基于人臉識別的智能安防監控系統的設計與實現

鄭春紅

（青島職業技術學院信息學院，青島 266000）

0 引言

安防監控系統是如今保護人民群眾生命財產安全和偵破各類刑事案件的首要技術保障。在當前安防需求膨脹的形勢下，其在安全技術防范領域的運用也越來越廣泛。目前，安防監控系統主要依賴人的視覺判斷，而缺乏對視頻內容的智能分析。當監控區域發生安全事件時，往往需要通過人工查看大量視頻數據，由于存儲空間的局限性，需要定期對視頻資源進行清理，從而丟失大量原始數據。

在互聯網技術和大數據技術的驅動下，人工智能已在我們的生活以及各個行業產業領域有了廣泛應用，形成了時代經濟的新形態，帶動了新產業蓬勃發展。智慧安防、智慧交通、智慧旅游、智慧金融、智慧家居、智慧醫療、智慧社區、智慧農業、智慧政務等已經屢見不鮮。計算機視覺作為人工智能領域的核心板塊之一，應用領域占比超過30%。計算機視覺技術在對目標進行識別、跟蹤、測量、反饋和解析等方面的技術精密度及產能效率已經遠超人眼，因此被廣泛應用于安防系統。

安防監控系統主要包括視頻監控系統、電子門禁系統、電子巡更系統等子系統。

視頻監控系統可供相關管理人員實時查看各個區域的監控視頻影像；電子門禁系統是保障一些重要部門出入口安全的重要防范措施；巡更系統作為安防系統的重要組成部分，在很多需要安全保障的場所都有廣泛的應用，如校園、企業、工廠、居民區、大型商場、景區、博物館等，需要安保人員或管理人員對各個區域進行定點定時巡更，消除各類安全隱患，保障人員和物資的安全。

目前，視頻監控系統只是顯示各個監控區域的視頻影像，需要監控人員持續地盯著屏幕，這種人工監控的方式工作強度大，對一些可疑人員的非法入侵行為不能實時進行監管；電子門禁系統存在PA攻擊（presentation attacks）的風險和漏洞；巡更系統，主要是電子巡更系統，并且大部分的電子巡更系統需要手持巡更設備，在巡更人員巡更回來之前，領導無法查看記錄，不能確定巡更人員的身份信息，也不能實時查看巡更人員是否按時、按順序、按要求完成巡檢，導致巡檢監管難度大，這對于一些安全性要求較高的部門，如部隊、公安、消防、電力、武警等，無疑是很難接受的。

基于人臉識別的智能安防監控系統，可以對非法人員的入侵進行實時報警；門禁系統中采用PAD（presentation attack detection）算法降低PA攻擊的風險，確保人臉識別的準確率；智能巡更系統，無需手持巡更設備，無需在巡更點安裝巡更機、信息鈕、IC卡等設備，可以利用安防系統部署的監控攝像頭，通過人臉識別，實時采集并存儲巡更人員的信息，根據巡更信息可以實時繪制巡更軌跡。管理人員可以實時檢查巡更人員的軌跡，也可以事后通過查詢還原巡更人員的軌跡。

1 系統設計

基于人臉識別的智能安防監控系統，感知層由各類場所的關鍵區域安裝部署的監控攝像機組成，這些感知設備通過網絡連接配置到智能邊緣計算節點，系統可以通過攝像機實時采集人臉信息，并進行身份識別。該系統的網絡拓撲圖如圖1所示。

圖1 網絡拓撲

基于人臉識別的智能安防監控系統主要功能模塊包括非法人員入侵實時報警系統、智能門禁系統、智能巡更系統三個子系統。該系統的系統架構圖如圖2所示。

圖2 系統架構

2 模塊設計

2.1 非法人員入侵實時報警系統

該系統主要包括黑名單管理、非法人員入侵實時報警、區域人員密度分析等功能。如圖3所示。

圖3 非法人員入侵實時報警模塊

用戶可以通過上傳黑名單，將非法人員的照片、身份等信息上傳到系統中，也可以對上傳的黑名單人員信息進行刪除、修改等操作。

當黑名單中的非法人員出現在系統的監控區域，系統通過人臉識別獲取到身份信息及位置信息，并將這些信息實時推送給管理人員，實現非法人員入侵的實時報警。

系統可以實時對布控區域的人員密度進行分析，方便管理與決策。

2.2 智能門禁系統

該系統主要功能包括人員管理、出入門控制、統計功能、查詢等功能。如圖4所示。

圖4 智能門禁系統模塊

用戶可以通過人員管理功能將合法人員的頭像等信息錄入系統，也可以對這些信息進行刪除和修改操作。

工作人員出入時，攝像頭將抓拍人臉圖像實時傳入系統，系統通過人臉識別身份信息后與員工數據庫進行比對，匹配后即可開門，無需工作人員攜帶任何證件或鑰匙，即可實現自由出入。系統中采用PAD算法，可以有效防范2D圖片的攻擊，可靠性高。

統計和查詢功能可以根據人員的部門、出入時間等進行統計，便于考勤記錄的匯總，為人員考勤管理提供便利。

2.3 智能巡更系統

該系統主要功能包括巡更管理、人員密度分析等功能。巡更管理包括巡更人員管理、實時繪制巡更軌跡、巡更軌跡查詢等功能。如圖5所示。

圖5 智能巡更系統模塊

用戶可以通過巡更人員管理上傳巡更人員的頭像等信息，也可以對已上傳的巡更人員信息進行刪除和修改操作。

系統可以根據各個巡更區域安裝的攝像頭實時采集并存儲巡更人員的信息，實時繪制巡更軌跡，方便相關管理人員實時查看正在巡更的人員的軌跡信息。

用戶可以通過巡更軌跡查詢功能，對指定巡更人員在指定時間段的巡更軌跡進行查詢。

3 數據庫及算法設計

該系統的數據庫設計，包括用于登陸權限驗證的管理員信息表，用于非法人員入侵報警的黑名單記錄表、報警記錄表，用于智能門禁系統的員工信息表、出入信息記錄表，用于智能巡更管理系統的巡更人員信息表、巡更記錄表，用于人員密度分析的采集記錄表等。

例如，在智能巡更管理系統中，添加巡更人員信息需要錄入姓名、部門、年齡等信息，并上傳圖片，這些信息將保存到巡更人員信息表中。巡更人員在指定區域巡更時，系統將通過布控的監控攝像機實時抓拍人臉圖像，并到巡更人員圖片庫中進行比對，如果比對結果超過設定閾值，系統會將比對結果實時存儲到巡更記錄表中，同時通過WebSocket將巡更信息實時推送到前端頁面，從而實現實時繪制巡更人員的巡更軌跡。主要流程如圖6所示。

圖6 智能巡更管理系統流程圖

4 應用前景

基于人臉識別的智能安防監控系統已在校園的實驗室中進行部署并完成了測試，測試結果表明該系統在非法人員入侵報警方面的準確率高，可以及時發現非法人員并推送給管理人員，有效防范和限制了各類非法人員入侵校園，可以有效輔助公安系統快速辦案，消除治安隱患，極大地保障了校園環境的安全。經過測試，人員密度分析可以實時顯示各個監控區域的人流密度，通過密度數據可以輔助決策，如在校園中，學生可以根據各個區域的密度信息，決定去哪個食堂，或去哪個超市。經過測試，該系統中智能門禁系統可以有效防范人臉圖片的非法攻擊，出入信息的統計查詢功能可以用于實驗室的管理，提高了工作的效率。經過測試，智能巡更系統可以實時繪制巡更人員的巡更軌跡，如校園安保人員，管理人員可以通過系統實時查看正在巡更的安保人員巡更的軌跡，有效預防巡更人員不負責任、巡更不到位等行為，確保校園各個區域在特定時間巡查到位，一方面提高了管理效率，另一方面有效消除校園各個區域的安全隱患。

該系統除了可以應用于校園，也可以應用于工業重地、政府機構、醫療機構、景區、住宅小區、監獄、重點文物場所等對安防監控有較高要求的區域。

5 結語

本文針對目前安防監控系統存在的弊端，提出基于人臉識別的智能安防監控系統，該系統目前主要包括非法人員入侵報警系統、智能門禁系統、智能巡更系統。

該系統在校園的實驗室中進行部署并完成了測試，實驗表明，非法人員入侵報警系統可以實時通過監控設備識別到黑名單中的人員并進行報警信息的推送；智能門禁系統可以有效防范人臉圖片的非法攻擊；智能巡更系統可以通過監控設備實時采集比對巡更人員信息并實時繪制巡更軌跡，也可以根據指定巡更人員和巡更時間段查看巡更記錄。

未來，該系統將進一步擴大需求，設計并實現在不同應用場景下的危險行為報警功能，如在校園中，根據監控設備采集到的影像信息進行肢體檢測，檢測學生打架行為報警；在加油站中，通過監控設備采集圖像識別吸煙行為并進行報警；在建筑工地中，通過監控設備采集圖像識別不戴安全帽行為進行報警等。這些功能的實現，要依賴于人工智能的圖像識別技術，針對不同的需求，采集大量的數據，訓練出相應的模型并進行實際的應用。