基于RFID和視頻人像識(shí)別技術(shù)的門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周曉紅+李娟娟+王曉云

摘 要： 針對(duì)目前民爆器材生產(chǎn)線(xiàn)門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)存在的使用不便、識(shí)別率低、易漏報(bào)等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套以RFID技術(shù)與視頻人像識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)民爆器材危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所自動(dòng)進(jìn)行人員識(shí)別與統(tǒng)計(jì)、圖像抓拍、超員報(bào)警等功能。該系統(tǒng)將RFID技術(shù)與視頻人像識(shí)別技術(shù)結(jié)合，打破了長(zhǎng)期以來(lái)依靠紅外感應(yīng)進(jìn)行計(jì)數(shù)的模式，使系統(tǒng)更具實(shí)用性及先進(jìn)性。測(cè)試結(jié)果證明，該系統(tǒng)滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)要求，適用于民爆器材危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所的智能化管理。

關(guān)鍵詞： RFID； 視頻人像識(shí)別； 門(mén)禁； 定員監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)： TN941.2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）16?0073?03

Design of entrance guard type personnel quota monitoring system based on

RFID and video portrait identification technology

ZHOU Xiaohong， LI Juanjuan， WANG Xiaoyun

（Huaibei Blasting Technology Institute， China Coal Technology Engineering Group， Huaibei 235000， China）

Abstract： To eliminate the defects of inconvenient application， low recognition rate， etc. existing in the entrance guard type personnel quota monitoring system currently used in the civil explosive equipment production line， a monitoring system with functions of automatic personnel identification and counting， image capture and overman alarm was designed， which is based on RFID technology and video portrait identification technology. In combination with RFID technology and video portrait identification technology， this system broke though the counting mode relying on infrared sensors for a long time， which makes the system more practical and advanced. The test results show that the system meets the related industry policies and standards， and is suitable to the intelligent management for hazard workplace of civil explosive equipments.

Keywords： RFID； video portrait identification； entrance guard； personnel quota monitoring

民用爆破器材是一種具有易燃易爆屬性的危險(xiǎn)物品，其生產(chǎn)場(chǎng)所的安全監(jiān)控至關(guān)重要，相關(guān)規(guī)范針對(duì)各類(lèi)民爆物品生產(chǎn)場(chǎng)所均有明確的定員定量標(biāo)準(zhǔn)，然而實(shí)際操作中卻缺乏有效手段來(lái)確保制度的執(zhí)行。2013年5月某企業(yè)民爆器材生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)生一起造成33人死亡的特大爆炸事故，暴露出了民爆器材生產(chǎn)線(xiàn)普遍存在的管理不嚴(yán)、超員等現(xiàn)象。為了加強(qiáng)民爆器材危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所安全管理，2013年6月工信部安全司發(fā)文，要求各民爆企業(yè)要在相應(yīng)生產(chǎn)線(xiàn)配備安裝智能化門(mén)禁系統(tǒng)，嚴(yán)格控制危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所的人員數(shù)量 [1]。文件下發(fā)不久，相關(guān)企業(yè)與研究單位先后推出了幾種門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)，如基于磁卡技術(shù)的門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)、基于二維碼的門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)[2]、基于人臉識(shí)別技術(shù)的門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)等[3]。采用接觸式智能卡或磁卡識(shí)別、二維碼掃描、指紋識(shí)別技術(shù)的系統(tǒng)，出入通道時(shí)須主動(dòng)刷卡或驗(yàn)證，使用十分不便，對(duì)正常生產(chǎn)造成一定程度的影響；采用人臉識(shí)別技術(shù)的系統(tǒng)，受環(huán)境光線(xiàn)影響較大，識(shí)別率偏低。上述系統(tǒng)均采用紅外感應(yīng)方式輔助計(jì)數(shù)，存在監(jiān)控盲區(qū)易漏報(bào)。因此，研制出一種能夠真正實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙通行并兼具身份識(shí)別、人員統(tǒng)計(jì)、定員管理與報(bào)警功能的門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)是行業(yè)監(jiān)管的迫切需求。

本項(xiàng)目在深入研究與科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，采用RFID技術(shù)作為主要技術(shù)手段，結(jié)合視頻人像識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套適用于民爆器材危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所的門(mén)禁式定員監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員身份識(shí)別及人數(shù)統(tǒng)計(jì)，采用視頻人像識(shí)別技術(shù)輔助計(jì)數(shù)，如二者統(tǒng)計(jì)數(shù)字不匹配則發(fā)出報(bào)警，可有效防止無(wú)卡人員擅闖及故意逃避監(jiān)控的行為[4]。同時(shí)采用圖像抓拍、LED顯示、語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)、聲光報(bào)警等技術(shù)，完善系統(tǒng)功能。

1.1 技術(shù)組成

（1） RFID技術(shù)。RFID即無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[5]。一套完整的RFID系統(tǒng)包括讀寫(xiě)器、電子標(biāo)簽（即RFID卡）及應(yīng)用軟件3個(gè)部份，其工作原理是：讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射一定頻率的射頻信號(hào)，標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流獲得能量被激活；標(biāo)簽將自身編碼等信息發(fā)送出去，讀寫(xiě)器接收信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行解調(diào)后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷、處理[6]。endprint

系統(tǒng)選用860～960 MHz頻段讀卡器，最大識(shí)別距離達(dá)15 m，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刷卡識(shí)別；RFID卡調(diào)制方式選用被動(dòng)式，必須利用閱讀器的載波來(lái)調(diào)制自己的信號(hào)，只有在閱讀器范圍之內(nèi)才能被激活，這樣就保證了民爆器材危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所的射頻安全性。

（2） 視頻人像識(shí)別技術(shù)。視頻人像識(shí)別系統(tǒng)依賴(lài)于目前最新的人體特征識(shí)別算法，模式識(shí)別算法和人工智能算法等多領(lǐng)域的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)畫(huà)面中特定區(qū)域的人的頭、肩等特征部位進(jìn)行識(shí)別，以此來(lái)區(qū)分人和其他物體，并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)軌跡判斷人的出入關(guān)系，最后得出進(jìn)入人員數(shù)量、離開(kāi)人員數(shù)量、門(mén)禁通道內(nèi)總?cè)藬?shù)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[7]。系統(tǒng)選用海康威視iVMS智能視頻分析系統(tǒng)進(jìn)行人員統(tǒng)計(jì)，通過(guò)數(shù)據(jù)接口將統(tǒng)計(jì)結(jié)果傳送至系統(tǒng)管理軟件平臺(tái)進(jìn)行處理。

（3） 圖像抓拍技術(shù)。當(dāng)門(mén)禁系統(tǒng)檢測(cè)到人員出入以及發(fā)生報(bào)警時(shí)，給抓拍攝像機(jī)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)抓拍攝像機(jī)抓拍當(dāng)下畫(huà)面，以圖片格式保存，并實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面，便于與人員注冊(cè)信息對(duì)比，此功能可有效避免冒名頂替現(xiàn)象的發(fā)生。

（4） 實(shí)時(shí)顯示與報(bào)警。在門(mén)禁入口設(shè)置LED顯示屏及語(yǔ)音報(bào)警器，實(shí)時(shí)顯示危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所人員信息，為欲進(jìn)入危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所的人員提供判斷信息，可以避免不必要的報(bào)警及對(duì)生產(chǎn)造成的影響；出現(xiàn)超員、違規(guī)等警情時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)及語(yǔ)音提示，直接清楚地將警情及時(shí)告知相關(guān)人員。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1） 無(wú)障礙快速通行。系統(tǒng)采用RFID技術(shù)自動(dòng)識(shí)別人員身份，人員只需攜帶相應(yīng)卡片以正常行走速度通過(guò)門(mén)禁通道即可被識(shí)別、計(jì)數(shù)，對(duì)正常作業(yè)無(wú)任何影響，具有實(shí)用性及便利性。尤其對(duì)于存在物流通道的民爆器材生產(chǎn)線(xiàn)，原材料及成品由人工使用手推車(chē)運(yùn)出，如需主動(dòng)刷卡會(huì)造成極大不便。另外，系統(tǒng)支持多人同時(shí)采集識(shí)別，上下班高峰時(shí)段人員無(wú)需排隊(duì)，可正常通行。

（2） 多技術(shù)結(jié)合，識(shí)別率高。對(duì)于按規(guī)定佩戴RFID卡的人員可以準(zhǔn)確識(shí)別其身份信息；當(dāng)未按規(guī)定佩戴RFID卡的人員通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)亦可識(shí)別出有人員通過(guò)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警，啟動(dòng)監(jiān)控室、通道口、工房等處的報(bào)警器。

（3） 全覆蓋監(jiān)控。系統(tǒng)采用視頻人像識(shí)別技術(shù)，識(shí)別區(qū)域覆蓋所有通道，無(wú)監(jiān)控盲區(qū)，突破了一直以來(lái)使用紅外感應(yīng)進(jìn)行計(jì)數(shù)的模式，避免了紅外計(jì)數(shù)存在的易漏報(bào)、易躲避、不穩(wěn)定等缺陷，更好地彌補(bǔ)了單純使用RFID技術(shù)造成的管理漏洞[8]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件分為前端設(shè)備及后臺(tái)設(shè)備，其中前端設(shè)備包括RFID讀卡器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、LED顯示屏、語(yǔ)音及聲光報(bào)警器等；后臺(tái)設(shè)備主要由控制系統(tǒng)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及輸出模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中虛線(xiàn)框內(nèi)的設(shè)備在門(mén)禁通道現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

人員佩戴RFID卡通過(guò)門(mén)禁通道時(shí)，讀卡器讀取卡片數(shù)據(jù)，傳送至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別人員身份信息并統(tǒng)計(jì)人員數(shù)量、儲(chǔ)存人員出入信息；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集人員視頻圖像信息，由視頻分析系統(tǒng)進(jìn)行分析、計(jì)算，判斷人員進(jìn)出方向并計(jì)數(shù)。如果二者識(shí)別結(jié)果不一致，則可依據(jù)邏輯判斷為無(wú)卡擅闖、一人多卡等違規(guī)情況。兩種技術(shù)手段結(jié)合，確保人員識(shí)別與統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。通道入口設(shè)置LED屏，實(shí)時(shí)顯示門(mén)禁內(nèi)各類(lèi)人員數(shù)量、姓名及尚可進(jìn)入人員數(shù)量等信息；系統(tǒng)識(shí)別出人員身份后由語(yǔ)音播報(bào)姓名；發(fā)生違規(guī)行為或超員時(shí)，聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。當(dāng)有人員經(jīng)過(guò)門(mén)禁通道時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)抓拍人員圖像，并記錄保存以備查詢(xún)。

2.2 軟件功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)管理軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其主要作用是構(gòu)建一個(gè)共用軟件平臺(tái)，將無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)與視頻人像識(shí)別技術(shù)通過(guò)軟件進(jìn)行整合，以充分發(fā)揮兩種技術(shù)的性能及優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，為其他需要調(diào)用的軟件提供接口，驅(qū)動(dòng)攝像機(jī)、報(bào)警器等輔助設(shè)備工作，并解決平臺(tái)與別的軟件兼容、數(shù)據(jù)共享等問(wèn)題[9]。從軟件的開(kāi)發(fā)、維護(hù)、升級(jí)等多方面因素考慮，系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)以Visual Studio 2010作為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，以C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，通過(guò)Windows應(yīng)用程序設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)管理軟件的開(kāi)發(fā)。C#較C/C++而言，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它支持純面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，將內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、控制優(yōu)化等底層操作交給.Net Framework實(shí)現(xiàn)，使程序設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔高效，易于軟件的維護(hù)與升級(jí)。

系統(tǒng)管理軟件主要功能如下：

（1） 人員信息管理：對(duì)人員數(shù)據(jù)進(jìn)行新建、刪除、修改、查詢(xún)。新建人員信息即發(fā)卡，將人員基本信息寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的卡片內(nèi)。人員基礎(chǔ)信息包括人員姓名、照片、員工號(hào)、身份證號(hào)、人員類(lèi)別、授權(quán)區(qū)域等。

（2） 日志管理：日志包括監(jiān)控日志、報(bào)警日志、操作日志。監(jiān)控日志記錄人員正常出入通道的時(shí)間、通道號(hào)、人員姓名等信息；報(bào)警日志記錄超員、陌生人、進(jìn)入未授權(quán)區(qū)域等報(bào)警信息。操作日志記錄系統(tǒng)用戶(hù)的登錄、注銷(xiāo)、執(zhí)行的系統(tǒng)操作、處警信息等。日志保存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，可查詢(xún)、輸出。

（3） 系統(tǒng)用戶(hù)管理：包括用戶(hù)的基礎(chǔ)信息、口令、權(quán)限以及用戶(hù)角色定義、角色維護(hù)等。

（4） 系統(tǒng)配置：管理系統(tǒng)各個(gè)控制字段配置信息，如定員設(shè)置、區(qū)域配置等。

（5） 報(bào)警系統(tǒng)：系統(tǒng)對(duì)于未授權(quán)人員非法闖入、一人多卡、超員等違規(guī)行為自動(dòng)生成報(bào)警事件，在監(jiān)控界面進(jìn)行提示，同時(shí)由語(yǔ)音系統(tǒng)在后臺(tái)和前端各通道進(jìn)行播報(bào)。

（6） 其他功能：如網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端，客戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行報(bào)警事件查詢(xún)和處理等。

2.3 軟件運(yùn)行界面

系統(tǒng)管理軟件可以設(shè)置兩級(jí)管理員：超級(jí)管理員和普通管理員。其中，超級(jí)管理員擁有最高權(quán)限，可以對(duì)軟件進(jìn)行配置和修改，普通管理員只能通過(guò)軟件查看各種信息，無(wú)修改權(quán)利。用超級(jí)管理員登錄可以進(jìn)入軟件的配置界面，如圖2所示。在軟件配置界面里，可以對(duì)軟件的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行配置，對(duì)人員數(shù)據(jù)進(jìn)行新建、刪除、修改、查詢(xún)。通過(guò)普通管理員登錄，可以進(jìn)入軟件的終端監(jiān)控界面，如圖3所示。終端監(jiān)控界面包含有各通道網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的畫(huà)面，當(dāng)有人員進(jìn)出時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示識(shí)別結(jié)果，并將抓拍的圖片和注冊(cè)的人員照片同時(shí)顯示在界面中，對(duì)于冒名頂替行為做到事后可查。當(dāng)出現(xiàn)陌生人闖入或者工房滿(mǎn)員、超員等情況時(shí)，界面會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警信息，提示值班人員進(jìn)行處理。通過(guò)終端監(jiān)控界面，可以實(shí)時(shí)了解工房的在線(xiàn)人數(shù)、出入人員信息，同時(shí)可以對(duì)生成的人員出入日志、報(bào)警日志進(jìn)行查詢(xún)。

圖2 軟件配置界面

圖3 終端監(jiān)控界面

2.4 安全性設(shè)計(jì)

系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)部分。在硬件上，配備不間斷電源以避免突然斷電對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成損壞，保證停電情況下系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮監(jiān)控作用；設(shè)置信號(hào)防雷、防電磁脈沖措施和電涌保護(hù)器以保護(hù)設(shè)備運(yùn)行安全。在軟件設(shè)計(jì)上，充分考慮系統(tǒng)信息安全性，設(shè)置了如下功能：對(duì)登錄操作系統(tǒng)的用戶(hù)進(jìn)行身份鑒別；對(duì)管理員登錄地址進(jìn)行限制；具有登錄失敗處理功能；具備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址限制終端登錄功能；圖像數(shù)據(jù)被移動(dòng)時(shí)記錄入日志；記錄企圖刪除、修改數(shù)據(jù)的操作者用戶(hù)名、網(wǎng)絡(luò)地址、操作時(shí)間等。

3 結(jié) 語(yǔ)

集成測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別人員身份信息、進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)，測(cè)試準(zhǔn)確率高達(dá)99%。同時(shí)，系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)顯示、語(yǔ)音報(bào)警、日志查詢(xún)、信息儲(chǔ)存等功能運(yùn)行正常。綜上所述，采用RFID技術(shù)與視頻人像識(shí)別技術(shù)相結(jié)合的方式，既滿(mǎn)足了民爆器材危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所的智能化定員監(jiān)控要求，又對(duì)正常的生產(chǎn)作業(yè)不造成任何不利影響。該系統(tǒng)的應(yīng)用，將大大提高行業(yè)本質(zhì)安全水平，促進(jìn)民爆行業(yè)信息化建設(shè)進(jìn)程以及民爆器材生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)與健康穩(wěn)定發(fā)展。

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