城市軌道交通公安人臉識別系統設計方案研究

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部門十分關注的問題。為了進一步加強站區安全保障，根據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 人臉識別技術原理

人臉識別技術基于人的臉部特征，對采集的視頻數據或人臉圖像進行分析，并將其與已建成的人臉數據庫進行對比，從而實現對人員身份的識別[3]。人臉識別技術屬于非接觸式生物特征識別，具有非侵犯性，技術發展相對成熟，在各行業領域應用廣泛。

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域。圖像預處理過程是基于人臉檢測結果，對圖像進行噪聲過濾、灰度變換等預處理手段，保證數據的統一性，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，減小數據的運算量[4]。人臉比對環節是將已經檢測的人臉的特征值與數據庫中的人臉信息進行比對和匹配，實現對人臉身份信息的判斷。

3 地鐵公安人臉識別系統建設模式

由于系統前期規劃和技術成熟度等方面的原因，國內大多數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。根據有關國家規范要求“城市軌道交通公共安全技術防范系統工程應與新建的城市軌道交通工程整體項目同步規劃、建設、檢驗和驗收”，地鐵公安人臉識別系統應與整體工程同期建設，其優勢如下。

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場部署場景，前端設備所采集的視頻質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視系統進行同期建設，后期建設時很有可能出現大量的攝像頭部署點位調整、網絡及供電線路調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控等現有系統產生交集，同期建設能夠做到合理的資源共享，在架構設計與資源分配上避免大量不必要的成本投入。

從統一設計、合理架構、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勢。

4 系統建設方案

城市軌道交通公安人臉識別系統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

人臉識別系統邏輯架構采用分層結構設計，包括接入層、服務層、數據層和應用層四個層次。集成人臉識別相關的各種資源、服務和應用，實現靈活完備的數據接入、數據分析和數據應用。

接入層的作用是實現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據采集設備。接入的內容主要包括視頻數據、靜態圖片等碼流數據，為地鐵公安人臉識別系統提供基礎數據支撐。

服務層主要的功能設計是基于所采集的數據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。

數據層主要完成各種大數據的存儲管理與對外提供數據訪問服務。

應用層負責具體業務邏輯處理，包括動態布控、人臉檢索、大數據分析、人員軌跡查詢等人臉識別應用需求。

4.2 組網拓撲

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

方案一：公安視頻監視系統獨立設置人臉前端設備

公安視頻監視系統在車站出入口通道、換乘通道等公共區區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，數據經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，然后將分析數據經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 方案一組網拓撲

方案二：專用視頻監視系統設置人臉前端設備

專用視頻監視系統在車站設置人臉識別前端采集設備，并通過車站視頻網絡交換機將采集的數據分配共享給公安視頻監視系統，公安視頻監視系統能正常調看視頻圖像。人臉抓拍攝像機視頻流由專用視頻監視系統統一存儲，抓拍圖片數據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 方案二組網拓撲

對于還未建設軌道交通線網指揮中心（TCC）的城市新建線路，人臉數據流可經由線路OCC 傳輸至派出所，再上傳至公安分局。以上兩種組網方案均能有效實現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絡與軌道分局之間網閘的性能要求更高，需配置萬兆網閘，在網閘的方面的投資更大。但方案二契合專用視頻監控系統和公安視頻監控系統深度融合的趨勢，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，能夠對進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之路，可根據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，根據閘機數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專業做好協調配合，保證人臉抓拍目標區域光照環境穩定且光照強度在100Lux 以上，且安裝位置應滿足攝像頭與人臉構成的角度要求，從而保證人臉抓拍的效果。

6 結論

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