一種新型智慧車道安檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

祝勝強(qiáng) 周冰

摘要：介紹了車道安檢設(shè)備在公安檢查站安檢核查工作中的重要性，針對目前國內(nèi)公安檢查站核查速度慢、易造成擁堵、民警工作強(qiáng)度大及民眾不滿意等諸多問題，設(shè)計(jì)了一種智慧車道安檢系統(tǒng)。通過無感知視覺及定向電子偵碼等關(guān)鍵技術(shù)，采集比對人、車、碼3類信息主體，以非接觸、無感知和短停留為設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)車輛快速通行的智慧安檢模式。經(jīng)外場道路實(shí)測，該設(shè)備的使用大大提升了檢查站安檢效率，車輛平均安檢通過時(shí)間大幅降低，平均通過時(shí)間為5 s，最快通過時(shí)間達(dá)3 s。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；定向電子偵碼；智慧安檢

中圖分類號：TN915.09文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2020）15-66-4

0引言

目前，全國范圍內(nèi)在環(huán)國邊境、環(huán)區(qū)域和環(huán)省市的主要出入口設(shè)置公安檢查站，城區(qū)主干道路和重點(diǎn)部位設(shè)置治安卡點(diǎn)，用于日常通行車輛和人員的安全檢查。檢查站查控[1]是警務(wù)人員為了維護(hù)公共安全，對特定行為人的車輛、物品及人身進(jìn)行查看和搜檢的執(zhí)法行為。當(dāng)前，近距離接觸模式的安檢手段，是人體車輛安檢的主要途徑，不僅人工檢查的壓力大、工作繁復(fù)，而且?guī)Ыo受檢人員的體驗(yàn)感不佳。人員、車輛途經(jīng)城區(qū)外圍公安檢查站時(shí)，需進(jìn)行人證、人像核驗(yàn)和出示相關(guān)證件，經(jīng)安檢人員人工核查無誤后予以放行，安檢過程繁瑣、時(shí)間長[2]。長期以來，以“人海戰(zhàn)術(shù)”為主要手段的核查方式缺少必要的智能化技術(shù)手段，造成人車通過效率低，特別是旅游旺季和節(jié)假日返程高峰等重要節(jié)點(diǎn)，更是造成大面積安檢車輛積壓，交通堵塞嚴(yán)重。且由于以人工核驗(yàn)為主，安檢人員24 h不間斷值守，導(dǎo)致安檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大，易產(chǎn)生疲倦，造成疏忽大意。因此在保證核查比例的前提下，如何利用信息化技術(shù)和設(shè)備解決提高核查效率、改善受檢人員體驗(yàn)、減少擁堵現(xiàn)象及降低民警工作強(qiáng)度等一系列問題，已成為實(shí)現(xiàn)智慧安檢的重要課題。

1基本概念

1.1機(jī)器視覺

計(jì)算機(jī)視覺旨在識別和理解圖像/視頻中的內(nèi)容，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)衍生出多個(gè)細(xì)分研究領(lǐng)域，有圖像分類、目標(biāo)檢測、語義分割、風(fēng)格遷移及圖像生成等，人臉識別和圖片識別是當(dāng)前人工智能視覺與圖像領(lǐng)域中的兩大熱門應(yīng)用。

1.2智慧安檢

智慧安檢系統(tǒng)[3]是將人工智能運(yùn)用在檢查站，以提高檢查效率和減輕負(fù)擔(dān)，利用智能檢查站大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出站全程人車分離，數(shù)據(jù)采集和布控預(yù)警平軌運(yùn)行。利用卡口智能抓拍系統(tǒng)、車底檢測系統(tǒng)、人證比對、人臉識別、站內(nèi)抓拍攝像機(jī)及自動(dòng)升降樁等高精科技設(shè)備對待檢車輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別、自動(dòng)引導(dǎo)、自助核錄和自動(dòng)比對，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)警和智能防控的智能勤務(wù)工作目標(biāo)。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)概述

系統(tǒng)以安檢查控業(yè)務(wù)為核心，上聯(lián)公安檢查站治安管控平臺，下接檢查站多維感知設(shè)備，以“非接觸、無感知、短停留”為設(shè)計(jì)理念，按照不同勤務(wù)等級要求，設(shè)計(jì)逢人必查、逢車必查的全量核查模式，車輛分級、重點(diǎn)核查、等級抽查的分級查控模式，以及全量采集、報(bào)警核查的快速通行模式等多種核查模式，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)人、重點(diǎn)車精準(zhǔn)深度查驗(yàn)，正常人、正常車快速無感通過高效安檢的目標(biāo)。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

智慧車道安檢系統(tǒng)采用分層、模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)，整體分為感知設(shè)備層、設(shè)備接入層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、接口層和展現(xiàn)層，如圖1所示。

智慧車道安檢系統(tǒng)在遵循公安部社會治安防控實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范及公安網(wǎng)絡(luò)安全的前提下，自上而下分為展現(xiàn)層、接口層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、設(shè)備接入層和感知設(shè)備層5層架構(gòu)。系統(tǒng)總體以服務(wù)總線[4]作為承接設(shè)備，接入業(yè)務(wù)服務(wù)層和展現(xiàn)層的核心，服務(wù)總線提供所有服務(wù)（業(yè)務(wù)支撐、數(shù)據(jù)、算法模型）的注冊、編排、路由、適配及監(jiān)控等全生命周期管理，作為所有服務(wù)資源的指揮調(diào)度中心，打通整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、能力傳輸通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、能力的跨系統(tǒng)、跨平臺、跨地域的數(shù)據(jù)共享和能力復(fù)用，為整個(gè)平臺提供應(yīng)用開發(fā)集成、數(shù)據(jù)共享及業(yè)務(wù)協(xié)同等公共服務(wù)。

2.3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

智慧車道安檢系統(tǒng)的主要功能如下：

①車輛核查：車輛抓拍攝像機(jī)自動(dòng)識別車牌類別及車牌號碼等信息，同時(shí)可手動(dòng)錄入或修改車牌號碼，系統(tǒng)顯示車輛抓拍圖片并自動(dòng)調(diào)用服務(wù)進(jìn)行車輛核查，執(zhí)勤操作屏上顯示車輛核查結(jié)果，并同時(shí)支持車輛道閘一體機(jī)LED顯示屏信息提示；免檢車輛系統(tǒng)可智能識別并自動(dòng)開啟車道欄桿。

②人像核查：系統(tǒng)控制人臉識別攝像機(jī)自動(dòng)抓取、識別乘車人人臉并可對抓拍人臉圖像自動(dòng)去重，去重后通過調(diào)用人臉網(wǎng)關(guān)進(jìn)行人員核查，在執(zhí)勤操作屏上顯示人臉圖像及核查結(jié)果。

③身份證核查：系統(tǒng)內(nèi)置身份證閱讀器支持讀取中華人民共和國居民身份證信息，當(dāng)司乘人員未攜帶身份證件時(shí)可由執(zhí)勤人員手動(dòng)錄入核查身份證信息并實(shí)時(shí)顯示身份證核查結(jié)果。

④手機(jī)偵碼核查：系統(tǒng)內(nèi)置的高精度定向偵碼采集設(shè)備可精準(zhǔn)覆蓋安檢車道的停車區(qū)域，在不影響被檢車前后車輛和相鄰車道車輛的情況下準(zhǔn)確覆蓋被檢車輛，有效采集被檢車輛上司乘人員的電子設(shè)備信息，并自動(dòng)調(diào)用后臺服務(wù)進(jìn)行比對，比對結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在執(zhí)勤操作屏上。

⑤自動(dòng)關(guān)聯(lián)建檔：系統(tǒng)可自動(dòng)將采集到的車牌信息、車輛特征、人臉照片、手機(jī)偵碼、身份證信息以及各類信息的核查結(jié)果等多維信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，建立人車檔案并自動(dòng)回傳給上級平臺。

3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1非接觸智能混檢

設(shè)備采用1∶人臉比對技術(shù)、星光級人臉檢測技術(shù)及成熟的車牌識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于小型車四車窗的快速精準(zhǔn)人臉采集比對功能，在人員不下車、不掏證的情況下快速檢測車輛司乘人員是否為“重點(diǎn)人、重點(diǎn)車”，實(shí)現(xiàn)“非接觸、無感知”的目標(biāo)。通過采用相機(jī)優(yōu)選技術(shù)及高頻次的試驗(yàn)和現(xiàn)場驗(yàn)證，有效定型了廣角相機(jī)型號及其位置，可以兼容多種長寬尺寸的小型車，保證全車型人臉識別率達(dá)到95%以上。解決的問題主要包括2個(gè)方面：①替代了傳統(tǒng)單一的通過身份證安檢的模式，有效解決了人工判斷真假證或者未帶證的問題；②因?yàn)槿藛T不需要掏證，只需快速掃描人臉即可，大大提高了安檢效率，有效解決擁堵問題。

3.2積分預(yù)警模型

基于大數(shù)據(jù)的積分預(yù)警模型是主要的技術(shù)創(chuàng)新，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對重點(diǎn)人員管控業(yè)務(wù)規(guī)則的挖掘，積累了多種人員異常關(guān)系和異常行為的識別，通過多種異常關(guān)系的組合，形成不同類型的積分技戰(zhàn)法，如風(fēng)險(xiǎn)車輛預(yù)警，通過對不同的規(guī)則根據(jù)重要程度賦予不同的分值，當(dāng)整個(gè)模型規(guī)則超過一定閾值時(shí)，則產(chǎn)生預(yù)警。執(zhí)勤人員即可有針對性地對預(yù)警人員審核或提前布控。非接觸智能混檢設(shè)備的應(yīng)用，可以有效提高檢查站的安檢速度，而大數(shù)據(jù)積分預(yù)警模型的應(yīng)用，則可以在更大程度上保證同等安檢比例情況下，優(yōu)先檢查更可能有問題的人員。

3.3定向電子偵碼技術(shù)

定向電子偵碼[5]是指通過電子設(shè)備信息采集設(shè)備定向覆蓋固定區(qū)域，有選擇性地采集區(qū)域內(nèi)電子設(shè)備信息而不影響區(qū)域外電子通信設(shè)備的正常使用，涉及到的主要技術(shù)有高精度定位技術(shù)、高定向天線波瓣約束技術(shù)和納秒級延時(shí)比對技術(shù)。

高精度定位技術(shù)：依托電子圍欄物理層強(qiáng)大的數(shù)據(jù)解析能力，構(gòu)建可以實(shí)現(xiàn)波束精準(zhǔn)賦形的MIMO系統(tǒng)，使系統(tǒng)可以準(zhǔn)確獲取車輛內(nèi)手機(jī)與電圍的相對位置，進(jìn)而確定手機(jī)的位置信息。

高定向天線波瓣約束[6]技術(shù)：縮小天線主輻射面波瓣的半功率波束寬度角，將其主瓣波束約束在一定的范圍內(nèi)，降低旁瓣和后瓣電平，增加天線的定向性和前后比，實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)手機(jī)的定向覆蓋。同時(shí)，通過采用增加天線物理尺寸和調(diào)整輻射單元位置分布的方法，對車輛內(nèi)部進(jìn)行電磁波均勻覆蓋，減少覆蓋死角。

納秒級延時(shí)對比技術(shù)：以LTE系統(tǒng)中最小的時(shí)間單位TS為量綱，采集覆蓋范圍內(nèi)所有手機(jī)的無線信號傳輸延時(shí)，并進(jìn)行延時(shí)比對分析，確定手機(jī)間的相對位置，進(jìn)行手機(jī)群落劃分，實(shí)現(xiàn)同一車輛上手機(jī)間的互相綁定，大大提高車碼綁定成功率。

4試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，進(jìn)行了高頻次多維度的上路實(shí)測，分別從核查速度、人臉采集率和偵碼采集率3個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖4所示，圖中每個(gè)點(diǎn)為10次實(shí)驗(yàn)的平均值。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可得出，智慧安檢單車核查平均時(shí)間為5.4 s，最快3 s；智慧安檢系統(tǒng)人像采集及去重綜合準(zhǔn)確率為92%，單輛車乘坐4人及以下的情況下采集準(zhǔn)確率為98%，定向電子偵碼采集綜合準(zhǔn)確率為97%。

5結(jié)束語

本文綜合運(yùn)用機(jī)器視覺、人臉識別及定向偵碼等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)了新型智慧車道安檢系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)行了測試驗(yàn)證和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。目前該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于全國各地多個(gè)公安檢查站，助力多地安檢查控真正地實(shí)現(xiàn)了“無感采集，快速通行”的智慧安檢目標(biāo)，有力地保障了重大活動(dòng)的外圍安全。

未來將繼續(xù)圍繞車道安檢場景繼續(xù)深入探索人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)在創(chuàng)新安檢模式中的應(yīng)用，例如后備箱不開箱安檢、車底掃描自動(dòng)審圖報(bào)警等無感安檢模式，在保證社會安全穩(wěn)定的前提下提高民眾出行滿意度。

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