人臉識(shí)別系統(tǒng)在重慶軌道交通公安系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡 林 蘭 濤

(1.重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司，401120，重慶;2.重慶市公安局軌道交通公安分局，401120，重慶∥第一作者，高級(jí)工程師)

根據(jù)GB 51151—2016《城市軌道交通公共安全防范系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》和GB/T 26718—2011《城市軌道交通安全防范系統(tǒng)技術(shù)要求》的規(guī)定和實(shí)施要求，重慶軌道交通第二輪公共安全技術(shù)防范建設(shè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)按照GB/T 28181—2011《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》進(jìn)行建設(shè)，目前已具備由中心端對(duì)視頻前端中的人臉進(jìn)行分析的先決條件。以往城市軌道交通公安在日常治安管理中，主要利用視頻監(jiān)視系統(tǒng)關(guān)注重點(diǎn)的人員，而針對(duì)人員信息的智能采集、云端解析應(yīng)用相對(duì)滯后，對(duì)人員的管控仍依靠傳統(tǒng)的人工查看方式，從海量非結(jié)構(gòu)化視頻數(shù)據(jù)中逐一排查耗時(shí)巨大且效率低下。

本次重慶市公安局軌道交通公安分局建設(shè)的是一個(gè)具備同時(shí)分析每車站10路圖像、200萬～600萬像素的視頻圖像，并具備提取并分析200張/s的人臉圖片、8億抓拍庫的內(nèi)存加速檢索及3 000萬張人臉圖片存儲(chǔ)等能力的基本系統(tǒng)。通過將人臉識(shí)別與我市公安局軌道交通公安分局警務(wù)實(shí)戰(zhàn)相結(jié)合，初步構(gòu)建1套人臉識(shí)別系統(tǒng)。按照城市軌道交通線網(wǎng)情況，圍繞“定核心、標(biāo)重點(diǎn)、輔外圍”的工作要求，科學(xué)構(gòu)建軌道交通的人臉感知網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，初步建立起進(jìn)出軌道交通站點(diǎn)的人像圍欄，使得公安和運(yùn)營公司能清晰掌握重點(diǎn)人員的相關(guān)情況，并通過人臉識(shí)別系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析決策系統(tǒng)，掌握特定人員的活動(dòng)軌跡。

1 人臉識(shí)別系統(tǒng)的基本構(gòu)成

人臉識(shí)別系統(tǒng)符合GB 51151—2016《城市軌道交通公共安全防范系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》、GB/T 26718—2011《城市軌道交通安全防范系統(tǒng)技術(shù)要求》、GB/T 28181—2011《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》，以及公安視頻圖像信息應(yīng)用系統(tǒng)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。該系統(tǒng)經(jīng)論證后建設(shè)人臉資源庫，實(shí)現(xiàn)重慶第二輪軌道交通線網(wǎng)以及后續(xù)線網(wǎng)上層構(gòu)架人臉數(shù)據(jù)的分級(jí)整合、匯聚及共享。人臉識(shí)別系統(tǒng)建設(shè)采用“前端視頻流+云端解析”和“前端卡口機(jī)+云端分析”共建的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中人員信息的結(jié)構(gòu)化分析。該系統(tǒng)由軌道交通公安視頻綜合共享平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換設(shè)備承載中心視頻分析系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)3部分組成。通過軌道交通公安視頻綜合共享平臺(tái)將線路視頻流匯聚整合后，按GB/T 28181—2011《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》的規(guī)定將其推送至數(shù)據(jù)交換設(shè)備承載中心視頻分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)交換設(shè)備承載中心視頻分析系統(tǒng)負(fù)責(zé)將本級(jí)的資源匯聚、分析及融合應(yīng)用，該系統(tǒng)包括云解析、人臉資源分析及人臉應(yīng)用軟件等模塊。

數(shù)據(jù)交換設(shè)備承載中心視頻分析系統(tǒng)的互聯(lián)互通底層，通過該設(shè)備與軌道交通公安視頻綜合共享平臺(tái)核心交換機(jī)互聯(lián)。縱向上，軌道交通公安視頻綜合共享平臺(tái)為視頻資源來源接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全線網(wǎng)人臉采集數(shù)據(jù)的匯聚、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通人臉數(shù)據(jù)的共享、管理;橫向上，人臉視頻分析系統(tǒng)將人臉數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚后，通過公安網(wǎng)邊界設(shè)備將人臉抓拍數(shù)據(jù)推送至市公安視頻專網(wǎng)內(nèi)的市局視圖庫，并結(jié)合公安基本二代身份證庫、在逃人員庫等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)開展人臉大數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用，形成人員身份核查等綜合應(yīng)用。

1.1 軌道交通公安視頻綜合共享平臺(tái)

通過將重慶軌道交通各線路的視頻監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚至軌道交通公安視頻綜合共享平臺(tái)核心交換機(jī)處，再經(jīng)公安視頻綜合共享平臺(tái)連接數(shù)據(jù)交換設(shè)備承載中心視頻分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人臉快速檢測與識(shí)別。

1.2 數(shù)據(jù)交換設(shè)備承載中心視頻分析系統(tǒng)

1)云解析模塊。實(shí)現(xiàn)視頻流中涉及人臉的各種非結(jié)構(gòu)化信息提取、特征識(shí)別等。

2)人臉資源分析及大數(shù)據(jù)模塊。實(shí)現(xiàn)解析視頻流人臉云分析單元抓拍的人臉圖片、人臉識(shí)別信息、靜態(tài)人臉庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速分析、挖掘、統(tǒng)計(jì)等計(jì)算能力。須考慮軌道交通運(yùn)營中人像應(yīng)用的實(shí)際需求量，即:對(duì)于每1 000路視頻流，當(dāng)過人量＞10 000人次/d時(shí)，會(huì)產(chǎn)生1 000萬/d的人像數(shù)據(jù)記錄;對(duì)每條記錄進(jìn)行身份標(biāo)記時(shí)，需要與千萬級(jí)信息標(biāo)記進(jìn)行數(shù)據(jù)碰撞，則性能上運(yùn)算量至少為100萬億次。人臉識(shí)別系統(tǒng)需要具備高精度(低于1/20億的低誤報(bào)率)的性能要求。

1.3 人臉識(shí)別系統(tǒng)

經(jīng)由數(shù)據(jù)交換設(shè)備承載中心視頻分析系統(tǒng)抓緊的圖像，并送至人臉識(shí)別系統(tǒng)接口內(nèi)。通過各種應(yīng)用軟件調(diào)用各數(shù)據(jù)接口，以實(shí)現(xiàn)各種人臉業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2 人臉識(shí)別技術(shù)原理

人臉識(shí)別技術(shù)基本上可歸結(jié)為3類:

1)基于幾何特征的方法是最傳統(tǒng)的方法，通常需要和其他算法結(jié)合才能得到較好的效果。

2)基于模板的方法可分為基于相關(guān)匹配的方法、特征臉方法、線性判別分析方法、奇異值分解方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、動(dòng)態(tài)連接匹配方法等。

3)基于模型的方法則有基于隱馬爾柯夫模型、主動(dòng)形狀模型和主動(dòng)外觀模型等方法。

人臉識(shí)別技術(shù)是模式識(shí)別的應(yīng)用之一，該技術(shù)分為人臉定位模塊與人像識(shí)別模塊。人臉定位方法較多，目前實(shí)際應(yīng)用中的人臉檢測方法多為基于Adaboost學(xué)習(xí)算法的方法。使用Adaboost算法挑選出最能代表人臉的矩形特征(弱分類器)，按照加權(quán)投票的方式將弱分類器構(gòu)造為一個(gè)強(qiáng)分類器;將訓(xùn)練得到的若干強(qiáng)分類器串聯(lián)組成一個(gè)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的層疊分類器，級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)能有效地提高分類器的檢測速度。

3 基于視頻流的人臉分析流程

視頻流人臉分析服務(wù)器提取的信息通過數(shù)據(jù)接收服務(wù)器實(shí)現(xiàn)接入，數(shù)據(jù)接收服務(wù)器負(fù)責(zé)將人臉圖片轉(zhuǎn)發(fā)至云存儲(chǔ)模塊、大數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行集中存儲(chǔ)，并將人臉圖片索引發(fā)送至人臉圖片云識(shí)別服務(wù)器;人臉圖片云識(shí)別服務(wù)器根據(jù)索引從云存儲(chǔ)模塊調(diào)取對(duì)應(yīng)的人臉圖片進(jìn)行解析，提取人臉屬性特征，并將解析形成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至大數(shù)據(jù)模塊;大數(shù)據(jù)模塊負(fù)責(zé)接收來自人臉圖片云識(shí)別服務(wù)器、數(shù)據(jù)接收服務(wù)器、公安業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的各類人員數(shù)據(jù)，并通過分布式計(jì)算技術(shù)，快速進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)和分析，將結(jié)果數(shù)據(jù)反饋民警;公安業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)的人臉圖片，通過系統(tǒng)對(duì)接后由云存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ);應(yīng)用大數(shù)據(jù)研判系統(tǒng)的應(yīng)用請(qǐng)求發(fā)送至對(duì)應(yīng)設(shè)備進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行。

4 人臉識(shí)別系統(tǒng)的總體架構(gòu)

公安人像識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用依托于外部網(wǎng)絡(luò)、視頻專網(wǎng)和公安信息網(wǎng)分級(jí)建設(shè)，通過級(jí)聯(lián)接口實(shí)現(xiàn)上下級(jí)信息與數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)。市局在公安信息網(wǎng)中部署市級(jí)人像識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)。市級(jí)人像識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)在上述人像庫中抽取特征碼，形成基礎(chǔ)人像特征庫。從上述人像庫中分類選取需要前端實(shí)時(shí)處置的布控庫并抽取特征碼，形成布控特征庫。

市局同時(shí)部署1套多算法引擎，對(duì)人像庫抽取多種人像特征碼。分局根據(jù)業(yè)務(wù)需要向市局提出獲取人像特征碼的申請(qǐng)，市局批準(zhǔn)后將該分局對(duì)應(yīng)算法引擎的特征碼進(jìn)行下發(fā)，以供其進(jìn)行人像比對(duì)應(yīng)用。

將分局的人像解析智能服務(wù)接入各分局的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)，對(duì)視頻進(jìn)行人臉圖片提取、保存和特征碼提取;同時(shí)各分局的人像抓拍攝像機(jī)也直接同時(shí)接入人像解析智能服務(wù)和區(qū)級(jí)人像識(shí)別比對(duì)系統(tǒng);外部網(wǎng)絡(luò)的人證核驗(yàn)、移動(dòng)終端等設(shè)備采集的人像照片通過分局傳輸?shù)饺讼窠馕鲋悄芊?wù)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別分析保存。市級(jí)人像識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)可以進(jìn)行全市范圍的實(shí)時(shí)布控，也可以在全市范圍做路人檢索等大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

軌道交通公安分局可以向市局申請(qǐng)?jiān)谌蟹秶M(jìn)行實(shí)時(shí)布控、路人檢索等業(yè)務(wù)應(yīng)用。

軌道交通公安分局在視頻專網(wǎng)中部署本級(jí)人像識(shí)別比對(duì)系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)中接入本級(jí)前端攝像機(jī)。分局利用本級(jí)的布控庫進(jìn)行實(shí)時(shí)布控應(yīng)用，同時(shí)接受市局審批下發(fā)的人像特征庫進(jìn)行實(shí)時(shí)布控。另外，分局匯聚本級(jí)的路人庫和外部網(wǎng)絡(luò)的人像核驗(yàn)、移動(dòng)終端等設(shè)備采集到的照片，進(jìn)行軌道交通范圍的路人檢索等大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

市局和軌道交通公安分局通過人像解析智能服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)聯(lián)動(dòng)。人像解析智能服務(wù)系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)接口對(duì)數(shù)據(jù)、控制指令、報(bào)警信息的上傳下達(dá)起到傳輸、統(tǒng)一、規(guī)范的作用。

市局通過人像解析智能服務(wù)系統(tǒng)把人像特征碼下發(fā)給軌道交通公安分局，分局通過人像解析智能服務(wù)系統(tǒng)上傳報(bào)警信息和戰(zhàn)果信息。該系統(tǒng)匯聚市級(jí)的人證核驗(yàn)、移動(dòng)終端的采集照片等功能。

5 結(jié)語

將人臉識(shí)別、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)與軌道公安警務(wù)實(shí)戰(zhàn)技戰(zhàn)法相結(jié)合，依托人臉資源庫整合匯聚的人臉大數(shù)據(jù)，通過建立科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析模型，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)或事件檢索、關(guān)聯(lián)、分析、比對(duì)等服務(wù)，發(fā)掘隱藏在數(shù)據(jù)間、事件間的高價(jià)值數(shù)據(jù)或線索，打造形成“由案到人、由人到人、由人到身份、由身份到人”的新型作戰(zhàn)方式。通過事前提供高危人員預(yù)警，事中重點(diǎn)人員布控，事后人員蹤跡查詢、身份核實(shí)的全過程應(yīng)用功能，為城市軌道交通治安防控、刑偵破案、反恐防暴等工作提供有力支撐。

隨著信息化的不斷發(fā)展，各種查詢系統(tǒng)已在公安機(jī)關(guān)普遍應(yīng)用，通過姓名、身份證等基礎(chǔ)條件，查詢確定相關(guān)人員身份及信息已成為公安偵查工作中的一種主要手段。但當(dāng)今社會(huì)的新特點(diǎn)、新情況變化多樣，特別是對(duì)于復(fù)雜多樣的治安管理工作僅靠軌道交通公安分局的民警人工從海量視頻、圖片中識(shí)別、排查嫌疑人員，難以快速鎖定目標(biāo)人員、顯示蹤跡、確認(rèn)身份，存在警力投入大、工作效率低的現(xiàn)象。同時(shí)受社會(huì)各種因素影響，持假身份證、雙重身份、冒用身份，或是犯罪分子“拒不交代”的情況時(shí)有發(fā)生，給民警開展日常人員管理和核查辦案帶來了極大難度。通過依托人臉識(shí)別技術(shù)，快速發(fā)現(xiàn)可疑人員蹤跡、確認(rèn)人員身份，以提升軌道交通分局警員的管控能力。隨著高清視頻監(jiān)視系統(tǒng)的普及，基于視頻流的人臉識(shí)別技術(shù)將具有非常大的應(yīng)用價(jià)值。