基于Django框架的安全監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吏澤坤 吳國勝 黃浩 胡永明 莫其嚴(yán)

摘 要：近年來各種暴力事件頻發(fā)，公共場所的治安管理問題受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。針對如何有效完善公共場所的安全監(jiān)管問題，文中設(shè)計(jì)基于Django框架的智能安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人臉識別、短信通知、系統(tǒng)告警和區(qū)域監(jiān)控等功能，能有效識別管理區(qū)域人員信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域安全狀況。通過試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的人臉識別率達(dá)到98%，區(qū)域攝像頭覆蓋率達(dá)到95%，異常事件報(bào)警時(shí)間低于0.1 s，有效增強(qiáng)了安全問題應(yīng)對能力。

關(guān)鍵詞：Django框架;安全監(jiān)控;人臉識別;短信通知;系統(tǒng)告警;平臺設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP277;TN919文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）02-0-04

0 引 言

近年來，隨著信息社會(huì)的高速發(fā)展與進(jìn)步，公共區(qū)域安全已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)話題之一。學(xué)校作為學(xué)生接受教育的學(xué)習(xí)場地，家長在關(guān)注師資力量與教學(xué)環(huán)境的同時(shí)，校園安全也越來越受到家長和社會(huì)的關(guān)注[1]。近幾年發(fā)生的校園安全事件，如上海攜程親子園工作人員給幼兒喂芥末;貴州黎平七中一男生在宿舍遭人群毆等，使得校園安全置身于輿論的風(fēng)口浪尖[2]。車站作為人們?nèi)粘３鲂械谋剡M(jìn)之地，區(qū)域安全管理同樣需要重點(diǎn)關(guān)注，廣州火車站暴力襲擊事件造成6人受傷。如何在不妨礙人們正常生活的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域的有效監(jiān)控與安全管理，是監(jiān)控系統(tǒng)的未來目標(biāo)。

隨著大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代的到來，面對長期學(xué)生校園安全問題[3]，以及社會(huì)公共區(qū)域的監(jiān)控和治理問題等，數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得在不妨礙人們?nèi)粘３鲂械那闆r下，實(shí)現(xiàn)對管理區(qū)域的有效且全面的監(jiān)控，滿足社會(huì)各界對安全的需要，同時(shí)解決了區(qū)域監(jiān)控的效率問題，實(shí)現(xiàn)了高效、高識別率、大范圍監(jiān)控。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 Django框架

Django是一種基于Python的開源Web框架。相較于傳統(tǒng)的Web開發(fā)，開發(fā)過程中經(jīng)常遇見開發(fā)進(jìn)程緩慢、效率低下、數(shù)據(jù)庫切換不友好等情況，Django在設(shè)計(jì)之初就考慮到相關(guān)問題。

如圖1所示，Django框架采用模型（Model）-模板（Template）-視圖（View）的MVC設(shè)計(jì)模式[4]。

（1）模型對應(yīng)的是數(shù)據(jù)存取層，主要用于數(shù)據(jù)相關(guān)事務(wù)的處理。

（2）模板對應(yīng)的是業(yè)務(wù)邏輯層，主要用于表現(xiàn)相關(guān)決定的處理。

（3）視圖對應(yīng)的是表現(xiàn)層，主要用于存取、調(diào)用模型及相應(yīng)的邏輯。

業(yè)務(wù)邏輯層、前端視圖層、數(shù)據(jù)模型層在Django中體現(xiàn)了高內(nèi)聚低耦合的特性[5]，便于開發(fā)者的快速上手與使用。Django為了解決實(shí)際生產(chǎn)過程中可能使用到不同數(shù)據(jù)庫的需求，采用ORM 對象關(guān)系映射，能夠便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)與交互，提供表單模型的同時(shí)還支持對原生SQL語句的運(yùn)行，極大地提高了數(shù)據(jù)庫的可選擇性。

1.2 硬件

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念側(cè)重于進(jìn)出安防、校園邊界監(jiān)控和學(xué)生在校期間日常監(jiān)控查詢，攝像頭與閘機(jī)的選取尤為重要。閘機(jī)有傳統(tǒng)的單一刷卡閘機(jī)和新型的人臉識別閘機(jī)[6]。但由于應(yīng)用場景的多變與危情不可預(yù)知的特點(diǎn)，閘機(jī)采用單一的人臉識別技術(shù)并不能完全切合實(shí)際情況的需求。本系統(tǒng)采用人臉識別和電子刷卡雙重識別，既能滿足學(xué)生進(jìn)出高效，又確保進(jìn)出身份安全認(rèn)證。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件選取

本系統(tǒng)閘機(jī)采用TD-Y002D型號翼閘搭配TD-P12型號的人臉識別一體機(jī)。閘機(jī)擁有3對紅外防夾感應(yīng)，雙向讀卡窗口，支持WiFi和4G模塊，可直接通過管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與管理。人臉識別一體機(jī)屏幕分辨率為1 024×600，擁有200萬像素RGB攝像頭，識別距離為0.5～4 m。本系統(tǒng)采用海康威視iDS-2PT7T40MX（13～52 mm）系列攝像頭。

2.2 軟件

2.2.1 短信平臺選擇

國內(nèi)三大運(yùn)營商均提供短信服務(wù)，但是作為互聯(lián)網(wǎng)平臺，直接接入運(yùn)營商進(jìn)行短信發(fā)送，存在開發(fā)成本大、周期長、效率低等問題[7]。因此，選擇已有的短信平臺能夠很好地滿足中小型網(wǎng)站發(fā)送短信的需求，為便于后續(xù)系統(tǒng)部署與運(yùn)維，本系統(tǒng)采用阿里云短信平臺。通過開放阿里云短信功能權(quán)限AccessKeyID和AccessKeySecret等相關(guān)參數(shù)，調(diào)取阿里云短信API實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)[8]。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫選擇

數(shù)據(jù)庫是信息存儲(chǔ)的關(guān)鍵。MySQL是一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而非放在一個(gè)大倉庫內(nèi)，增加了速度并提高了靈活性。MySQL作為開源數(shù)據(jù)庫可供開發(fā)者使用，具有體積小、速度快、成本低等特點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫。

2.2.3 項(xiàng)目部署

項(xiàng)目部署有兩種方式：一種是本地部署包括搭建本地服務(wù)器，配置本地環(huán)境，配備服務(wù)器機(jī)房以及專用光纖以便于外網(wǎng)訪問。此部署方式優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獨(dú)立、安全可靠，缺點(diǎn)是硬件和運(yùn)維成本高、不便于后期維護(hù)。另一種是中小型網(wǎng)站最好的選擇[9]，利用云計(jì)算，部署在云端的服務(wù)能夠支持在線升級和擴(kuò)展應(yīng)用，彈性設(shè)置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，根據(jù)不同需求與使用量合理安排云服務(wù)環(huán)境，極大地降低了運(yùn)維和硬件成本。

2.3 系統(tǒng)模塊

入園時(shí)，閘機(jī)進(jìn)行人臉識別，進(jìn)行數(shù)據(jù)打包并傳輸至云端，在云端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，完成圖片解碼，短信發(fā)送，Web服務(wù)調(diào)取攝像頭API，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。系統(tǒng)模塊流程如圖2所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 閘機(jī)人臉識別模塊

線下統(tǒng)計(jì)包括家長姓名、家長電話、學(xué)生姓名、學(xué)生班級、學(xué)生照片等信息，錄入數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)采用人物軌跡法[10]，學(xué)生進(jìn)入校園時(shí)，閘機(jī)獲取打卡學(xué)生姓名，人臉識別一體機(jī)抓取人臉圖片，通過人臉對比，識別抓拍人物信息，通過相關(guān)信息進(jìn)行索引，獲取數(shù)據(jù)庫預(yù)存信息。然后將獲取信息按照固定格式封裝成JSON格式數(shù)據(jù)，通過Http協(xié)議發(fā)送至云端服務(wù)器。

3.2 短信發(fā)送模塊

在云端監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行JSON解碼，提取學(xué)生姓名、家長姓名、家長手機(jī)號、打卡時(shí)間等數(shù)據(jù)，以參數(shù)的形式傳入阿里云短信API中，通過阿里云短信平臺，發(fā)送至家長手機(jī)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生入園信息的實(shí)時(shí)通知。如圖3所示，短信數(shù)量和短信發(fā)送記錄能夠通過阿里云短信平臺進(jìn)行查詢和監(jiān)控。

3.3 圖片解析模塊

為提高識別效率，充分利用云計(jì)算優(yōu)勢，本系統(tǒng)的圖片傳輸采用編碼字符串的形式。圖片抓取成功后進(jìn)行兩次編碼：第一次進(jìn)行Base64編碼;第二次進(jìn)行URL編碼。Base64編碼的作用在于減少Http請求，同時(shí)支持圖片提前加載[11]，但是進(jìn)行Base64編碼以后產(chǎn)生的字符串也會(huì)帶來特殊字符在傳輸過程中無法有效識別和產(chǎn)生歧義的問題。為了解決此問題，采用對Base64編碼以后的字符串進(jìn)行URL編碼的二次編碼，可有效避免由于特殊字符帶來的問題[12]。

云端服務(wù)器接收數(shù)據(jù)幀，獲取其中的圖片編碼字符串，首先進(jìn)行URL解碼，還原成Base64編碼，再進(jìn)行Base64解碼，將解碼數(shù)據(jù)寫入JPG文件中，還原成圖片進(jìn)行人臉比對，同時(shí)將圖片存儲(chǔ)在云端服務(wù)器。

3.4 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控模塊

云端監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)用攝像頭API獲取監(jiān)控視頻，同時(shí)部署在圍墻邊的傳感器獲取園區(qū)邊界信息。當(dāng)有人翻越圍墻時(shí)傳感器會(huì)出現(xiàn)高低電平變化，通過主控芯片將告警信息傳輸至監(jiān)控平臺[13]。同時(shí)，對監(jiān)控視頻進(jìn)行圖像處理，利用深度學(xué)習(xí)完成姿態(tài)識別，例如：監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)學(xué)生打架事件，彈出告警信息傳輸至監(jiān)控平臺。對園區(qū)出現(xiàn)的告警信息，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行信息分類并記錄日志。

3.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

如圖4所示，學(xué)生進(jìn)入校園時(shí)，首先通過刷身份認(rèn)證卡，同時(shí)面向人臉識別一體機(jī)，閘機(jī)識別刷卡身份信息，當(dāng)符合預(yù)存信息則進(jìn)行人臉識別，當(dāng)識別成功后，閘機(jī)內(nèi)置程序?qū)⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)打包成JSON，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表1所列，通過4G模塊發(fā)送到云端[14]。

云端部署的Django框架服務(wù)器運(yùn)行Http接口服務(wù)，接收硬件閘機(jī)發(fā)送的打卡數(shù)據(jù)，調(diào)用阿里云短信服務(wù)，實(shí)時(shí)發(fā)送打卡短信到家長手機(jī)號，短信內(nèi)容包括打卡時(shí)間、打卡地點(diǎn)、打卡學(xué)生姓名。打卡學(xué)生實(shí)時(shí)抓取圖片編碼字符串首先通過URL解碼，還原成Base64編碼字符串，再通過Base64解碼[15]，還原成JPG格式圖片并保存到本地服務(wù)器。監(jiān)控系統(tǒng)接入校園安全攝像頭接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控園區(qū)安全和告警管理。

4 系統(tǒng)測試

幼兒園校園的安全問題是社會(huì)關(guān)注的重中之重。本系統(tǒng)測試試點(diǎn)選取珠海市某幼兒園。本系統(tǒng)部署運(yùn)行之后，學(xué)生入園刷卡如圖5所示，由一名學(xué)生刷卡通過閘機(jī)。

閘機(jī)準(zhǔn)確進(jìn)行人臉識別，并將學(xué)生信息按照規(guī)定好的數(shù)據(jù)幀發(fā)送至云端服務(wù)器[16]。云端準(zhǔn)確接收并進(jìn)行解析，完成短信發(fā)送，短信監(jiān)控顯示如圖6所示。

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖片解析及抓拍圖片還原存儲(chǔ)如圖7所示。

運(yùn)行Web服務(wù)，調(diào)取監(jiān)控視頻API，如圖8所示，實(shí)現(xiàn)對校園環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及校園監(jiān)控與告警。

5 結(jié) 語

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是視頻監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人臉識別、短信通知、園區(qū)邊界及場內(nèi)安全監(jiān)控，綜合性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)?；诎⒗镌品?wù)，本系統(tǒng)可根據(jù)幼兒園監(jiān)控?cái)?shù)量和家長用戶數(shù)量實(shí)時(shí)調(diào)整服務(wù)器性能，保障視頻流暢度和實(shí)時(shí)性。人工智能告警系統(tǒng)能及時(shí)將異常情況通知給管理者，從而實(shí)施有效的安全管控，最大程度保障學(xué)生安全，解除老師和家長的后顧之憂，創(chuàng)建平安校園。

參 考 文 獻(xiàn)

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