生物識別在機場安防的應(yīng)用與發(fā)展

□ 文/本刊記者 何遙

人體生物特征識別技術(shù)在公共安全監(jiān)控和服務(wù)中有著廣泛應(yīng)用。如，人臉識別系統(tǒng)能借助高清攝像機在不被人察覺的情況下，從人群中提取出犯罪分子的臉部信息，指紋識別技術(shù)是目前集安全性和可實現(xiàn)性最具性價比的生物識別解決方案，等等。有數(shù)據(jù)顯示全球生物識別市場的規(guī)模到2020年總市場規(guī)模達到百億美元，其中航空應(yīng)用占有一席之地。

人體生物特征識別技術(shù)在公共安全監(jiān)控和服務(wù)中有著廣泛應(yīng)用。如，人臉識別系統(tǒng)能借助高清攝像機在不被人察覺的情況下，從人群中提取出犯罪分子的臉部信息，指紋識別技術(shù)是目前集安全性和可實現(xiàn)性最具性價比的生物識別解決方案，等等。有數(shù)據(jù)顯示全球生物識別市場的規(guī)模到2020年總市場規(guī)模達到百億美元，其中機場應(yīng)用占有一席之地。

航空業(yè)無疑是監(jiān)管嚴格、容錯率極低的行業(yè)，自從人類實現(xiàn)沖上云霄的夢想以來，航空人從未停止在創(chuàng)新上不斷求索的腳步。對于航空業(yè)而言，引入或研發(fā)新技術(shù)的門檻更高，對于準確性和可靠性的要求也近乎苛刻。

霍尼韋爾一直在研究如何在航空領(lǐng)域運用這些新科技，以提升飛行安全和效率。大華技術(shù)、?？低暋⒋ù笾莿俚葒鴥?nèi)企業(yè)在機場安防這一領(lǐng)域也都有很好的表現(xiàn)。

生物特征識別技術(shù)的發(fā)展階段

生物識別技術(shù)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：第一階段是萌芽期（20世紀60年代），標(biāo)志事件是1965年 Chan 和 Bledsoe 設(shè)計的人臉識別系統(tǒng)；第二階段是起步期（20 世紀 90 年代開始），標(biāo)志事件是1991 年美國 MIT 的 Turk 和Pentland 提出的特征臉人臉識別方法；第三階段是發(fā)展期（從2001 年開始），標(biāo)志事件是2001 年美國 911 事件；最后一階段就是：成熟期（2015 年），以深度學(xué)習(xí)的人臉識別方法為標(biāo)志。深度學(xué)習(xí)技術(shù)很大程度取決于測試環(huán)境和訓(xùn)練數(shù)據(jù) ，隨硬件資源和運算能力提升，比以往表現(xiàn)得好。

生物識別技術(shù)的特點和風(fēng)險

人體生物特征是先天形成的生理特征和多年養(yǎng)成的行為特征的總稱。

人體生物特征種分為很多種類。

生理特征：指紋、人臉、靜脈、虹膜、聲紋、掌紋、手形、顱像、唇紋、舌苔、足跡、牙齒、耳廓、骨骼、身形、視網(wǎng)膜、指節(jié)紋、DNA 等等。

行為特征：步態(tài)、語音、筆跡、書寫、擊鍵等等。

人體生物特征具有普遍性、唯一性、穩(wěn)定性、可采集性和不具有傷害性。同時，生物特征也有造假的可能，這種風(fēng)險不能忽視。

生物識別在航空業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展

指紋識別應(yīng)用

在機場、出入境、海關(guān)這類場所，身份識別是不可或缺的一環(huán)。

在全球，電子身份證(e-ID)已經(jīng)成為一種趨勢。跟傳統(tǒng)身份證比起來，電子身份證更安全，因其智能卡安全芯片、非接觸的特點。電子身份證所采用的生物特征一般包括指紋、人像、虹膜、簽名等等。通過電子身份識別，實現(xiàn)人證核驗、大庫比對。

根據(jù)公安部技術(shù)標(biāo)準要求，指紋識別等錯率應(yīng)達到0.1%，錯誤拒絕率 0.5%時，錯誤接受率0.05%，比對時間0.5s。在采訪中發(fā)現(xiàn)，深圳市亞略特生物識別科技有限公司的在指紋識別的指標(biāo)達到了等錯率0.003%，錯誤拒絕率0.5%時，錯誤接受率0%，比對時間為0.0728s。

人臉識別應(yīng)用

一般而言，無論一個機場的大小，乘客從安檢到登上飛機，這個過程的繁鎖程度都是差不多的。排隊、安檢，在登機口排隊等待，這些在所有機場都是無法避免的，唯一差別只在于旅客在此過程中感受到的壓力高低。但在2040年，這種情況有可能有所改變。新加坡樟宜國際機場通這應(yīng)用人臉識別及人工智能技術(shù)提高效率與安全，從中我們可以一窺未來20年機場將會如何演變。

新加坡樟宜機場是亞洲最繁忙的機場，2016年接待了創(chuàng)紀錄的5870萬人次。而隨著該地區(qū)經(jīng)濟進一步繁榮，航空旅行的需求仍在直線上升。2017年年底，新建成的T4航站樓開放，增加了1600 萬人次的接待能力。

T4航站樓的大小足足有27個足球場大，充滿各種新興的高科技及人工智能元素：清潔機器人、運用面部識別的自動值機等等，開始正式為旅客服務(wù)。

對新加坡來說，自動化很重要，因為許多行業(yè)均面臨著勞動力短缺的問題。自動化對于樟宜機場來說也是如此。因為以國際客流量來衡量，樟宜機場是全球第六繁忙機場，它的旅客吞吐量已經(jīng)快要接近設(shè)計容量。樟宜機場上一次新建航站樓差不多是在十年前。

樟宜機場已在新的T4航站樓使用人臉識別技術(shù)，向旅客提供值機、行李托運、移民與登機的自助服務(wù)。據(jù)交通研究公司Crucial Perspective首席執(zhí)行官Corrine Png表示，樟宜機場是亞洲首家這樣做的機場。

樟宜機場預(yù)計，長期來看，T4航站樓實現(xiàn)流程自動化將能夠節(jié)約20%左右的人力。另外，T4航站樓還將讓樟宜機場的年旅客吞吐能力增加1600萬人次至8200萬人次。

樟宜機場稱，9家航空公司將進駐T4航站樓，包括亞洲航空集團、國泰航空、宿霧太平洋航空、大韓航空、春秋航空和越南航空。

T4航站樓總占地面積為225000平方米，是樟宜機場T3航站樓的一半，但其旅客吞吐能力將能達到T3航站樓的三分之二。樟宜機場集團副總裁Poh Li San指出：“T4航站樓的目的之一就是作為新概念、新技術(shù)和新設(shè)備的試驗田。”

虹膜識別應(yīng)用

人眼睛的外觀圖由鞏膜、虹膜、瞳孔三部分構(gòu)成。鞏膜即眼球外圍的白色部分，約占總面積的30%；眼睛中心為瞳孔部分，約占5%；虹膜位于鞏膜和瞳孔之間，包含了最豐富的紋理信息，占據(jù)65%。虹膜區(qū)域由凹點、放射紋、色素點和其他斑點等構(gòu)成，具有高達266個獨立特征點。

虹膜識別概念1987年由眼科專家提出，1993年首次實現(xiàn)高性能自動化的原型設(shè)備。

虹膜識別的技術(shù)特點：

（1）獨特性強：虹膜區(qū)域有266個獨立特征點，遠高于其他生物特征的14-60個。

（2）穩(wěn)定性好：虹膜自嬰兒胚胎期第3個月開始發(fā)育，第8個月成形，不再變化

（3）比對速度快：虹膜特征大都為二值特征，可利用異或進行比對，速度快。

（4）防偽性高：虹膜難以被盜取和仿造，且具有極強的生物活性。

（5）普遍存在：虹膜不易磨損，人人都有。

虹膜識別在國際上的應(yīng)用較為成熟。1991年，美國Johnson實現(xiàn)最早的虹膜識別應(yīng)用系統(tǒng)，1993年，John Daugman實現(xiàn)高性能自動虹膜識別原型系統(tǒng)。

美國的四大生物識別工程都使用了虹膜識別。美國國防部的自動生物特征識別系統(tǒng)（ABIS）為軍隊安全提供全方位的身份管理服務(wù)，如軍事基地訪問、疑犯管理等，建于2006年，2011年啟動系統(tǒng)升級計劃。美國聯(lián)邦調(diào)查局的下一代身份識別系統(tǒng)（NGI）將基于生物特征識別的身份管理和犯罪歷史信息相結(jié)合，減少恐怖襲擊和犯罪活動，提高國家和公共安全（僅Lockheed公司合同額達$10億）。美國國土安全部的出入境管理系統(tǒng)（USVisit），在外國訪客在進入美國時錄入指紋、虹膜、人臉等生物特征信息，用于罪犯、恐怖分子的排查。美國聯(lián)邦政府的國土安全第12號總統(tǒng)令（HSPD-12)）為1200萬聯(lián)邦政府雇員建立生物特征識別管理系統(tǒng)。

在國內(nèi)，2005年，虹膜識別國際核心專利到期后，發(fā)展較快，目前已形成完成的產(chǎn)業(yè)鏈。公安部第一研究所是虹膜技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用典型。涉及虹膜識別的模組和鏡頭供應(yīng)商有信利光電、舜宇光學(xué)等等；設(shè)備和算法供應(yīng)商有中科虹霸、思源科安、天誠盛業(yè)、航天203所，等等。

虹膜識別技術(shù)在航空、機場安防中主要是與其他識別方式混合使用?；旌仙镒R別利用多種生物特征或相同生物特征的多種采集、多種表達、多種匹配等方式恰當(dāng)?shù)娜诤?，進行個體身份的識別及驗證。這些生物識別技術(shù)包括近紅外人臉、可見光人臉、虹膜、指紋、手掌、指靜脈識別等，將它們組合使用，為用戶提供基于自主知識產(chǎn)權(quán)的混合生物識別技術(shù)。例如，將指紋和指靜脈，面部和指紋、面部和虹膜、掌紋和掌靜脈等多種識別方式結(jié)合起來進行身份的判定。

混合生物特征識別技術(shù)融合了多種模態(tài)的特征，通過技術(shù)融合提高了識別系統(tǒng)的安全性和抗攻擊能力，同時降低了錯誤率，使得多模生物特征識別技術(shù)能夠有效緩解單模生物特征識別技術(shù)的缺陷，帶來更好的識別性能。例如，“人臉+掌紋靜脈+指紋”不僅具有多模態(tài)識別以及復(fù)合識別優(yōu)勢，而且識別準確率高，安全系數(shù)高。

聲音識別應(yīng)用

霍尼韋爾的先進技術(shù)研發(fā)團隊正著力于開發(fā)一系列語音識別工具，并結(jié)合機器學(xué)習(xí)以減少錯誤概率，幫助機組克服語言和口音障礙。

正如大家所知，在飛行過程中，空管人員（ATC）需要與飛行員保持溝通，以確保飛機沿正確的航線飛行。雖然不同機型情況不同，但在飛行中的駕駛艙內(nèi)進行通話，和你在車里打電話可完全不一樣——飛行員既要克服艙內(nèi)噪音，又要判斷無線電或電話那頭不同國家地區(qū)空管人員的語音指令，壓力也不小。

▲圖：嘈雜繁忙的駕駛艙

霍尼韋爾正在開發(fā)一項語音轉(zhuǎn)化工具，將飛行員與空管之間的語音轉(zhuǎn)化成文字顯示在屏幕上，從而輔助飛行員獲取明確的空管指令。

該工具的另一個強大之處在于，它也能識別不同地區(qū)的英語方言或口音。雖然英語是航空業(yè)的通用語言，但是方言或口音著實讓不少飛行員頭痛不已?；裟犴f爾的語音識別技術(shù)能夠有效排除方言或口音的影響，從而避免機組因口音問題造成的誤解，也節(jié)省飛行員反復(fù)確認指令的時間，從容應(yīng)對全球各地空管伙伴們的挑戰(zhàn)。

有了這個工具，飛行員能在獲得語音指令的同時通過屏幕上的文字明確指令內(nèi)容，尤其在起飛和降落階段，以及在應(yīng)對飛行員不熟悉的語言或口音時，這份“雙重保險”尤為重要。從長遠來看，這類技術(shù)能夠幫助減少如錯降跑道這樣的重大事故，確保飛行安全并提

對于人工智能在航空領(lǐng)域的運用，霍尼韋爾也進行著很多激動人心的探索，比如通過AI手段處理駕駛艙中的聲音。霍尼韋爾在駕駛艙中安裝麥克風(fēng)，收集并分析每個開關(guān)及按鈕所發(fā)出的不同聲音，這些信息對空難調(diào)查有巨大價值。

▲霍尼韋爾Mic'd Up識別駕駛艙不同按鈕及按鍵的聲音

發(fā)生空難后，監(jiān)管方、航空公司以及其他調(diào)查人員將查看飛行記錄器（黑匣子），并努力拼湊、獲知事件發(fā)生的具體情況。然而由于嘈雜的背景噪音，部分聲音信息的細節(jié)通常難以識別。在AI和機器學(xué)習(xí)的協(xié)助下，我們可以識別出每一個按鈕的聲音，判斷操作動作及時間。

通過大量的聲音識別及事件分析，并與AI技術(shù)相結(jié)合，效果將會加倍：我們不僅可以更有效地進行事故調(diào)查，更可以總結(jié)出規(guī)律，并在飛行員即將按下錯誤按鈕時出警告。

將駕駛艙聲音作為一項獨立的調(diào)查對象，能更好地了解事故發(fā)生前、發(fā)生時駕駛艙內(nèi)的情況。這些認知對我們的研發(fā)也有極大意義，能有效杜絕同類錯誤的再次發(fā)生。

這一技術(shù)的應(yīng)用前景也十分廣闊，例如將該技術(shù)應(yīng)用到汽車上，能夠在發(fā)生事故后幫助明確駕駛員的責(zé)任，加快理賠進程。同時，它還能夠通過收集數(shù)據(jù)加以分析總結(jié)，從而避免事故再次發(fā)生，加強對駕駛員的安全保護。

結(jié)束語

安防與航空業(yè)正通過結(jié)合人工智能（機器學(xué)習(xí)）、云計算以及生物識別技術(shù)（人臉識別、語音識別等等）進行革新。如今，飛機的自動駕駛技術(shù)更是日趨完善，再加上諸多航空安全技術(shù)的問世，比如霍尼韋爾的增強型近地警告系統(tǒng)、空中防撞系統(tǒng)，智能跑道及智能著陸系統(tǒng)，這些技術(shù)正幫助全球各類飛機輸送著億萬旅客以更安全、更高效、更舒適的方式地前往目的地。