基于人臉識(shí)別和信用登乘的軌道交通乘車方案

王紫薇，韓 冰

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

軌道交通是公眾出行的重要方式，也是城市與城市之間、城市內(nèi)部的交通大動(dòng)脈。隨著城市軌道交通、市域/城際鐵路以及高速/普速鐵路的發(fā)展，軌道交通的客流量逐年遞增，提升乘客出行效率是目前國(guó)內(nèi)軌道交通需要解決的問題。

傳統(tǒng)的軌道交通支付方式主要是“現(xiàn)金+實(shí)體票”的形式，乘客需要通過實(shí)體票或?qū)嶓w卡進(jìn)出站或檢票。由于排隊(duì)充值或購(gòu)票時(shí)間較長(zhǎng)，支付效率不高，進(jìn)站檢票效率較低，導(dǎo)致乘客出行體驗(yàn)較差，影響軌道交通運(yùn)營(yíng)的服務(wù)質(zhì)量[1]。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，智能移動(dòng)終端的覆蓋率日益提高，逐漸出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)電子票這類新型票種，其方便快捷的購(gòu)檢票服務(wù)、靈活多樣的支付方式深得乘客的喜愛和歡迎[2-4]。

互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)的推廣提升了大眾出行效率，并且為信用登乘奠定了基礎(chǔ)，但互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)僅僅省去了站內(nèi)購(gòu)票、站內(nèi)充值和站內(nèi)取票的時(shí)間，目前所有軌道交通出行都需要持實(shí)物如手機(jī)、身份證等過閘進(jìn)站。想要實(shí)現(xiàn)真正的無感驗(yàn)票，需要與新技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合[5]。本文基于軌道交通現(xiàn)狀，將各制式軌道交通按照有席位和無席位兩類劃分，對(duì)基于人臉識(shí)別和信用登乘的跨制式購(gòu)票和乘車方案進(jìn)行研究，進(jìn)一步減少乘客檢票、進(jìn)站、出站、換乘的時(shí)間，提高乘客出行效率。

2 基于人臉識(shí)別和信用登乘的乘車方案

2.1 無席位軌道交通乘車方案

無席位軌道交通主要包括城市軌道交通、部分市域軌道交通等。目前無席位軌道交通進(jìn)站的安檢與檢票是兩個(gè)獨(dú)立的過程，若能把這兩個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)合起來，能夠進(jìn)一步提高進(jìn)站效率。方案流程如圖1 所示。整個(gè)流程基于現(xiàn)階段支持虛擬票務(wù)和信用登乘的地鐵乘車APP 的功能，增加了人臉信息與身份信息關(guān)聯(lián)、寫入進(jìn)站出站信息、信控提醒的功能模塊。

圖1 無席位軌道交通乘車方案流程Fig.1 Procedures of traveling by rail transit without designated seats

1）在安檢處布放具備人臉識(shí)別功能的智能安檢門，安檢時(shí)的停留時(shí)間可用來完成人臉識(shí)別的過程。

2）系統(tǒng)采集到的面部信息直接與乘客身份信息關(guān)聯(lián)，并在相應(yīng)的身份信息中寫入乘客的進(jìn)站信息，包括進(jìn)站時(shí)間、進(jìn)站地點(diǎn)等。

3）在出站通道兩側(cè)布放攝像頭，乘客通過出站通道時(shí)，攝像頭直接采集乘客面部信息，根據(jù)面部信息定位到身份信息，從而讀取到乘客的進(jìn)站信息，并寫入出站信息[6]。

4）后臺(tái)服務(wù)器根據(jù)讀取到的進(jìn)、出站信息，計(jì)算乘車費(fèi)用并對(duì)相應(yīng)的賬戶扣款，若扣款失敗，軟件會(huì)對(duì)該賬戶的手機(jī)發(fā)送信控提醒信息，提醒乘客及時(shí)付費(fèi)，以免耽誤下次行程。

5）若乘客在下次乘車之前沒有完成上次行程的付費(fèi)，該乘客在下次乘客安檢時(shí)面部識(shí)別認(rèn)證失敗，在安檢處被攔截，乘客完成付費(fèi)后即可進(jìn)站[7]。

2.2 有席位軌道交通乘車方案

有席位的軌道交通主要包括高速/普速鐵路、部分市域鐵路和部分城際鐵路等。目前，鐵路客運(yùn)大部分以紙質(zhì)票+身份證的形式作為乘車憑證，部分高鐵站已實(shí)現(xiàn)了電子客票，乘客在進(jìn)站口需要通過人、證、票的核對(duì)。由于席位限制，有席位軌道交通出行前需要提前購(gòu)票，獲得席位資格，系統(tǒng)需要在進(jìn)站時(shí)對(duì)未購(gòu)票或不符合進(jìn)站信息的乘客進(jìn)行攔截。

乘客在出行前需要成功購(gòu)買車票，安檢時(shí)攝像頭采集面部信息，采集到的面部信息直接與身份信息關(guān)聯(lián)，并根據(jù)相應(yīng)的身份證信息讀取乘客購(gòu)票信息，同時(shí)對(duì)購(gòu)票信息進(jìn)行核驗(yàn)，對(duì)未購(gòu)票、不符合乘車時(shí)間、購(gòu)票信息與進(jìn)站地點(diǎn)不符的乘客進(jìn)行攔截。出站通道兩側(cè)布放攝像頭，采集通過出站通道的乘客面部信息，并根據(jù)相應(yīng)的身份證信息讀取乘客購(gòu)票信息，同時(shí)對(duì)購(gòu)票信息進(jìn)行核驗(yàn)，對(duì)不符合出站信息的乘客進(jìn)行記錄，并發(fā)送信控提醒信息，購(gòu)票信息不符的乘客需要補(bǔ)交乘車費(fèi)用[8]，否則在下次乘車進(jìn)站時(shí)會(huì)被安檢攔截。流程如圖2 所示。

2.3 跨制式軌道交通乘車方案

隨著軌道交通的快速發(fā)展，城市軌道交通、市域/城際鐵路以及高速/普速鐵路在我國(guó)旅客運(yùn)輸中發(fā)揮越來越重要的作用。現(xiàn)如今，居民的一次出行經(jīng)常需要多種交通方式協(xié)同完成，因此，探索軌道交通之間的高效換乘模式，使旅客能夠以最短的時(shí)間和路徑完成多種交通工具之間的換乘意義重大。

由于跨制式軌道交通換乘面臨著制式不同、運(yùn)營(yíng)不同、票務(wù)系統(tǒng)不同等現(xiàn)狀，現(xiàn)階段各種制式軌道交通的購(gòu)票、安檢、驗(yàn)票、出站等是獨(dú)立且無關(guān)聯(lián)的，乘客選擇多種出行方式時(shí)需要分別購(gòu)票，并需要完成多次進(jìn)站、檢票、出站的過程，從而降低了乘客出行換乘效率。

圖2 有席位軌道交通乘車方案流程Fig.2 Procedures of traveling by rail transit with designated seats

2.3.1 跨制式軌道交通一站式購(gòu)票

跨制式軌道交通一站式購(gòu)票的系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，數(shù)據(jù)交換平臺(tái)用來收集并處理各制式軌道交通的票務(wù)信息和乘客的購(gòu)票信息等，乘客購(gòu)票時(shí)只需通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。此外，數(shù)據(jù)交換平臺(tái)連接第三方接口平臺(tái)，通過第三方接口平臺(tái)可以獲取用戶的信用數(shù)據(jù)及12306 的余票信息等。

假設(shè)現(xiàn)有乘客要從A 地的A1 站出發(fā)去往B 地的B1 站，需要先從A1 站乘坐地鐵到A2 站，然后從A2 站乘坐高鐵到B2 站，最后從B2 站乘坐有軌電車到B1 站。全程需要采用3 種軌道交通方式完成，購(gòu)買3 張車票，進(jìn)站2 次，出站2 次。通過一站式購(gòu)票方案，乘客只需通過一個(gè)購(gòu)票平臺(tái)選擇購(gòu)買從A1 站到B1 站的車票。數(shù)據(jù)交換平臺(tái)根據(jù)從第三方接口平臺(tái)獲取到的12306 余票信息和從其他制式軌道交通中獲取的余票信息來為用戶分配合適的出行方式和出行線路，乘客可以直接購(gòu)買一張從A1站到B1 站的虛擬車票，如圖4 所示，乘客持該張?zhí)摂M車票可直接通過人臉識(shí)別的方式進(jìn)出途徑各站。

圖3 跨制式軌道交通購(gòu)票系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 Architecture of the ticket purchase system of cross-mode rail transit

圖4 跨制式乘車虛擬票Fig.4 Virtual ticket of cross-mode rail transit

2.3.2 跨制式軌道交通換乘

基于無席位和有席位的軌道交通乘車方案，跨制式軌道交通的換乘效率將會(huì)大大提升。換乘方案流程如圖5 所示，乘客從城市A 到城市B，分別經(jīng)過無席位、有席位、無席位這3 種制式的乘車方式，其中出站都是基于人臉識(shí)別的無感出站。此外，乘客在第一次乘坐軌道交通出行時(shí)已經(jīng)通過了安檢，在不出站的情況下無需再次安檢，因此在換乘過程中，可以基于安檢互信機(jī)制設(shè)置專用換乘通道，即乘客換乘時(shí)可以免去途中的安檢環(huán)節(jié)，直接通過專用換乘通道進(jìn)站。但有席位軌道交通不能免去進(jìn)站攔截過程，因此從無席位軌道交通向有席位軌道交通換乘時(shí)，依然要通過閘機(jī)。

圖5 跨制式軌道交通換乘方案流程Fig.5 Flowchart of transferring in cross-mode rail transit

2.4 方案的特點(diǎn)和問題

該跨制式乘車方案與現(xiàn)階段的乘車方案相比具有如下特點(diǎn)。

1）進(jìn)站無獨(dú)立的檢票環(huán)節(jié)，身份驗(yàn)證與安檢同時(shí)進(jìn)行。

2）全程無需乘客使用實(shí)體票、身份證或二維碼等乘車憑證，能夠?qū)崿F(xiàn)無感驗(yàn)票。

3）出站不被攔截，無需布放閘機(jī)，乘客可以快速且無感出站。

4）有信控提醒功能，對(duì)需要補(bǔ)交費(fèi)用的乘客進(jìn)行短信或其他方式的提醒，能夠讓乘客盡快付費(fèi)，減少乘客進(jìn)站被攔截的概率，從而避免安檢時(shí)造成擁堵。

5）乘客出行換乘更加流暢。換乘中增加了專用換乘通道，免去了部分冗余環(huán)節(jié)，大大提升了換乘效率。

6）進(jìn)站安檢處布放1～2 個(gè)閘機(jī)，以便對(duì)人臉識(shí)別系統(tǒng)發(fā)生故障或部分乘客人臉無法識(shí)別成功等問題能夠做出應(yīng)急處理，使無法順利完成人臉識(shí)別的乘客亦可通過閘機(jī)進(jìn)站。

此外，該方案在提升乘客出行效率的同時(shí)，也有一些需要解決的問題。

1）對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的高要求，人臉識(shí)別需滿足能夠大范圍、長(zhǎng)距離識(shí)別的特點(diǎn)，對(duì)識(shí)別速度和精準(zhǔn)度要求較高，并且要求其對(duì)不同光照、姿態(tài)等條件都有較強(qiáng)的魯棒性。

2）攝像頭的布放、閘機(jī)的拆除和安裝帶來的成本問題。

3）乘客隱私問題，需要增加更多的安全防護(hù)機(jī)制和管理機(jī)制，保證乘客隱私不受侵害。

3 未來可研究的內(nèi)容

3.1 人臉識(shí)別與步態(tài)識(shí)別融合

該方案中所采集的視頻圖像中人臉位置未知且多變，因此，需要從圖像中快速且準(zhǔn)確地獲取到人臉信息并將其從背景中分離開來，此外，由于不同角度的人臉特征不同，還需要進(jìn)行多角度人臉識(shí)別。基于以上問題，為了能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)人信息的精準(zhǔn)確認(rèn)，人臉識(shí)別與步態(tài)識(shí)別技術(shù)融合有一定的必要性。

3.2 黑白名單庫(kù)的建立

可將乘客按照旅客訂單支付情況以及旅客信用情況劃分為3 類，按照白名單乘客免檢、普通乘客正常檢、黑名單乘客報(bào)警并重點(diǎn)檢的原則對(duì)乘客身份進(jìn)行認(rèn)證，既可減少安檢通過時(shí)間，亦可減少對(duì)黑名單乘客攔截不及時(shí)的情況發(fā)生。

4 總結(jié)

基于軌道交通現(xiàn)狀，提出的基于人臉識(shí)別和信用登乘的跨制式乘車方案、換乘方案和一站式購(gòu)票方案能夠?qū)崿F(xiàn)無感進(jìn)出站，進(jìn)一步減少了乘客檢票、進(jìn)站、出站、換乘的時(shí)間，能夠提高乘客的出行效率。此外，本文對(duì)該方案可能引發(fā)的一些問題做出了分析，并提出了未來可研究的問題點(diǎn)。