智慧安檢體系在軌道交通警務(wù)實(shí)戰(zhàn)中的建設(shè)與應(yīng)用

宋嶸 彭祖東 羅仁濤 陳永新 高勇 楊亞麗 湖北省武漢市公安局軌道交通管理分局

引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市交通的壓力日益增加。地鐵成為人們“綠色出行”的首選。截至2018年底，我國(guó)大陸地區(qū)開通地鐵的城市已達(dá)36個(gè)、運(yùn)營(yíng)線路173條，其中北京、上海等一線城市的日均客流量已突破1000萬(wàn)人次。

地鐵潮汐式的客流量與安檢效率之間的矛盾日益凸顯。以武漢軌道交通為例，日客流量已經(jīng)突破445.6萬(wàn)人次。而地鐵安檢水平普遍落后，主要存在以下問(wèn)題：（1）安檢完全依靠人工辨識(shí)，導(dǎo)致漏檢率高；（2）安檢點(diǎn)位分散，安檢員勤務(wù)管理困難，缺少數(shù)字化管理手段；（3）乘客未做分類管理，大客流時(shí)段待檢耗時(shí)長(zhǎng)，漏檢率高；（4）過(guò)包安檢數(shù)據(jù)無(wú)法存儲(chǔ)、歸檔和分析，難以實(shí)現(xiàn)異常警情預(yù)判。

針對(duì)以上問(wèn)題，武漢市公安局軌道交通管理分局建設(shè)了“3+N”智慧安檢體系。該智慧安檢體系，通過(guò)結(jié)合最新的人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)多維分析應(yīng)用技術(shù)，建設(shè)了以“人機(jī)合一”為核心的物臉識(shí)別智慧安檢系統(tǒng)、以大數(shù)據(jù)應(yīng)用為支撐的人員分級(jí)分類導(dǎo)控系統(tǒng)、以勤務(wù)配套為保障的安檢勤務(wù)等級(jí)化管理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了智能化、全流程管理，提能增效的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)試點(diǎn)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)降低漏檢率，提升安檢通行率，推送異常預(yù)警、監(jiān)測(cè)勤務(wù)等功能，有效解決了傳統(tǒng)“汗水警務(wù)”模式以及監(jiān)管責(zé)任難的困境。

一、現(xiàn)狀與需求

（一）現(xiàn)狀分析

目前地鐵安檢工作主要面臨以下問(wèn)題：

1. 武漢市地鐵集團(tuán)擔(dān)負(fù)地鐵安全運(yùn)營(yíng)主體責(zé)任，每年用于地鐵安檢的費(fèi)用達(dá)1.7億元，迫切需要智能化安檢措施實(shí)現(xiàn)企業(yè)提能增效目標(biāo)。

2. 目前武漢地鐵有200多個(gè)站點(diǎn)、300多個(gè)安檢點(diǎn)位及6家不同的安檢公司，安檢點(diǎn)位分布于全市地鐵線網(wǎng)。“戰(zhàn)線長(zhǎng)，點(diǎn)位多”的現(xiàn)狀，不利于武漢市軌道交通管理分局和安檢公司履行監(jiān)管責(zé)任和管理職責(zé)。

3. 安檢工作依賴于人工辨識(shí)，安檢員長(zhǎng)時(shí)間工作易疲勞走神，增加了地鐵安全隱患；安檢人員流動(dòng)性強(qiáng)，檢測(cè)水平參差不齊，優(yōu)秀安檢人員缺失。這些問(wèn)題易導(dǎo)致漏檢率或未檢率上升。

4. 地鐵存在潮汐式客流現(xiàn)狀。尤其是高峰時(shí)段，以武漢市二號(hào)線江漢路站為例，高峰時(shí)段閘機(jī)通過(guò)人次可達(dá)200萬(wàn)人次，密集客流未做分類導(dǎo)流管控。

5. 監(jiān)管單位巡查記錄、過(guò)包安檢數(shù)據(jù)等無(wú)法大量收集、查看和分析，導(dǎo)致異常警情預(yù)判難以實(shí)現(xiàn)。

（二）需求分析

1. 解決地鐵集團(tuán)履行安檢主體責(zé)任，降低成本，提能增效的需求；

2. 解決公安機(jī)關(guān)履行安檢監(jiān)管責(zé)任，提升警務(wù)效能的需求；

3. 解決安檢公司提升安檢效率，提高安檢員業(yè)務(wù)能力，提高整體管理水平的需求；

4. 解決安檢效率與乘客通過(guò)率的固有矛盾，確保大密集客流快速通過(guò)。

二、智慧安檢建設(shè)思路和技術(shù)方案

（一）武漢軌道公安頂層設(shè)計(jì)思路

1. 業(yè)務(wù)架構(gòu)

根據(jù)武漢地鐵運(yùn)行實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了“3+N”智慧安防防控體系?！?”具體指三個(gè)核心業(yè)務(wù)：“人機(jī)合一”為核心的物臉識(shí)別智慧安檢系統(tǒng)、以大數(shù)據(jù)應(yīng)用為支撐的人員分級(jí)分類導(dǎo)控系統(tǒng)、以勤務(wù)配套為保障的安檢勤務(wù)等級(jí)化管理系統(tǒng)；“N”具體指圍繞核心需求而衍生的N個(gè)子業(yè)務(wù)：考試培訓(xùn)系統(tǒng)、后臺(tái)集中判圖系統(tǒng)、違禁品虛擬對(duì)抗測(cè)試系統(tǒng)、大客流分區(qū)分時(shí)導(dǎo)流作業(yè)系統(tǒng)等。如圖1所示。

2. 技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)資源層和應(yīng)用服務(wù)層，如圖2所示。

（1）基礎(chǔ)資源層

基礎(chǔ)資源層提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用層所需的軟、硬件基礎(chǔ)。如感知硬件、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境、機(jī)房環(huán)境和容災(zāi)備份等。傳感器系統(tǒng)，由人臉閘機(jī)設(shè)備、人臉抓拍攝像機(jī)、X光智能識(shí)別終端等組成。網(wǎng)絡(luò)通訊層為前端傳感器至服務(wù)器端提供網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境，由包含有線、Wi-Fi、4G、5G等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施組成。服務(wù)器及存儲(chǔ)層包含各子系統(tǒng)所需的機(jī)房環(huán)境、主機(jī)、存儲(chǔ)器及容災(zāi)備份系統(tǒng)。如圖3所示。

（2）數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總、存儲(chǔ)以及分析交換的核心載體，拓?fù)鋱D如圖4所示。

（3）應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是承載整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用與交互的界面。對(duì)客戶端而言，它提供可供交互的功能和圖形化界面（Graphical User Interface）。對(duì)業(yè)務(wù)端而言，用于指導(dǎo)各應(yīng)用系統(tǒng)的定位和邏輯關(guān)系。架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

（二）智慧安防防控體系構(gòu)建方案

1. 物臉識(shí)別智慧安防系統(tǒng)

（1）架構(gòu)設(shè)計(jì)

以人臉識(shí)別和X光圖像識(shí)別兩大人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，以智慧安檢為主體，通過(guò)數(shù)據(jù)互聯(lián)、打通的方式，構(gòu)建物、臉關(guān)聯(lián)的安防系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖6所示。

① X光智能輔助判圖

為降低開發(fā)使用成本，X光智能輔助判圖軟件加裝在現(xiàn)有安檢機(jī)上，通過(guò)新增的智能識(shí)別終端采集到的圖像疊加，輔助安檢員進(jìn)行判圖。此模塊為智慧安檢體系的基礎(chǔ)模塊，也是核心模塊，它為物臉識(shí)別系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

② 物臉聯(lián)動(dòng)報(bào)警

當(dāng)乘客進(jìn)入安檢通道時(shí)，人臉抓拍相機(jī)采集人臉數(shù)據(jù)，與人臉庫(kù)的黑名單匹配。當(dāng)產(chǎn)生匹配時(shí)，將抓拍的人臉信息以及該人員相關(guān)信息同時(shí)推送至安檢值機(jī)員和開包員的電腦工作界面。安 檢員根據(jù)信息進(jìn)行專項(xiàng)排查，消除安全隱患。對(duì)攜帶違禁品的乘客，系統(tǒng)將錄入人員信息，成為黑名單庫(kù)的補(bǔ)充。該系統(tǒng)可對(duì)違禁品進(jìn)行回溯查詢，并粘貼資產(chǎn)管理二維碼進(jìn)行管理。物臉聯(lián)動(dòng)報(bào)警流程如圖7 所示。

③ 違禁品聯(lián)動(dòng)報(bào)警

對(duì)于高危違禁品，需要民警參與處置時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)至警務(wù)通平臺(tái)。民警根據(jù)收到的現(xiàn)場(chǎng)違禁品圖片、X光圖片、站點(diǎn)、時(shí)間等信息，可及時(shí)做出警情預(yù)判。流程圖如圖8所示。

（2）X光智能判圖核心技術(shù)

算法設(shè)計(jì)包括兩個(gè)階段，如圖9所示。

第一階段為ROI（Region Of Interest）提取，包括特征提取網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)RPN（Region Proposal Networ k）。第二階段為預(yù)測(cè)框提取，包括ROI池化（Region Of Interes Pooling）和Head網(wǎng)絡(luò)。算法流程如下：

①

經(jīng)過(guò)捕獲卡處理后的圖像在補(bǔ)邊、減均值后保持原有尺寸送入特征提取網(wǎng)絡(luò)；

②特征提取網(wǎng)絡(luò)采用全卷積網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輸出特征圖；

③ 特征圖經(jīng)過(guò)RPN，輸出可能有目標(biāo)的區(qū)域ROI；

④ ROI經(jīng)過(guò)池化（Pooling）變換后產(chǎn)生小尺寸的特征圖，再經(jīng)過(guò)Head網(wǎng)絡(luò)后完成分類和定位偏移量的計(jì)算；

⑤ Head網(wǎng)絡(luò)的輸出偏離量對(duì)ROI精修，得到最終預(yù)測(cè)結(jié)果，即針對(duì)X光安檢圖像的目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果和置信度。

為驗(yàn)證檢測(cè)效果，對(duì)主要識(shí)別類別進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。測(cè)試分為有干擾物測(cè)試和無(wú)干擾物測(cè)試，測(cè)試物品見表1。

?

通過(guò)將每個(gè)違禁品、違禁品+干擾物，放入帶有金屬拉桿的行李箱內(nèi)，每個(gè)組合隨機(jī)擺放過(guò)機(jī)100次進(jìn)行測(cè)試，以檢測(cè)識(shí)別率。將干擾物放入帶有金屬拉桿的行李箱，隨機(jī)擺放過(guò)機(jī)100次進(jìn)行測(cè)試，以檢測(cè)誤報(bào)率，檢測(cè)結(jié)果見表2。

?

測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于常見違禁品，系統(tǒng)均能保持在95%以上的檢出率，判圖水平已經(jīng)達(dá)到甚至在某些簡(jiǎn)單場(chǎng)景下超過(guò)人類安檢員水平。

2. 人員分級(jí)分類導(dǎo)控系統(tǒng)

（1）風(fēng)控模型

實(shí)時(shí)風(fēng)控模型是基于對(duì)乘客出行、社保、金融、健康等多維數(shù)據(jù)的綜合判斷構(gòu)建的，它為人員的分類安檢，黑、白名單的生成提供技術(shù)基礎(chǔ)。該模型包括站點(diǎn)區(qū)域特征挖掘分析、用戶出行行為特征挖掘分析等，綜合以上數(shù)據(jù)對(duì)乘客進(jìn)行分級(jí)分類管理，風(fēng)控模型數(shù)據(jù)來(lái)源縮略如圖10所示。

（2）業(yè)務(wù)流程

乘客通過(guò)微信小程序進(jìn)行實(shí)名制注冊(cè)和綁定，其個(gè)人信息通過(guò)風(fēng)控模型、公安大數(shù)據(jù)系統(tǒng)審批后，以白名單成員身份快速進(jìn)站。① 用戶進(jìn)站業(yè)務(wù)流程

乘客進(jìn)站后，根據(jù)分級(jí)分類規(guī)則進(jìn)入不同通道。白名單用戶進(jìn)入快速安檢通道；黑名單用戶則需接受較為嚴(yán)格的安檢；灰名單用戶（白名單和黑名單以外的用戶）走安檢通道接受常規(guī)檢查?；陲L(fēng)控模型的黑、白、灰名單流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)閉環(huán)如圖 11所示。

② 安檢互認(rèn)快速進(jìn)站

通過(guò)構(gòu)建地鐵、鐵路和機(jī)場(chǎng)安檢互認(rèn)機(jī)制，在火車站、機(jī)場(chǎng)等地鐵入口處，設(shè)置快捷進(jìn)站通道，避免重復(fù)安檢。有利于提高乘客的換乘效率，減少安檢公司安檢費(fèi)用支出，提高人力資源的利用率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)提能增效目標(biāo)。

（3）數(shù)據(jù)需求

數(shù)據(jù)需求方面需要騰訊實(shí)名數(shù)據(jù)、征信數(shù)據(jù)、地鐵出行數(shù)據(jù)、政府相關(guān)數(shù)據(jù)等支撐。

3. 安檢勤務(wù)等級(jí)化管理系統(tǒng)

利用安檢勤務(wù)等級(jí)化管理系統(tǒng)，可對(duì)安檢員日常工作進(jìn)行量化考核。該系統(tǒng)記錄安檢員的考勤明細(xì)、勤務(wù)排班明細(xì)、開包處置率等數(shù)據(jù)，通過(guò)分析以上數(shù)據(jù)即可對(duì)安檢員履職狀況、各站點(diǎn)安檢情況進(jìn)行量化考核。同時(shí)，也便于監(jiān)管單位對(duì)各安保公司履職情況進(jìn)行監(jiān)督。

4. 其他智能化系統(tǒng)

（1）培訓(xùn)考試系統(tǒng)

由理論題庫(kù)、實(shí)操題庫(kù)組成的培訓(xùn)考試系統(tǒng)，為安檢員培訓(xùn)提供了海量的真題。通過(guò)設(shè)置考試難易系數(shù)，可逐步提升安檢員的實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)水平。在實(shí)操題庫(kù)中，利用圖像融合技術(shù)將系統(tǒng)內(nèi)豐富的違禁品、背景元數(shù)據(jù)圖片進(jìn)行融合，隨機(jī)生成一張接近實(shí)戰(zhàn)的圖片，即可檢驗(yàn)安檢員的實(shí)操水平，以降低培訓(xùn)成本，如圖12所示。

（2）后臺(tái)集中判圖系統(tǒng)

后臺(tái)集中判圖可將工作在一線的X光智能安檢機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨矙z數(shù)據(jù)云平臺(tái)，通過(guò)算法和專業(yè)人工復(fù)核，進(jìn)行集中判圖，以防止違禁品漏報(bào)。云平臺(tái)的信息也同步至指揮調(diào)度中心，民警通過(guò)對(duì)違禁品數(shù)據(jù)分析，及時(shí)做出警情預(yù)判，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。判圖界面如圖13所示。

（3）違禁品虛擬對(duì)抗測(cè)試系統(tǒng)

軌道公安或地鐵安保部，可通過(guò)安檢云平臺(tái)，向安檢站點(diǎn)上的X光安檢智能識(shí)別設(shè)備發(fā)送對(duì)抗測(cè)試數(shù)據(jù)。智能設(shè)備通過(guò)尋找合適的過(guò)機(jī)包裹，將虛擬違禁品疊加到值機(jī)畫面中的某個(gè)包裹中，模仿真實(shí)包裹過(guò)機(jī)，以檢驗(yàn)安檢員的實(shí)操反饋情況。該對(duì)抗測(cè)試系統(tǒng)可解決傳統(tǒng)站點(diǎn)巡檢的“汗水警務(wù)”模式。界面圖如圖14所示。（4）大客流分區(qū)分時(shí)導(dǎo)流作業(yè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)基于客流智能分析，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)擁擠指數(shù)一圖掌握，站點(diǎn)客流態(tài)勢(shì)一圖展現(xiàn)?？蓪?shí)時(shí)預(yù)測(cè)局部過(guò)密、安檢排隊(duì)、候車排隊(duì)、通道密集等客流風(fēng)險(xiǎn)隱患，并檢測(cè)、匹配客流處置預(yù)案，調(diào)度巡邏防控力量。在重大活動(dòng)期間，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)客流趨勢(shì)的掌握，動(dòng)態(tài)化構(gòu)建應(yīng)急保障預(yù)案。客流分析設(shè)計(jì)如圖15所示。

基于客流風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)分析，動(dòng)態(tài)評(píng)估客流風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，輔助車站巡邏點(diǎn)位的設(shè)置，高峰值守時(shí)智能化排班。如圖16、17所示。

三、實(shí)戰(zhàn)與應(yīng)用

武漢地鐵于2019年7月在地鐵七號(hào)線三陽(yáng)路站、王家墩東站等試點(diǎn)安裝X光安檢圖像智慧識(shí)別系統(tǒng)。以七號(hào)線三陽(yáng)路試點(diǎn)站為例：在提升勤務(wù)管理能力方面，該站安檢員人員信息、上下崗勤務(wù)安排能實(shí)現(xiàn)可視化瀏覽、監(jiān)管，較其他未安裝站點(diǎn)勤務(wù)管理更規(guī)范、更便于管理。在提高安檢員履職效能方面，以歷史安檢數(shù)據(jù)（2月～ 6月）為例，違禁品平均檢出率由未安智慧識(shí)別系統(tǒng)的40%提高至85%以上。僅1個(gè)月時(shí)間內(nèi)，智慧識(shí)別系統(tǒng)輔助安檢員檢出違禁品數(shù)量達(dá)890件，其中管制刀具210把、易燃易爆品678件、電擊器1個(gè)、指虎1個(gè)。在有效管理違禁品方面，對(duì)查收的違禁品標(biāo)記二維碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類限帶品逐一登記，規(guī)范查收、保存、歸還、處理手續(xù)，實(shí)現(xiàn)全流程電子化管理。目前，由于智慧安檢設(shè)備未在地鐵全線鋪設(shè)，整體使用效能有待于進(jìn)一步提升。

四、結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通是現(xiàn)代大城市交通的發(fā)展方向，也是建設(shè)綠色城市、智能城市的有效途徑?！?+N”智慧安檢體系的建設(shè)，是武漢軌道分局堅(jiān)持改革創(chuàng)新，推動(dòng)提質(zhì)增效，加強(qiáng)科技興安，積極推進(jìn)智能化安檢試點(diǎn)的具體舉措。部分站點(diǎn)已經(jīng)完成了智慧安檢體系試點(diǎn)建設(shè)。通過(guò)試點(diǎn)建設(shè)，地鐵集團(tuán)做為安檢主體責(zé)任單位，降低了安檢支出費(fèi)用，達(dá)到了提能增效目的；公安機(jī)關(guān)做為安檢監(jiān)管責(zé)任單位，提升了警務(wù)效能；工作在地鐵一線的安檢公司及安檢員提升安檢管理效率和業(yè)務(wù)能力；乘客出行效率大幅提高，真正實(shí)現(xiàn)了綠色、高效出行。