng)應用人臉識別技術的過程中，需要增加閘機以及扣費兩個系統(tǒng)。人臉識別技術在AFC 中，需要先建立旅客人臉檔案，通過閘機采集人臉信息，比較信息輸出結果，發(fā)送扣費、通行等工作指令。自動售檢票系統(tǒng)是一個與乘客直接聯(lián)系的系統(tǒng)，它不僅直接關系到旅客的出行體驗和舒適，還關系到票價等金錢問題。

1.3 系統(tǒng)組成分析

①存儲節(jié)點。存儲節(jié)點可進行人臉識別存儲，將人臉識別信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，存儲采集到的人臉照片信息和出入口站信息，為后續(xù)信息查詢提供保證。②計算節(jié)點。AFC 閘機的非敏感訪問控制系統(tǒng)由人臉識別算法服務器、人臉特征提取服務器等組成。此類服務器中應用程序的主要目的是對票務系統(tǒng)平臺發(fā)送的數(shù)據(jù)和白名單數(shù)據(jù)庫進行有效的比較分析，并將最終比較分析結果直接發(fā)送到自動邊門檢票通道內。③人臉對比分析系統(tǒng)。算法服務器和搜索服務器是人臉對比分析系統(tǒng)的重要組成部分。他們的主要任務是計算和存儲人臉數(shù)據(jù)，并正確處理前端請求。

2 新型人臉識別技術和傳統(tǒng)地鐵卡票技術對比

人臉識別技術與傳統(tǒng)門票相比各有其特點，通過兩者的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)它們的優(yōu)缺點。傳統(tǒng)票卡優(yōu)點是制作相當簡便、檢票方式簡單；設備投資成本低、節(jié)省人工勞動、管理方便；缺點是計費不精確、缺乏公平感、出行費用不平衡；不利于吸引短途乘客；車票價格與運營成本的聯(lián)系不夠直接；而在目前的票務系統(tǒng)下，可以把新型人臉識別技術視為傳統(tǒng)票務技術的多元化擴展和開放發(fā)展。實施面部識別系統(tǒng)的主要目的是提高顧客的乘車體驗，并減少逃票事件。該技術應用的比例越大，也可以側面說明這個城市的應用模式越先進。同時，閘機的應用范圍受到不同車站特性的影響。許多大城市的居民喜歡在購票時支付電子票，因此在網絡應用不多的城市，需要控制面部識別閘機的數(shù)量。

3 自動售檢票系統(tǒng)中人臉識別技術的系統(tǒng)組成

3.1 人臉注冊設備

運行人員既可以在現(xiàn)有的半自動售票機上添加人臉識別模塊或新的人臉識別記錄終端，也可以使用APP 捆綁到人臉識別系統(tǒng)平臺上收集人臉記錄信息。其基本工作邏輯為：記錄登陸憑據(jù)并根據(jù)自動售票機的授權機制和條件審查該人的登記申請，并將審查結果記錄在面部數(shù)據(jù)庫中。

3.2 智能人臉識別模塊

人臉識別智能模塊安裝在登記設備和自動檢票機中，是保證人臉識別可用性和可靠性的基礎，是本系統(tǒng)的重要組成部分。為了保證人臉識別的可靠性，保持了較高的檢測率和實時性。智能人臉識別模塊需要具備良好的計算能力。硬件包括中央控制模塊、光源模塊、通信模塊+控制接口模塊、顯示和聲音模塊。軟件包括視頻流處理模塊、人臉檢測模塊、優(yōu)勢人臉識別模塊、刷臉交互和控制模塊等。視頻流處理模塊：從智能終端配置的攝像頭獲取圖像流，當前景發(fā)生較大變化時，向光源模塊發(fā)送光源補償請求，啟動清晰幀檢測模塊提取清晰幀。人臉檢測模塊：采用識別率高的人臉檢測模塊進行人臉檢測，并對檢測結果進行校準。主臉判別模塊：判別一幀多臉的主臉，并通過通信模塊向識別云發(fā)送識別請求。刷臉交互模塊：根據(jù)既定邏輯輔助行人刷臉，并給出相應提示?？刂颇K：操作I/O 口控制自動檢票機的開關。

3.3 人臉識別系統(tǒng)平臺組成

①數(shù)據(jù)收集。系統(tǒng)可以收集從人臉識別終端模塊下載的所有數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到ACC 數(shù)據(jù)系統(tǒng)。②數(shù)據(jù)處理。人臉識別系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)的類型和用途處理實時或批量收集的數(shù)據(jù)，而且可以立即保存和處理收集的數(shù)據(jù)，而不修改或刪除原始數(shù)據(jù)或丟失的數(shù)據(jù)，以滿足系統(tǒng)監(jiān)測、業(yè)務管理和決策分析的需要。③數(shù)據(jù)安全。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全必須符合國家密碼管理委員會的有關規(guī)定。④設備監(jiān)控。系統(tǒng)必須能夠集中監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況，包括識別模塊的通信、運行和故障。系統(tǒng)中所有設備的運行狀況信息必須通過監(jiān)視器實時準確地顯示。⑤系統(tǒng)統(tǒng)計。人臉識別系統(tǒng)應能夠收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析收集到的數(shù)據(jù)。

4 人臉識別技術在AFC系統(tǒng)中的應用方法

人臉識別技術在AFC 系統(tǒng)中的應用，主要功能是實現(xiàn)實時人臉識別，涉及人臉識別模塊、閘機設備、網絡清算中心系統(tǒng)（ACC 系統(tǒng)）/線控中心系統(tǒng)（LC系統(tǒng)）/站控系統(tǒng)（SC 系統(tǒng)）/半自動售票機（BOM）系統(tǒng)和人臉識別服務平臺系統(tǒng)等。

①人臉識別模塊應用：人臉識別模塊識別人臉信息，并將識別結果反饋給閘機；人臉識別模塊管理本地人臉信息數(shù)據(jù)庫；并對檢測到的人臉進行建模和比對；人臉識別模塊與閘機通信，接收閘機對該模塊的控制，并接收人臉信息的更新。②閘機設備應用：閘機與人臉識別模塊之間的串行通信，用于發(fā)送模塊控制命令，接收模塊反饋給閘機的人臉識別結果；閘機與人臉識別模塊之間的網關通信用于閘機向人臉識別模塊發(fā)送人臉信息，人臉識別模塊更新本地人臉信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)交易數(shù)據(jù)處理。③ACC/LC/SC/BOM的應用：LC/SC 系統(tǒng)可以遠程控制人臉識別模塊的切換功能；ACC/LC/SC 系統(tǒng)實現(xiàn)與閘機的通信，層層接收閘機上傳的人臉識別交易信息，可以參考傳統(tǒng)票務系統(tǒng)管理此類交易；BOM 可以接收符合人臉識別檢票業(yè)務的人的申請，創(chuàng)建新的人臉識別信息，并將結果反饋給人臉識別服務平臺。驗證成功后，平臺會將其更新到自己的數(shù)據(jù)庫中，并發(fā)送到整個線下網絡的人臉識別閘機。④人臉識別服務平臺系統(tǒng)應用：實現(xiàn)與閘機的通信接口，兩者通過網口進行通信；實現(xiàn)與公安系統(tǒng)的通信接口（預約）；實現(xiàn)人臉信息數(shù)據(jù)庫的建立、更新和維護，并將人臉信息數(shù)據(jù)庫的變化信息實時更新到在線網絡中的所有人臉識別閘機。

5 地鐵自動售檢票系統(tǒng)人臉識別技術解決方案研究

5.1 售檢票方案

網絡環(huán)境下，QR 碼和人臉識別技術的使用逐漸成熟，從而降低了自動售票機的應用頻率。為了提高AFC 應用程序的效率和質量，需要整合第三方支付功能，并在人臉識別技術的支持下購買地鐵票。將人臉識別功能添加到AFC 中，可以通過官方微信賬戶、小程序、支付寶和APP 實現(xiàn)遠程購票，還可以刷臉買票。與此同時，它還支持面對面購票，有效提高工作效率和質量。在人臉識別功能的支持下，傳統(tǒng)運維結算工作量有效減少，不僅提高了工作效率和用戶體驗，而且實名制購票功能也能提高安全性。

5.2 過閘計劃

城市軌道交通是高科技產業(yè)，是解決人流擁擠和公交需求的陽光產業(yè)，對高科技比較敏感。通過多年的技術發(fā)展，客戶的流量體驗不斷提升。2017年，國內部分城市使用二維碼過站，部分城市實現(xiàn)人臉識別。除了客戶的車輛，閘機終端設備成為系統(tǒng)的核心。結合人臉識別技術，可以有效實現(xiàn)坐公交后付費。乘客刷臉進站后，出站時通過人臉比對完成進出站，從而構建交易成交數(shù)據(jù)，通過支付平臺直接扣除用戶乘車費用。

5.3 付費模式與信用管理手段

系統(tǒng)在乘客進入大門時對乘客的面部進行識別。乘客完成人臉識別進入閘機之后，未完成扣查的乘客將被列入黑名單。通過對人臉識別數(shù)據(jù)庫的分析，確定了乘客的黑名單。列入黑名單的乘客不能使用人臉識別系統(tǒng)，并且會將失信行為納入個人信用記錄中。對非黑名單用戶則快速放行，系統(tǒng)后臺可以在各種技術支持下進行人臉比較和扣減計算。

5.4 優(yōu)化人臉識別算法

為了提高人臉識別精度和速度，需要不斷優(yōu)化識別算法系統(tǒng)設計，建立主數(shù)據(jù)庫、動態(tài)子資料庫和黑名單數(shù)據(jù)庫。地鐵面部識別時，所有乘客的面部信息都在主數(shù)據(jù)庫中。在刷臉期間，所有乘客的臉部信息都輸入到動態(tài)子資料庫中，用黑名單進行分析，不在黑名單上的乘客可以留在動態(tài)子資料庫中。對于有黑名單的乘客，應將其從子數(shù)據(jù)庫中刪除。對于符合條件的乘客，在出站過程中，只需將面部信息與銀行信息進行比較和分析，最后完成費用扣除。發(fā)現(xiàn)在黑名單上的乘客應予以扣留。

6 結束語

由于算法的限制，人臉識別率低于100%。針對地鐵客流量大和通行速度快的特點，還有一些技術問題需要解決。通過對現(xiàn)有技術的研究和分析，可以將人臉識別技術應用于地鐵自動訂票系統(tǒng)。目前我國有幾個地鐵城市是試點，隨著經驗的積累、算法的改進和技術的發(fā)展，其范圍逐漸擴大，為乘客提供了更好的體驗。