地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)人臉識(shí)別技術(shù)解決方案研究

李隆

摘 要：自動(dòng)售檢票系統(tǒng)是地鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)中的重要組成部分，同時(shí)也是直接與乘客交互的環(huán)節(jié)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人臉識(shí)別作為潛力巨大的高新技術(shù)，與地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的應(yīng)用融合，是行業(yè)的重點(diǎn)研究方向和發(fā)展趨勢(shì)?；诖耍撐闹饕獙?duì)人臉識(shí)別技術(shù)在地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析，重點(diǎn)探究了關(guān)鍵技術(shù)、解決方案等相關(guān)內(nèi)容，以供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)；人臉識(shí)別技術(shù)；解決方案

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

人臉識(shí)別技術(shù)是一種以人體臉部特征為基礎(chǔ)，識(shí)別身份的高新技術(shù)手段。其主要就是利用攝像機(jī)或者攝像頭采集人臉的相關(guān)圖像以及視頻流，可以自動(dòng)地進(jìn)行圖像檢測(cè)以及人臉跟蹤，可以對(duì)檢測(cè)的人臉進(jìn)行系統(tǒng)的識(shí)別分析。在自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中（AFC）中融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將IC卡作信息載體，真正地實(shí)現(xiàn)了全過程自動(dòng)化管理。在AFC中應(yīng)用人臉識(shí)別系統(tǒng)，可以有效地提升乘客乘車效率，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)能力，是一種提升服務(wù)效果的有效技術(shù)手段。

1 地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)人臉識(shí)別技術(shù)

1.1 人臉識(shí)別技術(shù)

計(jì)算機(jī)視覺人臉識(shí)別技術(shù)主要分為應(yīng)用層、人臉識(shí)別系統(tǒng)以及硬件層3個(gè)層次。硬件層主要包括CPU、GPU以及FPGA、AI芯片等零部件。由于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法CNN以及RNN要進(jìn)行大量的計(jì)算分析，因此人工智能技術(shù)在應(yīng)用的過程中會(huì)受到不同程度的限制。而隨著GPU以及AI芯片等技術(shù)手段的不斷成熟，其在人工智能以及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，有效地拓展了復(fù)雜算法的應(yīng)用范圍。

應(yīng)用層主要就是人臉識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及身份認(rèn)證系統(tǒng)中的總應(yīng)用。人臉識(shí)別技術(shù)在自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中的應(yīng)用效果十分顯著，人臉識(shí)別技術(shù)是決定用戶通行體驗(yàn)、識(shí)別性能以及精準(zhǔn)度的關(guān)鍵技術(shù)手段。

1.2 應(yīng)用模型

綜合人臉識(shí)別技術(shù)的原理以及流程，要根據(jù)規(guī)范要求在人臉識(shí)別系統(tǒng)中注冊(cè)信息并形成綁定關(guān)系。人臉識(shí)別技術(shù)在自動(dòng)售檢票識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，要添加閘機(jī)以及扣費(fèi)2個(gè)系統(tǒng)。

人臉識(shí)別技術(shù)在自動(dòng)售檢票機(jī)中要構(gòu)建乘客人臉檔案庫(kù)，通過閘機(jī)采集人臉信息，對(duì)比信息輸出結(jié)果，發(fā)送扣費(fèi)以及通行等工作指令。

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)是一種直接與乘客聯(lián)系的系統(tǒng)，不僅會(huì)直接影響乘客的出行體驗(yàn)與舒適度，而且也會(huì)涉及票款等金錢問題。

2 地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)人臉識(shí)別技術(shù)解決方案研究

2.1 售檢票方案

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，利用二維碼、刷臉技術(shù)過閘的方式逐漸成熟，這樣就會(huì)降低售檢票機(jī)的應(yīng)用頻率。為了提升AFC的應(yīng)用效率與質(zhì)量，就需要綜合第三方的支付功能，在人臉識(shí)別技術(shù)的支持下購(gòu)票。

在AFC中增加人臉識(shí)別功能，可以實(shí)現(xiàn)通過微信公眾號(hào)、小程序、支付寶以及APP等方式進(jìn)行遠(yuǎn)程購(gòu)票，可以通過刷臉的方式獲取車票；同時(shí)也可以支持直接刷臉買票，有效地提升了工作效率與質(zhì)量。

在人臉識(shí)別功能的支持下，有效地減少了傳統(tǒng)運(yùn)維以及結(jié)算的工作量，不僅提升了工作效率和用戶的體驗(yàn)，而且實(shí)名刷票的功能可以提升安全性。

2.2 過閘方案

在各種高新技術(shù)手段的支持下，交通行業(yè)正在如火如荼的發(fā)展。在2017年已經(jīng)有部分城市通過二維碼刷碼的方式過閘。在人臉識(shí)別過閘中最關(guān)鍵的終端設(shè)備就是閘機(jī)。閘機(jī)主要包括了工控機(jī)、門單元、乘客端工具、讀寫器、票卡回收等單元，可以實(shí)現(xiàn)單程票刷臉過閘的操作。讀寫器主要就是為交通卡以及NFC手機(jī)虛擬卡提供設(shè)備支持。二維碼則對(duì)應(yīng)刷碼過閘；攝像頭主要就是用于人臉識(shí)別分析過閘。

在人臉識(shí)別技術(shù)的支持下，可以實(shí)現(xiàn)先乘后付，通過在進(jìn)站端設(shè)置人臉識(shí)別閘口可以直接過檢乘車，然后在出站端口利用人臉對(duì)比的方式收集進(jìn)出閘的乘客信息，形成一種閉合交易數(shù)據(jù)信息，通過第三方支付平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)直接扣款。

首先，乘客通過軟件注冊(cè)賬戶，綁定第三方賬戶并進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證。其次，利用移動(dòng)軟件以及人臉識(shí)別系統(tǒng)，采集并存儲(chǔ)用戶人臉特征值。進(jìn)出站的過閘模式主要有2種：第一，離線模式。閘機(jī)通過藍(lán)牙與手機(jī)形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用藍(lán)牙向閘機(jī)傳遞乘客的人臉特征。攝像頭收集分析乘客的面部信息與特征。對(duì)比特征值滿足條件則可以通關(guān)。第二，在線模式。攝像頭捕捉乘客的臉部特征，通過上位機(jī)程序?qū)⑷四槇D像傳送到云平臺(tái)或者信息庫(kù)中對(duì)比特征值，滿足相似度條件則可以有效通行。最后，發(fā)送交易記錄，通過云平臺(tái)或者ACC根據(jù)進(jìn)站臺(tái)、出站記錄計(jì)算金額，通過第三方軟件扣款。

在人臉識(shí)別技術(shù)的支持下，可以做到無卡通行，在乘客進(jìn)站臺(tái)的時(shí)候無須任何操作。但是對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊笙鄬?duì)較高，一對(duì)多的特征值匹配模式對(duì)于技術(shù)的要求也較嚴(yán)格。受到軌道交通自身大流量以及高頻次的特征的影響，人臉識(shí)別技術(shù)在應(yīng)用的過程中最關(guān)鍵的就是要提升穩(wěn)定性，并對(duì)綜合通行效率等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)分析。

2.3 云平臺(tái)方案框架

人臉識(shí)別平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的核心。利用云平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)云閘機(jī)的過閘功能。在自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中要重視云平臺(tái)的建設(shè)，將其作為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的支撐平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟件售檢票、人臉取票以及人臉過閘等業(yè)務(wù)操作，可以為不同的網(wǎng)絡(luò)入口提供基礎(chǔ)的信息服務(wù)，也可以為指紋識(shí)別、無感知識(shí)別等技術(shù)手段的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

2.4 付費(fèi)模式與信用管理手段

在乘客進(jìn)入閘機(jī)的過程中，系統(tǒng)對(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別，乘客完成人臉識(shí)別進(jìn)入閘機(jī)之后，沒有完成扣費(fèi)的乘客會(huì)被納入黑名單。通過人臉識(shí)別庫(kù)分析，識(shí)別出乘客黑名單，進(jìn)入黑名單的乘客無法使用人臉識(shí)別系統(tǒng)，并且會(huì)將失信行為納入個(gè)人信用記錄中。對(duì)非黑名單用戶則快速放行，系統(tǒng)后臺(tái)可以在各種技術(shù)手段的支持下進(jìn)行人臉對(duì)比以及計(jì)算扣費(fèi)。

2.5 優(yōu)化人臉識(shí)別算法

綜合運(yùn)營(yíng)狀況以及特點(diǎn)，優(yōu)化人臉識(shí)別算法，可以提升人臉識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確性，提高整體的對(duì)比速度。構(gòu)建完善的人臉檔案信息庫(kù)，通過動(dòng)態(tài)子庫(kù)以及黑名單的方式進(jìn)行管理，將注冊(cè)過人臉識(shí)別信息的乘客的面部檔案信息整理到信息庫(kù)中，在乘客進(jìn)站后進(jìn)行第一次刷臉快速放行，將信息錄入動(dòng)態(tài)子庫(kù)系統(tǒng)，人臉系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)子庫(kù)以及信息庫(kù)黑名單的對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果正常的乘客信息會(huì)存留在動(dòng)態(tài)子庫(kù)中，對(duì)比結(jié)果為黑名單的乘客則要在動(dòng)態(tài)子庫(kù)中清除。

在出站刷臉的過程中，對(duì)比人臉信息以及動(dòng)態(tài)子庫(kù)信息，成功之后扣費(fèi)放行，動(dòng)態(tài)子庫(kù)會(huì)消除人臉信息，失敗則對(duì)比黑名單，符合黑名單則告警提示。

在算法層面中，識(shí)別對(duì)比主要分為2種方式，其中一種是基于文件的模式，就是將特征存儲(chǔ)為文件信息，對(duì)比文件級(jí)；另一種則是以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)庫(kù)信息中進(jìn)行對(duì)比分析，通過圖文混合查詢的方式提升對(duì)比速度。

3 結(jié)語(yǔ)

在信息技術(shù)手段的支持下，應(yīng)用于地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的人臉識(shí)別技術(shù)會(huì)不斷地成熟。在今后的發(fā)展中，地鐵軌道出行會(huì)呈現(xiàn)信息化、智能化、數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，可以有效避免傳統(tǒng)人工售票、檢票問題，從根本上提升乘客的出行體驗(yàn)，是智慧城市建設(shè)的重要手段與措施。

參考文獻(xiàn)

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