基于人臉識別和WiFi 探針技術(shù)的身份識別追蹤系統(tǒng)設(shè)計

董 煒

（ 博康云信科技有限公司上海分公司，上海200233）

隨著人臉識別技術(shù)的快速發(fā)展， 人臉識別技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，可以在公共區(qū)域進(jìn)行部署拍攝并記錄人臉，并把獲得的人臉信息和后臺人臉數(shù)據(jù)做比對，就可以快速準(zhǔn)確的識別對象身份。 但是人臉識別攝像機一般成本較高，且對環(huán)境要求較高，只能安裝在室內(nèi)。 WiFi 探針技術(shù)是指基于WiFi 探測技術(shù)來識別探針設(shè)備附近已開啟WiFi 的智能手機或者WiFi 終端（ 筆記本，平板電腦等）。 當(dāng)智能手機進(jìn)入探針信號覆蓋區(qū)域內(nèi)且打開WiFi 功能， 該智能手機就會被探針設(shè)備捕獲， 并且獲取其mac地址。 WiFi 探針設(shè)備成本較低，對環(huán)境的要求也較低，可在室外部署。本系統(tǒng)是一套結(jié)合了人臉識別和WiFi 探針技術(shù)的優(yōu)點的身份識別追蹤系統(tǒng)。 本系統(tǒng)基于少量重點區(qū)域部署的人臉識別系統(tǒng)和大范圍部署的WiFi 探針設(shè)備，獲得了大量的人臉識別數(shù)據(jù)和WiFi 探針數(shù)據(jù)；通過對數(shù)據(jù)的比對和篩選，生成人臉識別系統(tǒng)的識別對象和移動設(shè)備的mac 地址的匹配關(guān)系數(shù)據(jù)；原本無法確認(rèn)對象身份的mac 地址，可以匹配真實的對象，系統(tǒng)可以在更大范圍內(nèi)查找并追蹤對象。

1 系統(tǒng)工作原理及服務(wù)內(nèi)容

1.1 關(guān)于人臉識別技術(shù)和WiFi 探針技術(shù)在對象識別方面的比較

這幾年人臉識別技術(shù)已經(jīng)非常成熟， 廣泛應(yīng)用于公共區(qū)域的治安監(jiān)控系統(tǒng)。 在諸如機場，車站，地鐵站等交通設(shè)施，以及寫字樓，醫(yī)院，社區(qū)的出入口，都得到大量的部署。通過對高清監(jiān)控攝像機的人臉圖像與后臺人臉數(shù)據(jù)做比對，可以迅速的識別對象身份（ 如圖1 所示）。人臉識別技術(shù)的優(yōu)點包括：準(zhǔn)確獲得對象的真實身份。 人臉識別技術(shù)的缺點包括： 人臉識別系統(tǒng)的建設(shè)成本較高；高清攝像機的對諸如現(xiàn)場光線，攝像機監(jiān)控角度等環(huán)境要求較高；監(jiān)控對象如果戴口罩則無法識別身份。

圖1 人臉識別系統(tǒng)工作原理圖

WiFi 探針設(shè)備其實就是一個無線接入點， 不斷的向四周廣播發(fā)送Beacon 幀，通知附近的WiFi 設(shè)備；而一般的WiFi 設(shè)備例如手機，平板電腦等，也不停的發(fā)送probe 幀，去尋找附近可用的無線接入點，其工作原理如圖2 所示。

probe 幀包含了設(shè)備的mac 地址， 所以當(dāng)WiFi 探針接收到probe 幀之后也就獲取了這個設(shè)備的mac 地址。 通過部署WiFi探針設(shè)備， 就可獲得該區(qū)域所有的手機等移動設(shè)備的mac 地址。而這個mac 地址是獨一無二的，和移動設(shè)備綁定的。WiFi 探針技術(shù)的優(yōu)點包括，采集條件低，無論室外室內(nèi)都可安裝；安裝設(shè)備后，即可獲得附近所有的移動設(shè)備的mac 地址，極少有漏報；設(shè)備成本較低，可以大范圍的部署。 WiFi 探針技術(shù)的缺點是僅僅能獲得智能設(shè)備的mac 地址，無法確認(rèn)對象身份。

圖2 WiFi 探針技術(shù)工作原理圖

1.2 系統(tǒng)的服務(wù)內(nèi)容

人臉識別系統(tǒng)技術(shù)成熟，可以直接確認(rèn)對象身份，由于成本較高，對環(huán)境要求苛刻，無法大量部署在室外環(huán)境。而WiFi 探針系統(tǒng)正好與之相反，可以大量的部署，尤其是在室外環(huán)境，但無法直接確認(rèn)對象身份。

本系統(tǒng)的優(yōu)點， 就是結(jié)合人臉識別和WiFi 探針技術(shù)的優(yōu)勢，以相對少量的高成本的人臉識別系統(tǒng)輔之以大量的低成本的WiFi 探針設(shè)備，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過算法獲得人臉識別系統(tǒng)的識別對象和移動設(shè)備的mac 地址的匹配關(guān)系數(shù)據(jù) ， 從而使系統(tǒng)大數(shù)據(jù)中的海量的mac 地址信息，能夠匹配到真實的人員的身份信息。

當(dāng)通過mac 地址信息可以匹配真實的人員的身份信息，通過對大數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)可以在更大的范圍內(nèi)查找并追蹤人員對象，實現(xiàn)人像追蹤，布控報警，同行分析，徘徊分析等具體的功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件部署

人臉識別系統(tǒng)中的高清監(jiān)控攝像機一般都部署安裝在室內(nèi)，而且對環(huán)境要求比較高，主要的要求有：2.1.1 盡可能的選擇人員通道或者出入口，通過規(guī)范人員唯一的通行方向，確保攝像機能夠抓拍到該方向上所有的進(jìn)入或者離開人員的正臉。2.1.2 需要有穩(wěn)定的充足的光照環(huán)境，如果在背光或者光線條件不足，需要能夠補光，確保人臉特征的清晰可見。2.1.3 攝像機安裝在通道或出入口的正前方，正對人臉抓拍，中間空曠且沒有遮擋；需要具備一定的俯視角度，避免人員經(jīng)過通道時后方人員臉部被前方人員遮擋。 WiFi 探針設(shè)備的安裝要求較低，只需要確保信號不被干擾即可。 在所有的人臉識別系統(tǒng)的高清監(jiān)控攝像機附近都部署一套室內(nèi)的WiFi 探針設(shè)備，確保人臉識別系統(tǒng)檢測范圍內(nèi)的所有手機或其它智能設(shè)備，都能被WiFi 探針系統(tǒng)捕獲。

2.2 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)中人臉識別系統(tǒng)安裝部署在諸如機場，車站，地鐵站，寫字樓，醫(yī)院，社區(qū)的出入口等區(qū)域，自動采集人臉信息，并與后臺人臉庫做比對。 理論上可以認(rèn)為每一次的人臉采集都可以獲得準(zhǔn)確的人員身份信息。 WiFi 探針系統(tǒng)能分為室內(nèi)和室外，室內(nèi)的探針設(shè)備的采集范圍一般在5-20 米， 除了部署在人臉識別系統(tǒng)周邊外，也可以部署在大廳，電梯口等人員聚集的區(qū)域。室外的探針設(shè)備采集范圍可達(dá)到100 米，可以廣泛的安裝在包括廣場，公園，交通路口等室外區(qū)域。通常單個WiFi 探針系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人臉識別系統(tǒng)，且接收的數(shù)據(jù)只有手機等智能設(shè)備的mac 地址， 不包含的手機號碼或IMEI(International Mobile Equipment Identity，手機串號)等可以識別對象身份的信息。

2.3 數(shù)據(jù)比對

僅僅通過mac 地址，是無法識別出對象的真實身份的。本系統(tǒng)的關(guān)鍵，是通過算法建立起一套人臉識別系統(tǒng)的識別對象的身份信息和移動設(shè)備的mac 地址的匹配關(guān)系。 有了身份信息和mac 地址的匹配關(guān)系，WiFi 探針系統(tǒng)的大量的mac 地址信息，就成為有效的數(shù)據(jù)，能夠支持系統(tǒng)的各項應(yīng)用。 所有的人臉識別系統(tǒng)都會在同一地點安裝部署一套WiFi 探針系統(tǒng)，人臉識別系統(tǒng)采集到人員的人臉圖像同時，WiFi 探針系統(tǒng)同時保存了該人員的智能設(shè)備的mac 地址。 在某個監(jiān)控點的同一時間段，人臉識別系統(tǒng)和WiFi 探針系統(tǒng)會同時保存了多個身份信息和mac 地址信息，生成一個數(shù)據(jù)集合。 僅僅通過這一個數(shù)據(jù)集合，系統(tǒng)無法在身份信息和mac 地址信息之間建立一對一的匹配關(guān)系。 當(dāng)該人員在不同時間和不同的地方的監(jiān)控點被系統(tǒng)多次采集數(shù)據(jù)，就在平臺大數(shù)據(jù)中生成多個數(shù)據(jù)集合；通過對這些數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理，利用各個數(shù)據(jù)集之間的與，或，非的關(guān)系，可以輕易的篩選出身份信息和mac 地址信息的匹配關(guān)系，建立起身份信息和mac 地址信息之間的一對一的匹配關(guān)系。

當(dāng)身份信息和mac 地址信息間建立起一對一的匹配關(guān)系，平臺大數(shù)據(jù)中的mac 地址信息，就成為有效數(shù)據(jù)。 通過這種方法，少量的人臉識別系統(tǒng)配合大量的WiFi 探針系統(tǒng)，可以獲得海量的人員身份信息和位置信息，進(jìn)而支持系統(tǒng)的各項應(yīng)用。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

在獲得大量的有效的身份信息和位置信息的基礎(chǔ)上， 可以快速準(zhǔn)確的對目標(biāo)進(jìn)行身份識別和追蹤。 具體的應(yīng)用包括：

3.1 人像追蹤

在系統(tǒng)中通過人臉圖片或者身份信息(姓名，身份證等)以及時間進(jìn)行搜索。 可以查詢到該人員的身份信息和位置信息等，并在電子地圖上展現(xiàn)該人員的歷史軌跡（ 如圖3 所示）。

圖3 人像追蹤及軌跡再現(xiàn)

具體步驟為：

輸入人臉圖片，與后臺人臉庫比對，識別該人員，獲得該人員的身份信息。 (可直接輸入身份信息，跳過該步驟)。

由身份信息， 從平臺數(shù)據(jù)庫或第三方數(shù)據(jù)庫獲得該人員的基本信息。

由身份信息，從平臺數(shù)據(jù)庫，獲得指定時間段的該人員的位置信息，即該人員何時，在何地出現(xiàn)。

當(dāng)獲得該人員的不同時間的位置信息后， 可以計算出該人員的歷史軌跡，并在電子地圖上展現(xiàn)。

3.2 布控報警

在系統(tǒng)中通過人臉圖片或者身份信息配置報警對象， 當(dāng)系統(tǒng)平臺捕獲的該人員的信息時，系統(tǒng)會即時報警，并顯示相關(guān)信息等（ 如圖4 所示）。 具體步驟為：

輸入人臉圖片，與后臺人臉庫比對，識別該人員，獲得身份信息。 (可直接輸入身份信息，跳過該步驟)

由身份信息， 從平臺數(shù)據(jù)庫或第三方數(shù)據(jù)庫獲得該人員的基本信息。

當(dāng)系統(tǒng)捕獲到該人員時，軟件平臺即時報警，并在地圖上顯示該人員的基本信息和位置坐標(biāo)，并可展示歷史位置及歷史軌跡。

圖4 布控報警及歷史位置

3.3 同行分析

在系統(tǒng)中通過人臉圖片或者身份信息， 可以獲得與該人員多次在同時同地出現(xiàn)的同行人員，并顯示同行人員的基本信息和歷史軌跡等。 具體步驟如下：

輸入人臉圖片，與后臺人臉庫比對，識別該人員，獲得身份信息。 (可直接輸入身份信息，跳過該步驟)

查詢在平臺大數(shù)據(jù)中的包含該人員的所有的數(shù)據(jù)集合。

篩選出在這些數(shù)據(jù)集合中多次出現(xiàn)的其他人員。這些人員，即為同行者。

從平臺數(shù)據(jù)庫或第三方數(shù)據(jù)庫獲得同行者的基本信息和位置信息，并可展示歷史軌跡。

3.4 徘徊分析

在系統(tǒng)中選擇區(qū)域和時間， 可以獲得在該區(qū)域該時段多次出現(xiàn)過的所有人員，并顯示這些人員的基本信息和位置信息。

根據(jù)所選擇區(qū)域，查詢在該區(qū)域的所有檢測設(shè)備。

查詢在平臺大數(shù)據(jù)中的上訴檢測設(shè)備在所選時間內(nèi)的所有的數(shù)據(jù)集合。

篩選出在這些數(shù)據(jù)集合中多次出現(xiàn)的人員。這些人員，即為徘徊者。

從平臺數(shù)據(jù)庫或第三方數(shù)據(jù)庫獲得徘徊者的基本信息和位置信息，并可展示歷史軌跡。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)結(jié)合人臉識別技術(shù)和WiFi 探針技術(shù)，將人臉識別和WiFi 探針技術(shù)置于同一平臺， 充分的發(fā)揮了人臉識別技術(shù)和WiFi 探針技術(shù)各自的優(yōu)點， 有效地解決了WiFi 探針技術(shù)無法對其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行身份確認(rèn)的難題，從而以較低的成本獲得大量的有效的人員位置信息，實現(xiàn)對目標(biāo)人的精確識別和快速追蹤，具有一定的推廣價值。