城市軌道交通公安人臉識別系統(tǒng)設計方案研究

陳志為

（ 中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢430000）

1 概述

目前城市軌道交通在全國各大城市迅猛發(fā)展，已成為社會公眾便利出行的重要選擇[1]。由于城市軌道交通的運量大且運營空間相對較小，其安全防范一直是相關(guān)部門十分關(guān)注的問題。為了進一步加強站區(qū)安全保障，根據(jù)公安反恐工作和信息科技化的需要，各地城市軌道交通亟需采用人臉識別等智慧化手段，通過人臉識別技術(shù)的應用，快速鎖定人群中的危險人物，以切實提升城市軌道交通公共安全防范系統(tǒng)的智能化水平，提高應急響應速度和處置效率[2]。

2 人臉識別技術(shù)原理

人臉識別技術(shù)基于人的臉部特征，對采集的視頻數(shù)據(jù)或人臉圖像進行分析，并將其與已建成的人臉數(shù)據(jù)庫進行對比，從而實現(xiàn)對人員身份的識別[3]。人臉識別技術(shù)屬于非接觸式生物特征識別，具有非侵犯性，技術(shù)發(fā)展相對成熟，在各行業(yè)領(lǐng)域應用廣泛。

人臉檢測是指采用一定的策略對輸入的視頻流或圖片流進行搜索定位，以確定人臉的位置和大小，分離出人臉的有效區(qū)域。圖像預處理過程是基于人臉檢測結(jié)果，對圖像進行噪聲過濾、灰度變換等預處理手段，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，并最終服務于圖像特征的提取過程。人臉特征的提取是人臉識別的核心，主要目的在于提取人臉圖像中最有效的特征，在不降低人臉識別率的情況下，減小數(shù)據(jù)的運算量[4]。人臉比對環(huán)節(jié)是將已經(jīng)檢測的人臉的特征值與數(shù)據(jù)庫中的人臉信息進行比對和匹配，實現(xiàn)對人臉身份信息的判斷。

3 地鐵公安人臉識別系統(tǒng)建設模式

由于系統(tǒng)前期規(guī)劃和技術(shù)成熟度等方面的原因，國內(nèi)大多數(shù)已建成的地鐵線路公安人臉抓拍攝像機由公安部門后期補充設置。根據(jù)有關(guān)國家規(guī)范要求“城市軌道交通公共安全技術(shù)防范系統(tǒng)工程應與新建的城市軌道交通工程整體項目同步規(guī)劃、建設、檢驗和驗收”，地鐵公安人臉識別系統(tǒng)應與整體工程同期建設，其優(yōu)勢如下。

3.1 人臉識別應用高度依賴于前端攝像機的安裝點位和現(xiàn)場部署場景，前端設備所采集的視頻質(zhì)量將直接影響人臉識別應用的準確性和效率。如果不能夠和視頻監(jiān)視系統(tǒng)進行同期建設，后期建設時很有可能出現(xiàn)大量的攝像頭部署點位調(diào)整、網(wǎng)絡及供電線路調(diào)整甚至前端攝像頭鏡頭及設備更換，勢必帶來大量的重復建設與成本浪費。

3.2 人臉識別應用對服務器資源、網(wǎng)絡資源以及存儲資源均有較大的需求。其中相當一部分會和視頻監(jiān)控等現(xiàn)有系統(tǒng)產(chǎn)生交集，同期建設能夠做到合理的資源共享，在架構(gòu)設計與資源分配上避免大量不必要的成本投入。

從統(tǒng)一設計、合理架構(gòu)、資源共享、成本控制等多方面分析，同期建設都比后期單獨建設具備明顯的優(yōu)勢。

4 系統(tǒng)建設方案

城市軌道交通公安人臉識別系統(tǒng)的建設應能滿足各地公安部門對地鐵安全防范工作的要求。系統(tǒng)需具有采集、存儲、檢索和人員布控的功能，在識別出重點人員時，應能及時向有關(guān)部門提供報警信號以及跟進研判的圖像信息。

4.1 邏輯架構(gòu)

人臉識別系統(tǒng)邏輯架構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)設計，包括接入層、服務層、數(shù)據(jù)層和應用層四個層次。集成人臉識別相關(guān)的各種資源、服務和應用，實現(xiàn)靈活完備的數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應用。

接入層的作用是實現(xiàn)各種類型的前端采集終端的接入，包括普通攝像機、人臉抓拍攝像機等各類的數(shù)據(jù)采集設備。接入的內(nèi)容主要包括視頻數(shù)據(jù)、靜態(tài)圖片等碼流數(shù)據(jù)，為地鐵公安人臉識別系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

服務層主要的功能設計是基于所采集的數(shù)據(jù)完成基礎的人臉識別過程，包括人臉抓拍、人臉特征提取、人臉比對等服務。

數(shù)據(jù)層主要完成各種大數(shù)據(jù)的存儲管理與對外提供數(shù)據(jù)訪問服務。

應用層負責具體業(yè)務邏輯處理，包括動態(tài)布控、人臉檢索、大數(shù)據(jù)分析、人員軌跡查詢等人臉識別應用需求。

4.2 組網(wǎng)拓撲

根據(jù)各地城市軌道交通公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)建設模式的區(qū)別以及運維管理方式的不同，目前地鐵公安人臉識別系統(tǒng)主要有兩種組網(wǎng)方案，一是前端人臉抓拍攝像機由公安視頻監(jiān)視監(jiān)視系統(tǒng)獨立設置，二是人臉抓拍攝像機由專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)設置，采集數(shù)據(jù)共享。下面分別就這兩種方案的組網(wǎng)和特點進行具體分析。

方案一：公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)獨立設置人臉前端設備

公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)在車站出入口通道、換乘通道等公共區(qū)區(qū)域設置具有人臉識別功能的固定式高清攝像機，在地鐵公安分局設人臉識別分析設備，包含抓拍服務器、對比服務器、研判服務器、存儲服務器、流媒體服務器等。前端抓拍攝像機在采集人臉信息后，數(shù)據(jù)經(jīng)車站公安視頻交換機和地鐵分局公安視頻核心交換機，接入地鐵分局公安視頻人臉識別分析設備。

通過地鐵分局人臉識別分析設備進行人臉圖像的比對分析，然后將分析數(shù)據(jù)經(jīng)由匯聚交換機傳至市局既有人臉識別平臺。同時攝像機的存儲碼流傳輸至地鐵分局或派出所存儲設備，完成視頻錄像存儲。

圖1 方案一組網(wǎng)拓撲

方案二：專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)設置人臉前端設備

專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)在車站設置人臉識別前端采集設備，并通過車站視頻網(wǎng)絡交換機將采集的數(shù)據(jù)分配共享給公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)，公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)能正常調(diào)看視頻圖像。人臉抓拍攝像機視頻流由專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)統(tǒng)一存儲，抓拍圖片數(shù)據(jù)可傳輸至地鐵分局或派出所存儲設備。該方案車站可不設公安視頻交換機。

圖2 方案二組網(wǎng)拓撲

對于還未建設軌道交通線網(wǎng)指揮中心（TCC）的城市新建線路，人臉數(shù)據(jù)流可經(jīng)由線路OCC 傳輸至派出所，再上傳至公安分局。以上兩種組網(wǎng)方案均能有效實現(xiàn)對地鐵乘客的人臉信息采集和處理，滿足公安部門對地鐵安全防范的要求。方案一的運維管理的分界清晰，但不利于資源的共享利用。方案二相較于方案一對專用通信網(wǎng)絡與軌道分局之間網(wǎng)閘的性能要求更高，需配置萬兆網(wǎng)閘，在網(wǎng)閘的方面的投資更大。但方案二契合專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)深度融合的趨勢，且能夠充分的整合和利用資源，因此推薦方案二作為公安人臉識別系統(tǒng)的主選建設方案。

5 人臉識別攝像機布置建議

5.1 攝像機布點原則

5.1.1 出入口通道

出入口通道作為連接車站與外界的紐帶，是乘客進出車站的唯一途徑。在出入口通道設置人臉抓拍設備，能夠?qū)M出車站的人員進行全面有效的布控，且出入口通道距離站臺乘車點有一段距離，可以給相關(guān)安防部門充裕的響應時間。一般選擇樓梯/扶梯下端作為人臉抓拍點，攝像機在抓拍人臉的同時可兼顧扶梯緊停按鈕和運行指示燈的情況，滿足運營對該處視頻覆蓋的要求。

5.1.2 換乘站通道

地鐵換乘通道客流較為集中，尤其在高峰期人流密集、無序、無間隔，可根據(jù)公安部門需要對人員的換乘路徑（軌跡）進行有效跟蹤。

5.1.3 檢票閘機口

檢票閘機是乘客進出地鐵站的必經(jīng)之路，可根據(jù)公安部門的要求的進站或出站閘機的上方設置人臉識別攝像機，單個閘機人員通道寬約40 厘米左右，根據(jù)閘機數(shù)量和攝像機的性能設置1-2 臺抓拍攝像機。由于各地地鐵運營部門對進出站閘機也有明確的監(jiān)視需要，此處運營部門與公安部門可共享前端設備。

5.2 安裝條件要求

人臉識別準確率受現(xiàn)場光照條件、前端設備安裝位置等多方面因素影響，因此在前端點位布置的過程中應與相關(guān)專業(yè)做好協(xié)調(diào)配合，保證人臉抓拍目標區(qū)域光照環(huán)境穩(wěn)定且光照強度在100Lux 以上，且安裝位置應滿足攝像頭與人臉構(gòu)成的角度要求，從而保證人臉抓拍的效果。

6 結(jié)論

人臉識別技術(shù)因其顯著的優(yōu)勢，在安防領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用，隨著國內(nèi)對城市軌道交通安防系統(tǒng)的重視程度和投資力度進一步加大，人臉識別技術(shù)將在提升地鐵公共安全防范能級方面發(fā)揮更大的作用。在工程實施過程中，應充分結(jié)合公安部門需求，做到統(tǒng)籌規(guī)劃、同步設計、合理實效，充分利用人臉識別等技術(shù)手段，賦能城軌交通安全智能化管控。