基于人臉識(shí)別技術(shù)的智慧社區(qū)中智能安防系統(tǒng)的研究

都　毅，姚　文（上海城建置業(yè)發(fā)展有限公司，上?！?00030）

1　技術(shù)背景

使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，建設(shè)智能、環(huán)保、節(jié)能的新社區(qū)，是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要。智慧社區(qū)概念的提出就是使用現(xiàn)階段比較新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)讓社區(qū)的生活更加智能化、智慧化，并且能夠更好地利用資源，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)又可高效便利地服務(wù)社區(qū)居民。智慧社區(qū)的發(fā)展也同樣帶動(dòng)了智慧城市的進(jìn)步，社區(qū)的智慧化程度是智慧城市發(fā)展水平高低的表現(xiàn)。

門(mén)禁控制系統(tǒng)將身份識(shí)別技術(shù)與門(mén)禁安全管理相融合，使用人體的生物特征作為身份識(shí)別的技術(shù)，是首要選擇的安全驗(yàn)證方法。其中人臉識(shí)別技術(shù)通過(guò)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)人臉的特征信息進(jìn)行提取，對(duì)提取的特征信息進(jìn)行識(shí)別，具有更友好、更方便，而且不易遺忘、無(wú)法偽造等優(yōu)點(diǎn)。近幾年隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，作為研究熱點(diǎn)的人臉識(shí)別技術(shù)有了較為明顯的進(jìn)展，各種算法相繼出現(xiàn)，識(shí)別效果得到了較大的改善。本文使用生物識(shí)別技術(shù)中的人臉識(shí)別技術(shù)，針對(duì)智慧社區(qū)中智能安防的需要，設(shè)計(jì)了一套更智能更便捷的系統(tǒng)，在使用方便的同時(shí)又提高了管理效率，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

2　基于人臉識(shí)別技術(shù)的門(mén)禁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

完整的門(mén)禁控制系統(tǒng)是由多個(gè)模塊組成，各自完成不同的功能，有著不同的職責(zé)，便于維護(hù)和管理。本文的智慧社區(qū)門(mén)禁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由門(mén)禁控制器模塊、手機(jī)終端模塊、服務(wù)器模塊和人臉識(shí)別模塊組成(圖1)。

圖1　門(mén)禁控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

其中門(mén)禁控制器模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制并完成小區(qū)入口的開(kāi)與閉，能對(duì)異常信息進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警，而且能夠通過(guò)網(wǎng)線與門(mén)禁控制系統(tǒng)通訊；手機(jī)終端模塊是系統(tǒng)的圖片采集器，圖像經(jīng)過(guò)手機(jī)的攝像頭采集后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集的圖片發(fā)送至智慧社區(qū)固定 IP 地址的后臺(tái)服務(wù)器中；后臺(tái)服務(wù)器模塊是整個(gè)社區(qū)的管理樞紐，對(duì)整個(gè)社區(qū)的安防有著不可替代的作用。門(mén)禁控制器后臺(tái)服務(wù)器接收手機(jī)終端模塊傳來(lái)的圖片，并通過(guò)調(diào)用人臉識(shí)別模塊將其識(shí)別，識(shí)別后的結(jié)果發(fā)送至門(mén)禁控制器，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；人臉識(shí)別模塊是門(mén)禁控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)人臉識(shí)別程序，將手機(jī)終端采集來(lái)的圖片進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別后的結(jié)果返回至后臺(tái)服務(wù)器。

2.2　門(mén)禁控制器模塊設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智慧社區(qū)門(mén)禁控制系統(tǒng)的整體流程如圖2 所示。

圖2　門(mén)禁控制系統(tǒng)流程圖

這一門(mén)禁控制系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子和智能卡芯片技術(shù)等融合為一體的新型網(wǎng)絡(luò)門(mén)禁控制器，其組成主要由門(mén)禁控制系統(tǒng)、電控鎖、開(kāi)關(guān)按鈕、識(shí)別裝置及相關(guān)配件構(gòu)成。門(mén)禁控制器是整個(gè)模塊的核心，可以把它當(dāng)做電腦的 CPU，負(fù)責(zé)控制各個(gè)部件的協(xié)調(diào)工作，處理電控鎖傳來(lái)的信息和判斷門(mén)是否關(guān)閉等。針對(duì)市場(chǎng)上多款產(chǎn)品，結(jié)合已有資料，根據(jù)需求分析，要求所選取的門(mén)禁控制器應(yīng)具有對(duì)出入口的管理功能和控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)雙門(mén)的單向控制，可以通過(guò)與讀卡器、門(mén)鎖、門(mén)磁、通訊適配器、門(mén)禁管理軟件和各種電纜等組成出入口控制系統(tǒng)。管理員可以通過(guò)管理軟件設(shè)定管理權(quán)限、通行時(shí)間等參數(shù)。

控制器本身的所有接口應(yīng)具有瞬態(tài)電壓抑制器，可有效保護(hù)接口電路，抑制雷擊、靜電以及各種原因在線路上產(chǎn)生的浪涌電壓和瞬態(tài)過(guò)壓。同時(shí)控制器中所有觸點(diǎn)要有保護(hù)電路，確保繼電器可以長(zhǎng)時(shí)間安全可靠地動(dòng)作，還需要確?？刂破鏖L(zhǎng)期工作不出現(xiàn)死機(jī)的情況。

門(mén)禁控制器選擇的通訊模式是網(wǎng)絡(luò) UDP 通訊，在對(duì)門(mén)禁控制器網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)，需對(duì) IP 地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址和端口進(jìn)行設(shè)置。

門(mén)禁控制器只回應(yīng)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，對(duì)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)判斷處理與否，處理后傳遞給后臺(tái)服務(wù)器處理操作的狀態(tài)或?qū)?yīng)信息，后臺(tái)服務(wù)器接收后，則本次通訊成功。

2.3　手機(jī)終端模塊設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)使用手機(jī)終端進(jìn)行圖像采集，對(duì)使用門(mén)禁控制系統(tǒng)的社區(qū)居民來(lái)說(shuō)更方便，而且更貼近日常生活。

對(duì)手機(jī)終端的開(kāi)發(fā)，本文主要是使用操作系統(tǒng)中提供的相機(jī)拍照功能，調(diào)用手機(jī)的攝像頭完成拍照功能，然后將拍完后的照片通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至固定 IP 的服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)發(fā)送的照片進(jìn)行識(shí)別處理。

2.4　服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)智慧社區(qū)門(mén)禁控制系統(tǒng)的需求分析，需要對(duì)服務(wù)器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)管理、人員管理、系統(tǒng)設(shè)置、人員出入記錄查詢等用例進(jìn)行實(shí)化，首先設(shè)計(jì)一組對(duì)象在它們之間進(jìn)行所需要的數(shù)據(jù)處理，這些對(duì)象就可以進(jìn)行交互，支持用例規(guī)定的功能。

2.5　人臉識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

智慧社區(qū)系統(tǒng)是一個(gè)多功能復(fù)雜度很高的集成系統(tǒng)，后臺(tái)服務(wù)器使用 java 語(yǔ)言，前臺(tái)為 Flex 語(yǔ)言設(shè)計(jì)，需要將人臉識(shí)別程序進(jìn)行封裝，將其封裝為可以供服務(wù)器調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。

2.6　系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)和處理，同時(shí)還要將其與其他的系統(tǒng)進(jìn)行兼容，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，針對(duì)各種情況有選擇地使用數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

智慧社區(qū)門(mén)禁控制子系統(tǒng)中涉及很多小的模塊，因此在對(duì)其功能的實(shí)現(xiàn)的時(shí)候會(huì)設(shè)計(jì)不同的表，如人員信息表，參數(shù)設(shè)置表等。

本系統(tǒng)中所涉及的基本數(shù)據(jù)表有以下幾種：系統(tǒng)角色管理表、角色權(quán)限管理表、人員基本信息表、人員出入記錄表、設(shè)備信息表、參數(shù)設(shè)置表。

3　基于人臉識(shí)別技術(shù)的智慧社區(qū)中智能安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1　實(shí)現(xiàn)原則

基于人臉識(shí)別技術(shù)的智慧社區(qū)中智能安防系統(tǒng)按照先進(jìn)性、實(shí)用性、可擴(kuò)充性、規(guī)范性原則進(jìn)行搭建，同時(shí)各個(gè)模塊需要有很好的協(xié)同性。

先進(jìn)性指的是基于人臉識(shí)別技術(shù)的研究，以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在人臉檢測(cè)、人臉關(guān)鍵點(diǎn)抓取、人臉識(shí)別上廣泛應(yīng)用；通過(guò)高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭、人臉識(shí)別服務(wù)器，實(shí)時(shí)抓拍人群臉部頭像信息；通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)，對(duì)進(jìn)入偵測(cè)區(qū)域的人員進(jìn)行鎖定、分析、識(shí)別、預(yù)警等，是目前行業(yè)發(fā)展的先進(jìn)科技成果。

實(shí)用性指的是在基于人臉識(shí)別技術(shù)的智能安防系統(tǒng)中，在實(shí)際場(chǎng)景操作中可以變被動(dòng)監(jiān)視為主動(dòng)監(jiān)控，變事前處理為事中處理，變繁瑣低效的人工查詢?yōu)楦咝实闹悄茕浵癫樵?，從而有效地提高了人臉識(shí)別的預(yù)防等級(jí)、效率和管理模式，減少了很多人為工作量。

可擴(kuò)充性是指系統(tǒng)采集到的人像大數(shù)據(jù)，算法精度高，復(fù)雜環(huán)境也擅長(zhǎng)處理，產(chǎn)品線全，足以承受 675 萬(wàn)人次/d、20 億/a 的數(shù)據(jù)量；人臉識(shí)別設(shè)備支持集中+分布式架構(gòu)，可靈活跨網(wǎng)部署。

規(guī)范性是指門(mén)禁控制器模塊、手機(jī)終端模塊、服務(wù)器模塊和人臉識(shí)別 4 大模塊從設(shè)計(jì)規(guī)范上遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有助于各個(gè)系統(tǒng)模塊的數(shù)據(jù)互通和協(xié)同工作。

3.2　實(shí)現(xiàn)過(guò)程

基于人臉識(shí)別技術(shù)的智慧社區(qū)中智能安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先要搭建系統(tǒng)平臺(tái)，線下將各個(gè)模塊串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)綜合布線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，與后臺(tái)服務(wù)器接通；其次，以人臉識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，建立出入口控制系統(tǒng)、門(mén)禁控制系統(tǒng)、防盜防入侵報(bào)警系統(tǒng)，才能夠使智能安防的建設(shè)有效服務(wù)于智慧社區(qū)；線上用戶通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)不僅可以管理家庭成員的進(jìn)出，還可以控制來(lái)訪人員的出入，方便高效，利于管理。

用戶首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行人臉注冊(cè)，認(rèn)證通過(guò)之后，系統(tǒng)底庫(kù)會(huì)保存用戶的信息。當(dāng)用戶通過(guò)安裝有人臉識(shí)別裝置的出入口時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)捕捉人臉，進(jìn)行識(shí)別分析，與之前存入系統(tǒng)底庫(kù)信息進(jìn)行比對(duì)。如果核實(shí)確認(rèn)，則予以通行。進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證為業(yè)主的用戶，通過(guò)手機(jī)操作系統(tǒng)可以增加家庭成員、管理來(lái)訪人員，對(duì)他們的出入記錄進(jìn)行跟蹤。

其他防盜防入侵報(bào)警系統(tǒng)、保安巡更系統(tǒng)、車(chē)庫(kù)綜合管理系統(tǒng)這些子模塊均可以加入人臉識(shí)別的裝置，構(gòu)建完成后，再通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)把數(shù)據(jù)整合到一起，從而實(shí)現(xiàn)智慧社區(qū)智能安防系統(tǒng)的建設(shè)。

4　結(jié)　語(yǔ)

智慧社區(qū)是未來(lái)社區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)，也是智慧城市的基本組成單元。構(gòu)建智慧社區(qū)集成服務(wù)系統(tǒng)——基于人臉識(shí)別技術(shù)的智慧社區(qū)中的智能安防系統(tǒng)，以服務(wù)社區(qū)居民為宗旨，為居民提供安全，便捷的智能化方案，全方位地滿足居民的生活需求，提高社區(qū)智能化程度，為智慧城市的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。