基于人臉識別的廠區(qū)智能安防解決方案

白 浩，吳 亮

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司南海工程分公司，廣東湛江 524057）

0 引言

基于人臉識別的廠區(qū)智能安防建設(shè)是智能安防系統(tǒng)的重要組成部分。本方案針對內(nèi)部及外部人員出入管理，基于人臉識別、紅外測溫、車輛識別技術(shù)，對廠區(qū)項目人員進出及進行管理，同時結(jié)合防疫要求開展測溫和記錄工作。按照公司的廠區(qū)安全管理制度結(jié)合安全培訓(xùn)形成人員管理的授權(quán)名單，從總體上進行管理。

1 廠區(qū)人員出入管理現(xiàn)狀

長期以來項目人員、施工該人員憑登記的方式通過登記的方式或人工核驗進入廠區(qū)。后經(jīng)過信息化改造，改為采用IC 卡刷卡方式。但仍缺乏有效的人員身份核驗管理手段，存在偽造、復(fù)制、冒用等情況，而且證件保存、攜帶不便，很多情況下不能真正的推廣應(yīng)用。由于廠區(qū)人員崗位職責較多，特別是外部項目人員多，管理難度大。隨著項目的開展，經(jīng)常出現(xiàn)項目人員變換，給管理增加了難度。頻繁的人員變動在信息統(tǒng)計、安全管理、項目管理等方面增加了很大工作量，需要通過新的技術(shù)手段開展數(shù)字化、信息化管理，創(chuàng)新管理模式，提高管控效率，夯實安全規(guī)范，促進生產(chǎn)應(yīng)用。

2 人臉識別技術(shù)的研究應(yīng)用

人臉識別技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，目前大部分門禁硬件廠家都有相應(yīng)的人臉識別技術(shù)方案。人臉識別技術(shù)具有唯一性、不可復(fù)制性等特點，具備安全性及便捷性的優(yōu)勢，技術(shù)成熟且成本相對較低，具備可推廣性和普及性，其原理如圖1 所示。

圖1 人臉識別安防系統(tǒng)

2.1 技術(shù)原理

人臉識別安防系統(tǒng)主要包括兩部分：一是硬件設(shè)備，二是軟件系統(tǒng)。硬件設(shè)備主要由識別一體機、道閘、紅外測溫裝置構(gòu)成。軟件系統(tǒng)主要由人員管理、識別分析、展示等軟件功能構(gòu)成。其處理過程包括圖像采集、人臉監(jiān)測、圖像處理、特征提取、模型訓(xùn)練、圖像識別與信號傳輸?shù)取?/p>

（1）圖像采集：人臉面部圖像數(shù)據(jù)采集包括運動圖像和靜止圖像。主要通過攝像頭等數(shù)字采集設(shè)備獲取，并且能夠結(jié)合紅外測溫裝置。

（2）人臉檢測：分析輸入的視頻圖像信息，判斷是否包含人員面部信息，把視頻中的人臉圖像經(jīng)過處理后從背景圖像中分離。

（3）圖像處理：按照統(tǒng)一的標準對具有人臉信息的圖像進行格式化，提供高質(zhì)量的分析圖像數(shù)據(jù)。通過圖像尺寸的裁剪、大小統(tǒng)一、降噪、圖像平衡處理等。

（4）特征提取：處理后的人臉面部圖像數(shù)據(jù)按照模型提取出用于識別的數(shù)據(jù)特征，將首次提取的面部圖像集成到新的特征空間，從處理的圖像庫中提取具有良好分離性能的特征數(shù)據(jù)。

（5）模型訓(xùn)練：通過分類器的設(shè)計，生成可用于識別的數(shù)據(jù)參數(shù)。在已有樣本模型訓(xùn)練的基礎(chǔ)上確定判定規(guī)則，按規(guī)則對被識別圖像進行分類，降低錯誤識別率。

（6）圖像識別：通過圖像的比對獲得采集的人臉參數(shù)和原有的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，形成人臉的分類和判別，并輸出識別結(jié)果，完成圖像識別過程。

2.2 技術(shù)方案

視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示，包括視頻數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層以及應(yīng)用展現(xiàn)層。視頻數(shù)據(jù)采集層由安裝在現(xiàn)場的攝像裝置，包括各類攝像機、防護罩和支架等前端設(shè)備組成，任務(wù)是采集廠區(qū)監(jiān)控區(qū)域圖像視頻信息。前端視頻數(shù)據(jù)采集層主要由200 萬像素以上的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機組成，其中安裝于惡劣環(huán)境和室外的攝象機應(yīng)加裝防護罩。攝像機的安裝高度、地點等應(yīng)充分考慮日后檢修的便利性，同時確保監(jiān)視區(qū)域無遮擋物，安裝位置具有可靠的安裝基礎(chǔ)。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

人臉識別智能安防系統(tǒng)基于邊緣計算的終端采集設(shè)備及微服務(wù)架構(gòu)的軟件平臺，能夠提供穩(wěn)定的終端采集應(yīng)用和軟件擴展服務(wù)能力，滿足廠區(qū)私有云部署要求。開放的數(shù)據(jù)接口程序可以和培訓(xùn)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、車輛識別系統(tǒng)等進行集成，形成整體解決方案。

前端人臉識別攝像機采集的圖像視頻信號通過1000 M 以太網(wǎng)與中心設(shè)備相連接，每個區(qū)域接入交換機（現(xiàn)場交換機）和匯聚交換機間應(yīng)以1000 M 光纜連接；每個區(qū)域匯聚交換機（分控點交換機）與主交換機（核心交換機）以千兆光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；人臉識別監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)之間通過防火墻實現(xiàn)互聯(lián)；人臉識別視頻存儲系統(tǒng)考慮數(shù)據(jù)寫入、讀取的不間斷性，數(shù)據(jù)量較大等因素，需要保證帶寬需求。前端視頻壓縮技術(shù)能夠減少帶寬的占用，前端的視頻圖像處理技術(shù)能夠形成分布式的分析節(jié)點減低網(wǎng)絡(luò)及后端壓力。交換機及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有強大的吞吐能力。提供相應(yīng)客戶端軟件，便于分控區(qū)域的人臉識別與監(jiān)控要求，監(jiān)視點要能清晰地抓取人員面部特征，監(jiān)控和回放數(shù)字高清視頻監(jiān)控圖像，并可對攝像機進行遠程控制。

數(shù)據(jù)處理層由數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的管理平臺、解碼拼接設(shè)備、傳輸設(shè)備、NVR 機等設(shè)備組成，包括視頻監(jiān)控管理軟件及服務(wù)器等設(shè)備。

人臉識別監(jiān)控管理平臺作為人員管控、信息管理等系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分，其對整個系統(tǒng)的應(yīng)用起著非常重要的作用。本工程視頻監(jiān)控管理平臺核心設(shè)備采用硬件一體化設(shè)計，可靠穩(wěn)定（圖3）。

圖3 智能識別感應(yīng)系統(tǒng)示意

智能識別感應(yīng)系統(tǒng)主要由人員出入管理和車輛出入管理組成，人員出入管理由人員出入道閘設(shè)備、紅外人臉識別設(shè)備組成，實現(xiàn)人臉識別、紅外測溫、出入管理預(yù)約等功能。車輛識別系統(tǒng)應(yīng)用視頻采集分析技術(shù)，通過車牌識別進行車輛出入控制，結(jié)合LED 顯示屏和管理軟件實現(xiàn)信息實時顯示，車輛信息維護等功能。

在企業(yè)廠區(qū)出入口、施工的關(guān)鍵區(qū)域安裝攝像頭等設(shè)備，攝像頭采集的信息通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控系統(tǒng)和人臉特征處理單元。在人臉特征提取單元中完成人臉檢測、圖像處理、存儲、記錄。將人臉圖像信息通過局域網(wǎng)傳輸?shù)饺四樧R別服務(wù)器，與錄入的人員原始數(shù)據(jù)庫進行比對計算。圖像的計算比對結(jié)果形成標識供應(yīng)用調(diào)用，例如經(jīng)識別比對，該人員未通過安全培訓(xùn)則告警并禁止通行，并在監(jiān)視器進行顯示，將結(jié)果寫入系統(tǒng)日志。在管理端，監(jiān)控人員可根據(jù)告警信息進行處理，未授權(quán)人員通過申請流程進行相關(guān)的培訓(xùn)、申請符合條件后進行設(shè)置。同時對進入廠區(qū)的人員數(shù)量進行統(tǒng)計，對人員的考勤情況進行統(tǒng)計分析，結(jié)合項目的進度開展高級的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

利用視頻平臺深度學(xué)習(xí)及分析技術(shù)實現(xiàn)禁區(qū)檢測、穿越檢測、人形檢測、工作人員特征檢測（安全帽佩戴等）、熱成像及溫度監(jiān)測和儀器儀表數(shù)據(jù)獲取等功能，實現(xiàn)主動防御、數(shù)據(jù)獲取分析的目的，為安全生產(chǎn)、治安防恐等提供技術(shù)支撐，做到事故提前預(yù)警，提高指揮調(diào)度效率。

人形監(jiān)測預(yù)警，主要對進入廠區(qū)或安全區(qū)域的人員進行識別分析、預(yù)警，并結(jié)合電子圍欄、聲光控制設(shè)備進行告警。利用特征識別技術(shù)對進入工作區(qū)域的人員進行特征識別，主要針對安全帽佩戴、衣服顏色等開展識別分析。同時結(jié)合視頻監(jiān)控平臺實現(xiàn)異常畫面自動提示，變被動監(jiān)測為主動監(jiān)測。

3 方案優(yōu)勢及前景

結(jié)合以往的廠區(qū)人員管理系統(tǒng)的對比分析，本方案具由便捷性、安全性、擴展性。①便捷性：人員圖像采集驗證的過程主動采集，不需要卡片和裝置，進入?yún)^(qū)域主動識別；②安全性：通過人員面部數(shù)據(jù)采集，具有唯一的識別特性，無法篡改，不可替代，相較于其他識別技術(shù)在使用和體驗上更加的便捷和安全；③高性能：隨著計算能力的提升，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，極大提高了圖像識別處理能力。項目成果在廠區(qū)已得到安裝應(yīng)用，并結(jié)合培訓(xùn)系統(tǒng)開展了從人員安全培訓(xùn)考試合格到人臉識別道閘系統(tǒng)結(jié)合識別規(guī)范入場的應(yīng)用，能夠大大提高廠區(qū)安全出入，提高人員出入的便捷性和高效性。

4 結(jié)束語

本文開展了基于圖像識別技術(shù)的人員管控及車輛關(guān)鍵管控應(yīng)用，通過擴展到人員培訓(xùn)、安全入場、人員統(tǒng)計、考勤等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于圖像識別的技術(shù)在視頻監(jiān)控、安全防護等園區(qū)智能化管理方面應(yīng)用越來越廣泛。技術(shù)人員在識別技術(shù)應(yīng)用方面要不斷探索，挖掘業(yè)務(wù)應(yīng)用價值，促進技術(shù)發(fā)展。