郝登運，王建楹，李伯男

（1.中船重工海為鄭州高科技有限公司，河南鄭州，450015；2.鄭州機電工程研究所，河南鄭州，450015）

1 系統(tǒng)概述

智能閘機是一種人流通道的控制設(shè)備，用于管理人流并規(guī)范行人有序出入，主要應(yīng)用于寫字樓、地鐵、高鐵、機場等場所。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，針對當前機場業(yè)務(wù)規(guī)模龐大、運行主體種類繁多、航班延誤頻發(fā)、運營效率低、人力成本高等行業(yè)問題，“智慧機場”的建設(shè)被認為是解決上述行業(yè)問題的重要手段和發(fā)展趨勢，其中機場自助安檢智能閘系統(tǒng)是智慧機場建設(shè)的重要組成部分，而現(xiàn)有智能閘機總體解決方案無法滿足機場自助安檢的需求，本文旨提出一種以“證件+人臉”識別為核心的三開門智能閘機總體解決方案，通過“登記牌+證件”和“人臉+證件”雙重審核方式，結(jié)合通行識別算法[3～4]，以實現(xiàn)旅客安檢的自助通行，能有效的防止旅客尾隨，造成登機航班延誤，同時也有效提高了安檢效率和安全性。

通過工控機控制證件信息讀寫設(shè)備獲取旅客有效證件信息及攝像頭捕捉旅客的面部特征，由工控機和交換機完成數(shù)據(jù)交互工作，并借助驗證服務(wù)器，將證件信息和實時人臉特征信息與后臺服務(wù)器中的用戶信息進行檢索、對比。

2 系統(tǒng)功能

■2.1 基本功能

（1)具備身份證信息、登機牌信息讀取功能；

（2)能夠完成身份證信息有效性識別；

（3)能夠通過與上級系統(tǒng)通信完成登機牌信息真?zhèn)尾轵灒?/p>

（4)能夠通過身份證號碼對旅客身份證與登機牌信息一致性核對；

（5)能夠通過人臉識別完成旅客人臉與身份證照片比對，完成旅客身份查驗；

（6)具備第三道門疏解功能。

■2.2 強化功能要求

（1)通過上級系統(tǒng)實現(xiàn)公安黑名單布控：將身份信息發(fā)送至黑名單系統(tǒng)并執(zhí)行反饋指令，如果在黑名單中進行提示報警；

（2)通過本地黑名單數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)公安黑名單布控：通過將身份信息與本地黑名單庫比對實現(xiàn)布控功能，本地黑名單庫能夠方便定期更新。

■2.3 擴展功能

（1)預留與機場離港信息系統(tǒng)對接接口；

（2)預留與公安系統(tǒng)對接接口。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計

■3.1 系統(tǒng)組成

智能閘機采用2 組對開式拍打門模塊和1 組單開式拍打門模塊的總體布局設(shè)計，其系統(tǒng)模擬圖和結(jié)構(gòu)如圖1 和圖2 所示，主要由控制系統(tǒng)、前扇門模塊、通道指示燈、證件閱讀模塊、人臉識別模塊、后扇門模塊、側(cè)扇門模塊、傳感器及操作屏等模塊組成；如圖3 所示，按區(qū)域劃分包括入口候檢區(qū)、通道內(nèi)檢測區(qū)和出口檢測區(qū)3 部分。

圖1 智能閘機系統(tǒng)模擬圖

圖2 三開門式智能驗證閘機結(jié)構(gòu)組成圖

圖3 三開門式智能驗證閘機區(qū)域布局示意圖

■3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

如圖4 所示，三開門式智能閘控制系統(tǒng)由主控模塊、通道控制模塊及電源模塊組成；主控模塊是閘機的信息存儲、中轉(zhuǎn)和記錄中心，負責整個通行過程中各單元之間的邏輯處理和功能調(diào)度。通道控制模塊通過RS232 與主控模塊相連，接收主控模塊發(fā)送的身份識別信息并結(jié)合通行識別模塊的信息將開/關(guān)門命令發(fā)送給閘門執(zhí)行單元，同時將開關(guān)門信息反饋給主控模塊并通行指示燈、報警燈及蜂鳴器進行聲光電提示。

圖4 三開門式智能驗證閘機控制系統(tǒng)總體框圖

3.2.1 主控模塊設(shè)計

主控模塊是閘機的核心設(shè)備，其主要由工控機、身份識別模塊、乘客顯示屏、揚聲器及以太網(wǎng)通訊接口等組成。工控機通過與身份識別模塊、閘機控制板等進行數(shù)據(jù)交互，將相應(yīng)的處理結(jié)果顯示給旅客，控制閘機執(zhí)行模塊進行相應(yīng)的開/關(guān)門動作。同時工控機通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊與監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)傳輸，將旅客通行數(shù)據(jù)、設(shè)備工作狀態(tài)、客流營運數(shù)據(jù)等發(fā)送給監(jiān)控中心系統(tǒng)。

3.2.2 通道控制模塊設(shè)計

通道控制模塊負責對閘機執(zhí)行模塊的控制以及對通行指示燈、報警燈、緊急按鈕的控制。通過RS232 與工控機相連，接收工控機發(fā)送的身份識別信息，結(jié)合通行識別信息通過CAN 通訊將開/關(guān)門命令發(fā)送給閘門執(zhí)行模塊，同時將開/關(guān)門狀態(tài)反饋給工控機。

3.2.3 電源模塊設(shè)計

電源模塊主要有漏電保護開關(guān)、UPS不間斷電源及開關(guān)電源等組成，負責為各子系統(tǒng)供電并保證其正常工作，同時當系統(tǒng)斷電時，UPS 不間斷電源能夠保證各子系統(tǒng)順利地完成一次開門，能夠保障乘客順利疏散。

3.2.4 主要器件選型

控制系統(tǒng)中主要器件的選型詳見表1。

表1 控制系統(tǒng)主要器件選型表

■3.3 程序結(jié)構(gòu)及模塊劃分

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計、自上向下的思想，將數(shù)據(jù)和處理分離，使程序設(shè)計、調(diào)試和維護等操作簡單化，同時保證了程序的實時性、兼容性、可移植性。程序結(jié)構(gòu)框圖如圖5 所示。程序總體結(jié)構(gòu)主要由身份識別子系統(tǒng)、閘機控制子系統(tǒng)、顯示子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)等組成。

圖5 三開門式智能驗證閘機控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖

3.3.1 身份識別子系統(tǒng)

身份識別子系統(tǒng)包括證件識別子系統(tǒng)和人臉識別子系統(tǒng)。

證件識別子系統(tǒng)主要通過外置的證件閱讀器獲取證件信息。本系統(tǒng)主要采用基于OCR 技術(shù)的閱讀器：二代身份證閱讀器和登機牌閱讀器，通過USB 與工控機連接。閱讀器接收到工控機給予的尋卡指令，進入尋卡狀態(tài)，當有效的證件置于閱讀器讀卡區(qū)后，閱讀器自動進行證件信息讀取，將讀取的文字信息或圖像信息通過USB 傳輸給工控機。然后將讀取到的證件信息與后臺已登記的證件信息數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，將比對結(jié)果發(fā)送給工控機，工控機將該信息在旅客顯示屏上顯示，同時將證件信息存儲到臨時證件信息數(shù)據(jù)庫中。

人臉識別子系統(tǒng)主要通過從前端高清攝像頭獲取的視頻流中進行人臉圖像采集，并檢測提取人臉面部特征信息，即時存儲至臨時人臉數(shù)據(jù)庫。同時可將捕獲的人臉信息與身份證件識別模塊獲取的身份證上的照片信息比對，進一步確認旅客身份。當旅客進入到視頻監(jiān)控范圍時，調(diào)用視頻捕捉接口，進行視頻捕捉。對捕捉到的視頻或圖像，首先判斷是否存在人臉，然后確定人臉的位置、大小和面部器官的位置，并根據(jù)這些信息，進一步提取人臉中蘊含的特征。

3.3.2 閘機控制子系統(tǒng)

當檢測到身份證件信息有效時，若通行識別狀態(tài)信息為有效，符合通行條件，工控機發(fā)出閘門開啟指令，閘機控制子系統(tǒng)根據(jù)指令使閘門打開90°，蜂鳴器響一聲，只允許一人通過，同時閘機控制子系統(tǒng)發(fā)送通過一人進站信息給工控機，工控機保存記錄并實時上傳給監(jiān)控中心。若通行識別狀態(tài)信息無效，工控機發(fā)出指令，閘機控制子系統(tǒng)根據(jù)指令使閘門保持鎖閉狀態(tài)，報警燈亮，蜂鳴器響一聲，旅客顯示屏顯示“有尾隨旅客，請重新進入”。當檢測到身份證件信息無效時，蜂鳴器響一聲，旅客顯示屏顯示“證件信息有誤，請重刷”。

3.3.3 網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)

工控機將閘機的營運信息傳給監(jiān)控中心，同時將旅客信息、進出站客流量信息上傳。上傳分實時和定時兩種方式。若工控機和監(jiān)控中心的通信網(wǎng)絡(luò)中斷，在通信恢復時，工控機能自動上傳營運數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)。也可通過外接的維護終端，人工上傳營運數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及下載系統(tǒng)參數(shù)。

■3.4 智能驗證閘機工作流程

當旅客在入口候檢區(qū)將證件放在證件閱讀器上讀取證件信息，分別讀取身份證信息與登機牌信息，并且將身份證上的照片信息寫入內(nèi)存，應(yīng)用軟件判斷證件的有效性，若證件信息有效且相符，智能驗證閘機的前門打開，通行的旅客進入通道內(nèi)檢測區(qū)，前門隨即關(guān)閉；若信息無效或不符，智能閘機的前門閉鎖，禁止旅客進入。

當通過入口候檢區(qū)后，旅客進入通道內(nèi)檢測區(qū)，將上一步的身份證照片與攝像頭采集的人臉信息進行比對，若比對成功，智能閘機的后門打開放行；若比對無效前門和后門均閉鎖，打開側(cè)門，系統(tǒng)提示旅客人臉識別比對失敗，要求旅客從側(cè)門退出閘機通道；如果人臉識別判斷旅客在黑名單中，前門、后門與側(cè)門均閉鎖，并發(fā)出警報，工作流程如圖6 所示。

圖6 三開門式智能驗證閘機工作流程框圖

4 關(guān)鍵問題解決

■4.1 提高尾隨攔截率

防尾隨是機場自助登機通道閘機系統(tǒng)技術(shù)的一個難點問題。目前多數(shù)機場自助登機通道閘機多采用單門閘機或人工安檢模式，在閘機高中低部均全部采用傳統(tǒng)的紅外傳感器對成年人、兒童、拉桿箱及隨身行李等進行檢測識別，雖然能夠識別出大部分尾隨，但是對于特殊尾隨（如緊身尾隨、懷抱兒童等)出現(xiàn)漏檢的概率很大，一旦閘門開啟，漏檢旅客在沒有受檢就進入候機區(qū)，給機場安全帶來隱患。

如圖7 所示，本方案由“三開門式總體結(jié)構(gòu)”+“閘機尾隨檢測”相互配合實現(xiàn)，其中光幕區(qū)將傳統(tǒng)的對射式紅外傳感器改為測量光幕，提高了尾隨檢測的精度[5～6]，在閘機通道內(nèi)裝設(shè)有高清攝像頭，在旅客進入閘機通道內(nèi)時，攝像頭抓拍旅客并統(tǒng)計出閘機通道內(nèi)安檢旅客人數(shù)。前后雙門閘機采用雙門互鎖形式，除特殊情況外，最多僅有一道門處于打開狀態(tài)，尾隨者闖入第一道門后，安檢乘客進入人臉識別區(qū)同時尾隨乘客進入光幕區(qū)，因此控制系統(tǒng)會根據(jù)人臉識別區(qū)與光幕區(qū)的識別處尾隨者，當在通道內(nèi)檢測區(qū)檢測到尾隨者后閘機發(fā)出報警提示后側(cè)門會打開或由工作人員進行處理，由于第二道門未開啟，因此尾隨者仍然無法進入候機區(qū)，同時尾隨者無須后退，因此成功提高尾隨攔截成功率。

圖7 三開門式智能驗證閘機尾隨檢測示意圖

■4.2 提高人臉識別率

目前，機場安檢驗證系統(tǒng)大多采用靜態(tài)人臉識別[7]，抓拍旅客面部特征時對旅客的位置、角度、距離都有著較高要求，且識別效率低。本系統(tǒng)采用動態(tài)人臉識別技術(shù)，系統(tǒng)直接從高清視頻中采集最佳人臉照片，并在前端閘機處進行人臉特征分析，輸出旅客面部特征并傳輸至安檢驗證系統(tǒng)后臺服務(wù)器，在后臺服務(wù)器快速完成人臉特征與身份證照片比對、人臉特征與公安數(shù)據(jù)庫黑名單人員面部比對，提高了人臉比對的準確度和效率。

5 結(jié)語

本文詳細介紹了三開門式智能驗證閘機系統(tǒng)的總體設(shè)計。系統(tǒng)采用“證件+人臉”雙重驗證，做到人證合一，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性；采用“三開門式總體結(jié)構(gòu)”+“閘機尾隨檢測”相互配合的方案可以提高尾隨的檢測精度，能有效防止尾隨的發(fā)生。智能驗證閘機目前已經(jīng)運用于許多行業(yè)，如機場、高鐵、地鐵、海關(guān)等，未來將廣泛運用于各行各業(yè)。