某既有地鐵線人像識別系統(tǒng)部署方案

李 楠

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

1 概述

各地城市軌道交通快速發(fā)展，地鐵客流量也迅猛增長，給城市軌道交通的安保、運(yùn)營及反恐防暴工作帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其是針對重點(diǎn)人員的甄別、突發(fā)事件的快速應(yīng)對等方面，公安部門及運(yùn)營單位對軌道交通范圍內(nèi)的安全管理提出了新需求。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，人像識別技術(shù)逐步展示出了其技術(shù)優(yōu)越性，在人員識別、公安偵查及智慧城市等方面應(yīng)用廣泛，效果顯著[1]。

根據(jù)公安部門對視頻智能化分析的應(yīng)用要求，現(xiàn)準(zhǔn)備在南方某市3號線視頻監(jiān)視系統(tǒng)上增設(shè)人像識別系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)公安部門的智能化應(yīng)用需求。

2 人像識別技術(shù)方案

2.1 人像識別技術(shù)方案簡介

人像識別技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，從最初的單一人臉識別技術(shù)，逐步發(fā)展出基于人臉+人體識別的人像識別技術(shù)。

2.1.1 人臉識別技術(shù)

人臉識別技術(shù)通過對人的臉部特征信息的采集和分析，以及與既有的人臉信息庫進(jìn)行比對，實(shí)現(xiàn)對被采集人身份的識別。人臉識別技術(shù)具有非接觸式采集的特點(diǎn)，技術(shù)發(fā)展較為成熟，在公共安全、智慧地鐵、手機(jī)應(yīng)用等各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。該技術(shù)主要包括人臉檢測、圖像預(yù)處理、人臉特征提取、人臉比對等環(huán)節(jié)。

人臉檢測是指在視頻流或圖片中對人臉進(jìn)行檢測和定位，并圈定人臉的有效范圍。圖像預(yù)處理是對人臉圖像進(jìn)行格式化處理，包括使用降噪、灰度變換等手段，為后續(xù)圖像提取提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。人臉特征提取是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在不降低人臉識別準(zhǔn)確率的前提下，縮減數(shù)據(jù)的運(yùn)算量。人臉比對環(huán)節(jié)是將提取到人臉特征值在既有人臉信息臉庫中進(jìn)行匹配篩查，最終實(shí)現(xiàn)對人員身份信息的識別[2]。

需要指出的是，傳統(tǒng)的人臉識別技術(shù)尚有不完善之處，主要表現(xiàn)為兩點(diǎn)。一是對客觀環(huán)境要求較高，如光線條件、攝像機(jī)的吊掛高度及拍攝角度等必須嚴(yán)格控制在設(shè)備參數(shù)允許的范圍，否則識別出的人臉質(zhì)量會比較差，從而影響對人臉信息進(jìn)行身份判斷[3]。二是違法犯罪分子的反偵察能力使得單一人臉識別技術(shù)的應(yīng)用受到一定程度的限制，他們常通過帶口罩、頭盔、眼鏡、面具等不同方式躲避案件偵查。鑒于上述原因，人像識別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2.1.2 人像識別技術(shù)

人像識別技術(shù)近年來快速發(fā)展，這主要得益于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用。人像識別技術(shù)依托人臉、人體識別技術(shù)，通過對視頻圖像中人像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)人像存儲、檢索和比對。

人像識別技術(shù)在人臉識別技術(shù)基礎(chǔ)上，除了識別標(biāo)準(zhǔn)人臉照之外，還增加了局部遮擋、模糊拍攝、側(cè)臉拍攝等情況下的人臉檢測功能，以及身高、衣著等人體特征提取功能。另外，該技術(shù)利用深度學(xué)習(xí)算法，將人臉、人體等多種特制信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲，在此基礎(chǔ)上開展檢索、比對以及大數(shù)據(jù)運(yùn)算等業(yè)務(wù)[4]。主要流程包括視頻采集、人像檢測、人像特征提取、比對識別及報(bào)警處理。

人臉識別技術(shù)較為成熟，應(yīng)用案例廣泛；而人像識別技術(shù)提取特征較多，識別成功率更高。下一節(jié)將結(jié)合其他因素對兩種方案進(jìn)行綜合比選。

2.2 人像識別系統(tǒng)部署方案比選

人像識別系統(tǒng)在系統(tǒng)部署上，主要有兩種方案，一種是前端抓拍+后端比對方案（圖片回傳），另一種是后臺基于視頻流提取+比對方案（視頻流回傳）。

2.2.1 圖片回傳方案

圖片回傳方案中，各系統(tǒng)廠商常見的處理方案為在閘機(jī)、安檢機(jī)、出入口等人流方向較為確定的位置設(shè)置人臉抓拍專用攝像機(jī)，該專用攝像機(jī)可兼做普通攝像機(jī)，與其他普通攝像機(jī)一同接入車站視頻監(jiān)視平臺。系統(tǒng)工作時(shí)，人臉抓拍攝像機(jī)將1路視頻流回傳平臺，實(shí)現(xiàn)普通攝像機(jī)的拍攝功能；同時(shí)對進(jìn)出旅客進(jìn)行人臉信息提取，以圖片形式回傳至車站人臉識別服務(wù)器，再進(jìn)一步上傳至人像應(yīng)用平臺（通常在市局），為公安部門治安巡查、反恐防爆等提供數(shù)據(jù)支撐[5-8]。

2.2.2 視頻流回傳方案

視頻流回傳方案無需部署專用攝像機(jī)，可直接選取閘機(jī)、安檢機(jī)、出入口等處的普通攝像機(jī)回傳的視頻流（通常每站30～40路），通過傳輸系統(tǒng)上傳至人像識別平臺（通常在公安分局或派出所）。人像識別平臺對各路視頻流進(jìn)行人像檢測、特征提取，再將提取結(jié)果進(jìn)一步上傳至市局人像應(yīng)用平臺。

2.2.3 小結(jié)

兩種人像識別系統(tǒng)部署方案的技術(shù)、工程難度、造價(jià)等對比如表1所示。

表1 人像識別系統(tǒng)部署方案對比Tab.1 Comparison of deployment schemes of portrait recognition system

綜合考慮技術(shù)成熟度和識別準(zhǔn)確率，同時(shí)考慮到該線路是一條既有線，原有視頻監(jiān)視系統(tǒng)已建設(shè)完成，為減小對車站裝修的拆裝影響，推薦本線采用人像識別技術(shù)，視頻流回傳方案。

3 南方某市3號線人像識別系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 原有視頻監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)成情況

為節(jié)約工程建設(shè)成本以及考慮到公安部門維護(hù)人員少的問題，3號線為專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)了統(tǒng)一的視頻監(jiān)視平臺，即專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)共用車站攝像機(jī)、存儲及相關(guān)控制等設(shè)備。

3號線在各車站的出入口、安檢機(jī)、檢票閘機(jī)等公共區(qū)域以及設(shè)備區(qū)設(shè)置了高清攝像機(jī)；同時(shí)在通信機(jī)房設(shè)置了視頻服務(wù)器、視頻存儲設(shè)備及匯聚交換機(jī)等。其中出入口、安檢機(jī)、檢票閘機(jī)的攝像機(jī)均采用的是固定式攝像機(jī)，像素不低于200萬。

前端共用高清攝像機(jī)攝取的圖像進(jìn)入車站匯聚交換機(jī)后，經(jīng)過公安傳輸系統(tǒng)送至公安分局，并經(jīng)過網(wǎng)閘上傳至分局視頻網(wǎng)絡(luò)及各類服務(wù)器（不含人像識別服務(wù)器）。

3.2 某市3號線人像識別系統(tǒng)建設(shè)方案

因原有視頻監(jiān)視系統(tǒng)已設(shè)置了較豐富的前端拍攝點(diǎn)位和基礎(chǔ)的傳輸系統(tǒng)，本次人像識別系統(tǒng)建設(shè)主要從3個(gè)方面著手：既有攝像機(jī)點(diǎn)位選取及少量增補(bǔ)、擴(kuò)容傳輸通道、新設(shè)人像識別軟硬件平臺，如圖1所示。

圖1 既有線人像系統(tǒng)建設(shè)方案Fig.1 Construction scheme of the existing portrait system

3.2.1 既有攝像機(jī)點(diǎn)位選取及少量增補(bǔ)

基于視頻流回傳的人像識別系統(tǒng)雖然無需設(shè)置專用攝像機(jī)，但為了盡可能拍攝到人員正面、提升人像特征提取的成功率，還是應(yīng)該優(yōu)先選擇人員行進(jìn)方向上的拍攝點(diǎn)位，而出入口、安檢機(jī)、檢票閘機(jī)的攝像機(jī)均契合這一需求。原有視頻點(diǎn)位由于“有覆蓋”即可滿足使用需求，在設(shè)置人像識別系統(tǒng)時(shí)，需要在部分位置適當(dāng)增加攝像機(jī)點(diǎn)位。

經(jīng)過逐站篩查，3號線選取可利舊攝像機(jī)約660路，新增攝像機(jī)約30路，共計(jì)690路，平均每站約32路。可以看到，攝像機(jī)前端的復(fù)用率達(dá)到了95%，有效減少了對裝修天花的拆裝，降低了現(xiàn)場施工難度。

3.2.2 擴(kuò)容傳輸通道

該市3號線原有公安傳輸系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)方案，將公安分局、2個(gè)派出所及各車站組成3個(gè)傳輸環(huán)，其中分局、各派出所組建1個(gè)上層環(huán)網(wǎng)，2個(gè)派出所及其下屬車站組成2個(gè)接入環(huán)網(wǎng)，采用每個(gè)接入環(huán)網(wǎng)與上層環(huán)網(wǎng)在派出所處相切的結(jié)構(gòu)。每個(gè)傳輸環(huán)網(wǎng)可用帶寬10 Gbit/s，其中為分局及派出所調(diào)看視頻分配了2 Gbit/s。

分局設(shè)置人像識別平臺后，需從全線拾取690路視頻流（環(huán)1部分約380路，環(huán)2部分約310路），按每路4 Mbit/s碼流進(jìn)行計(jì)算，則有：

環(huán)1派出所下掛環(huán)網(wǎng)帶寬約為380×4 Mbit/s= 1 520 Mbit/s；

環(huán)2派出所下掛環(huán)網(wǎng)帶寬約為310×4 Mbit/s= 1 240 Mbit/s。

環(huán)1、環(huán)2的兩個(gè)派出所下掛傳輸環(huán)各自需要2 Gbit/s，派出所上傳公安分局需要帶寬為4 Gbit/s， 加上原有調(diào)看用的2 Gbit/s，合計(jì)帶寬為10 Gbit/s。

可以看出，傳輸系統(tǒng)原有的10G帶寬已無法滿足人像識別系統(tǒng)需求，需將傳輸帶寬升級至20 Gbit/s。帶寬升級主要通過增加板卡實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場施工難度不大。

3.2.3 新設(shè)人像識別軟硬件平臺

人像識別軟硬件平臺無需在車站設(shè)置前置設(shè)備，全部設(shè)于分局機(jī)房即可，主要包括人像解析服務(wù)器、圖像存儲設(shè)備、聚檔服務(wù)器、應(yīng)用平臺服務(wù)器、網(wǎng)管設(shè)備及配套軟件和許可。

4 結(jié)束語

根據(jù)交通運(yùn)輸部網(wǎng)站數(shù)據(jù)，截至2020年底，全國（不含港澳臺）已有44個(gè)城市開通運(yùn)營城市軌道交通線路233條，車站4 660座，完成客運(yùn)量175.9億人次。面對如此龐大的客流量，公安部門、運(yùn)營單位對基于人像識別技術(shù)的智能化安保管理和反恐防暴手段需求迫切；而這些運(yùn)營線路一半以上是在2010年之前建設(shè)，其中大多未設(shè)置人臉/人像識別系統(tǒng)。本文簡要介紹了人像識別技術(shù)方案，并結(jié)合實(shí)際線路分析了既有線增設(shè)人像識別系統(tǒng)的工程要點(diǎn)，希望為其他同類項(xiàng)目提供參考。