人臉識別技術在城市軌道交通自動售檢票系統中的應用

陶 克

(1. 長沙穗城軌道交通有限公司， 410100， 長沙； 2. 福州地鐵集團有限公司， 350012， 福州∥高級工程師)

人臉識別系統集成了人工智能、模型理論、機器識別、專家系統、機器學習及視頻圖像處理等多種專業技術，并使識別達到了實用化的識別率和識別速度。國內各大地鐵公司緊跟時代潮流，從傳統現金購票刷卡，到二維碼過閘“先享后付”，再到現階段的人臉識別無感過閘，人臉識別技術亦試點進入地鐵AFC(自動售檢票)系統中[1]。其在已成熟的地鐵二維碼過閘平臺的基礎之上，引進人臉識別技術實現刷臉出行、無感信用支付，將乘客出行的方便性、快捷性、高效性升華到一個新的境界。

1 生物識別技術對比分析

現階段相對成熟的生物識別技術有指紋識別、人臉識別、掌靜脈識別及虹膜識別等，其技術特點對比如表1所示。

表1 生物識別技術的特點對比

表1中，指紋識別主要分為電容式、光學式及超聲波式等3種，目前超聲波式指紋識別還不成熟，主要采用電容式指紋傳感器；指紋識別屬于接觸式檢票，存在不衛生和易受接觸面干擾等問題。掌靜脈識別雖然在安全性、穩定性方面具有優勢，但受限于設備成本及識別速度，不易推廣。虹膜識別需使乘客正對攝像頭，操作難度大、識別速度慢。相較之下，人臉識別技術具有非常明顯的優勢，在AFC系統中有一定的應用前景。

2 基于人臉識別技術的AFC系統架構

人臉識別系統主要包括圖像采集、人臉檢測、預處理、人臉特征點提取和人臉匹配/識別等一系列流程[2]?；谌四樧R別技術的AFC系統需構建一個信息處理、開放、安全的平臺，并按照 “統一資源、數據融合、促進綜合、推進開放、保障安全”的原則對該平臺進行總體設計。該系統包括門戶層、應用層、中臺層、數據層、資源層，以及安全保障體系、運維管理體系及標準規范體系，如圖1所示。

1) 門戶層主要為乘客提供乘車APP和智能化客服終端移動應用，以及管理運維人員管理門戶。

2) 應用層可實現地鐵公司人臉識別乘車核心應用能力，包括用戶管理、密鑰管理、人臉行程管理、人臉行程匹配及人臉訂單管理等。

3) 中臺層為應用平臺提供核心管理服務以及應用支撐服務支持，包括各項服務管理和中間組件集兩大模塊。

4) 數據層包括數據管理服務和數據庫，主要提供數據匯聚、存儲管理、數據處理等能力。

5) 資源層充分利用地鐵公司各項基礎設施，為基于人臉識別技術的AFC系統運行提供計算服務、存儲服務、通信網絡技術軟件資源等。

6) 運維管理及安全保障體系通過構建組織機構、管理制度和軟件技術等3個維度全面統一的安全監控保障體系，實現物理環境、網絡及通信、設備和計算、應用和數據等方面的安全性[3]。運維管理及安全保障體系可實現對各類運維事件的采集、處理與分析，并通過制定相應的運維管理規范實現運維工作的智能化和高效率。

7) 在遵循國家和行業規范的前提下，制定與完善地鐵公司AFC線網技術規范，以及管理相關的人臉預案規范和應急處置規范。

3 人臉識別過閘業務流程設計

人臉識別過閘業務流程能真正實現過閘乘客的真實身份鑒別，從而真實地確認是本人過閘。該系統優于原有二維碼實名制過閘，為地鐵安全管理提供了有效信息化跟蹤手段。人臉識別過閘業務結合傳統AFC系統的5層架構(實時消息透傳模式)，以及二維碼過閘業務模式(非藍牙模式二維碼過閘)，其流程如圖2所示。

1) 步驟1：同意開通人臉識別過閘乘車服務，并將乘客的人臉信息比對身份證信息進行“人證合一”注冊，采用自助設備采集模式提前采集人臉照片，以保證照片的精度和效果。

2) 步驟2：當乘客走近閘機通道設備時，由人臉識別閘機伴侶完成人像活檢、抓拍，并上傳人臉圖像至人臉識別系統進行人像庫比對。

3) 步驟3：通過人臉識別系統在人像庫中進行人臉比對、判重等，將匹配好的乘客及閘機設備等信息傳送至互聯網票務平臺。

4) 步驟4：互聯網票務平臺根據乘客信息，完成用戶信息風控(查驗用戶狀態的有效性、黑名單等)。同時該平臺對乘客進行行程匹配驗證(同二維碼業務共用功能)，并根據查驗結果通知人臉識別系統開閘或禁止乘客通行。

5) 步驟5：人臉識別系統通知人臉識別閘機伴侶可否開閘放行，人臉識別閘機伴侶同步發送指令至閘機，閘機則根據指令檢測當時的通行邏輯情況并進行開關閘門。如禁止通行，則人臉識別閘機伴侶提示用戶無法通過的原因，用戶過閘通行記錄將通過閘機同步上傳到互聯網票務平臺。

6) 步驟6：乘客刷臉進出閘時，由各個模塊完成上述第2—第5個步驟，即在互聯網票務平臺完成各個乘客的行程登記和匹配后，形成乘客的最終進出站記錄。

7) 步驟7：互聯網票務平臺對乘客行程進行逐一統一計費，并向第三方支付平臺發起支付扣款通知消息，以及向第三方平臺APP推送乘客實時行程信息，扣費成功后APP將扣款結果亦一并展現給乘客。

8) 步驟8：互聯網票務平臺每天根據乘客行程記錄，形成統一的結算報表，并與第三方支付平臺進行行程對賬。對于需進行重新匹配處理的數據，根據其原因類型由互聯網票務平臺通過退補費模塊，進行二次匹配和退費計費。

4 人臉識別技術在AFC系統應用中的優勢

針對上述人臉識別技術在AFC系統中的設計和業務流程，充分利用傳統AFC系統體系及互聯網票務平臺二維碼業務體系，可以有效融合各個業務模塊之間的功能關系。若有需求，可對各個模塊的功能進行調整(如將風控模塊部分或全部功能調整至人臉識別平臺)，這將會改變整體系統的冗余性，以及發生故障時從某一模式至故障降級模式切換處理的快捷程度。地鐵公司人臉識別系統和互聯網票務平臺的二維碼過閘系統，不一定是同期建設，無重疊功能。該系統具備以下優點：

1) 避免資源功能重復建設。各地鐵公司根據已建系統情況靈活配置和調整已有系統功能；對于已有二維碼過閘系統，地鐵公司僅需增加人臉識別比對功能系統，再對接互聯網票務平臺的二維碼業務部分功能模塊，就可以快速完成人臉識別過閘業務。

2) 增加系統設計靈活度?？杀憬莸貙⑷四樧R別系統和二維碼過閘業務功能融合打通，使得各個功能模塊共用(如行程匹配)、數據源通用(如風控源)，方便乘客使用人臉識別系統進閘、二維碼出閘，或二維碼進閘、人臉識別系統出閘的混合模式設計。

3) 應用相互補充和獨立。人臉識別和二維碼過閘應用功能相互結合，可更加方便客流組織和地鐵運維人員。當某個業務受影響時(如某車站無人臉設備或人臉通道擁堵)，可以無縫平移過渡到二維碼過閘，不會完全影響乘客的進出站。

4) 業務共用功能可降級處理。針對每種業務需設置相應的系統故障降級模式，當出現故障時(如人臉識別平臺或互聯網票務平臺癱瘓)，可以切換到平臺故障降級模式(如緩存過閘記錄，待恢復后再提交)，這樣也不影響乘客過閘機，最大范圍保證讓乘客不滯留在站廳閘機設備前。在基于二維碼業務模式與人臉識別業務模式構建的互聯網票務平臺中，若人臉識別平臺癱瘓，采用人臉識別業務的乘客降級使用二維碼業務進出站不受影響；若互聯網票務平臺癱瘓，人臉識別平臺切換為降級模式(非行程管理)，乘客繼續按照各自業務進出站(二維碼業務需支持閘機脫機)，待互聯網票務平臺恢復后再取消人臉識別平臺降級模式，并將所有行程進行統一匹配。另外，若人臉識別平臺設置為車站級別(預處理)，需將降級模式深入細分，確保乘客正常進出閘機。

人臉識別系統上線后需注意以下內容：

1) 使用獨特性。因人臉識別屬于無感過閘，在過閘刷卡或使用其他業務通行時，人臉識別系統將自動捕獲人臉信息進行處理。因此，已開通人臉識別業務的乘客并不想刷臉過閘時，過閘前需提前在APP上關閉人臉識別業務或通過無人臉識別設備通道進出。

2) 開通唯一性。二維碼過閘的乘客可以在多個APP上開通，并在各個APP上獨立使用并無相

互影響。但同一乘客卻不能在多個APP上開通人臉識別過閘業務，只能在唯一一個APP上開通，而其他APP都必須關閉，否則所有開通的APP都將扣取過閘乘車費用。

3) 匹配復雜性。如果采取人臉識別和二維碼過閘混合模式過閘，地鐵公司需制定一個詳細的混合業務結算規則，規范降級模式下單邊和混合模式時乘客進出行程匹配歸屬和計費問題。

4) 信息安全。人臉屬于生物終身隱私，在圖片和特征值管理中，必須保障用戶個人信息安全。建議人臉識別系統需通過國家信息安全等級保護三級認證，人臉終端識別后的數據在中心系統傳輸中需加密個人信息，加密人臉過閘圖片并設定定期自動刪除。

5 結語

人臉識別過閘業務作為城市軌道交通AFC系統的有益補充，已在國內很多地鐵公司試點和應用。該業務能夠給乘客提供差異化服務，一定程度上提升了軌道交通的服務品質和品牌形象。人臉識別過閘業務進一步優化和發展后，亦將像二維碼過閘業務一樣井噴式推廣和應用到國內各地鐵公司。