城市轨道交通公安人脸识别系统设计方案研究

陈志为

（ 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉430000）

1 概述

目前城市轨道交通在全国各大城市迅猛发展，已成为社会公众便利出行的重要选择[1]。由于城市轨道交通的运量大且运营空间相对较小，其安全防范一直是相关部门十分关注的问题。为了进一步加强站区安全保障，根据公安反恐工作和信息科技化的需要，各地城市轨道交通亟需采用人脸识别等智慧化手段，通过人脸识别技术的应用，快速锁定人群中的危险人物，以切实提升城市轨道交通公共安全防范系统的智能化水平，提高应急响应速度和处置效率[2]。

2 人脸识别技术原理

人脸识别技术基于人的脸部特征，对采集的视频数据或人脸图像进行分析，并将其与已建成的人脸数据库进行对比，从而实现对人员身份的识别[3]。人脸识别技术属于非接触式生物特征识别，具有非侵犯性，技术发展相对成熟，在各行业领域应用广泛。

人脸检测是指采用一定的策略对输入的视频流或图片流进行搜索定位，以确定人脸的位置和大小，分离出人脸的有效区域。图像预处理过程是基于人脸检测结果，对图像进行噪声过滤、灰度变换等预处理手段，保证数据的统一性，并最终服务于图像特征的提取过程。人脸特征的提取是人脸识别的核心，主要目的在于提取人脸图像中最有效的特征，在不降低人脸识别率的情况下，减小数据的运算量[4]。人脸比对环节是将已经检测的人脸的特征值与数据库中的人脸信息进行比对和匹配，实现对人脸身份信息的判断。

3 地铁公安人脸识别系统建设模式

由于系统前期规划和技术成熟度等方面的原因，国内大多数已建成的地铁线路公安人脸抓拍摄像机由公安部门后期补充设置。根据有关国家规范要求“城市轨道交通公共安全技术防范系统工程应与新建的城市轨道交通工程整体项目同步规划、建设、检验和验收”，地铁公安人脸识别系统应与整体工程同期建设，其优势如下。

3.1 人脸识别应用高度依赖于前端摄像机的安装点位和现场部署场景，前端设备所采集的视频质量将直接影响人脸识别应用的准确性和效率。如果不能够和视频监视系统进行同期建设，后期建设时很有可能出现大量的摄像头部署点位调整、网络及供电线路调整甚至前端摄像头镜头及设备更换，势必带来大量的重复建设与成本浪费。

3.2 人脸识别应用对服务器资源、网络资源以及存储资源均有较大的需求。其中相当一部分会和视频监控等现有系统产生交集，同期建设能够做到合理的资源共享，在架构设计与资源分配上避免大量不必要的成本投入。

从统一设计、合理架构、资源共享、成本控制等多方面分析，同期建设都比后期单独建设具备明显的优势。

4 系统建设方案

城市轨道交通公安人脸识别系统的建设应能满足各地公安部门对地铁安全防范工作的要求。系统需具有采集、存储、检索和人员布控的功能，在识别出重点人员时，应能及时向有关部门提供报警信号以及跟进研判的图像信息。

4.1 逻辑架构

人脸识别系统逻辑架构采用分层结构设计，包括接入层、服务层、数据层和应用层四个层次。集成人脸识别相关的各种资源、服务和应用，实现灵活完备的数据接入、数据分析和数据应用。

接入层的作用是实现各种类型的前端采集终端的接入，包括普通摄像机、人脸抓拍摄像机等各类的数据采集设备。接入的内容主要包括视频数据、静态图片等码流数据，为地铁公安人脸识别系统提供基础数据支撑。

服务层主要的功能设计是基于所采集的数据完成基础的人脸识别过程，包括人脸抓拍、人脸特征提取、人脸比对等服务。

数据层主要完成各种大数据的存储管理与对外提供数据访问服务。

应用层负责具体业务逻辑处理，包括动态布控、人脸检索、大数据分析、人员轨迹查询等人脸识别应用需求。

4.2 组网拓扑

根据各地城市轨道交通公安视频监视系统建设模式的区别以及运维管理方式的不同，目前地铁公安人脸识别系统主要有两种组网方案，一是前端人脸抓拍摄像机由公安视频监视监视系统独立设置，二是人脸抓拍摄像机由专用视频监视系统设置，采集数据共享。下面分别就这两种方案的组网和特点进行具体分析。

方案一：公安视频监视系统独立设置人脸前端设备

公安视频监视系统在车站出入口通道、换乘通道等公共区区域设置具有人脸识别功能的固定式高清摄像机，在地铁公安分局设人脸识别分析设备，包含抓拍服务器、对比服务器、研判服务器、存储服务器、流媒体服务器等。前端抓拍摄像机在采集人脸信息后，数据经车站公安视频交换机和地铁分局公安视频核心交换机，接入地铁分局公安视频人脸识别分析设备。

通过地铁分局人脸识别分析设备进行人脸图像的比对分析，然后将分析数据经由汇聚交换机传至市局既有人脸识别平台。同时摄像机的存储码流传输至地铁分局或派出所存储设备，完成视频录像存储。

图1 方案一组网拓扑

方案二：专用视频监视系统设置人脸前端设备

专用视频监视系统在车站设置人脸识别前端采集设备，并通过车站视频网络交换机将采集的数据分配共享给公安视频监视系统，公安视频监视系统能正常调看视频图像。人脸抓拍摄像机视频流由专用视频监视系统统一存储，抓拍图片数据可传输至地铁分局或派出所存储设备。该方案车站可不设公安视频交换机。

图2 方案二组网拓扑

对于还未建设轨道交通线网指挥中心（TCC）的城市新建线路，人脸数据流可经由线路OCC 传输至派出所，再上传至公安分局。以上两种组网方案均能有效实现对地铁乘客的人脸信息采集和处理，满足公安部门对地铁安全防范的要求。方案一的运维管理的分界清晰，但不利于资源的共享利用。方案二相较于方案一对专用通信网络与轨道分局之间网闸的性能要求更高，需配置万兆网闸，在网闸的方面的投资更大。但方案二契合专用视频监控系统和公安视频监控系统深度融合的趋势，且能够充分的整合和利用资源，因此推荐方案二作为公安人脸识别系统的主选建设方案。

5 人脸识别摄像机布置建议

5.1 摄像机布点原则

5.1.1 出入口通道

出入口通道作为连接车站与外界的纽带，是乘客进出车站的唯一途径。在出入口通道设置人脸抓拍设备，能够对进出车站的人员进行全面有效的布控，且出入口通道距离站台乘车点有一段距离，可以给相关安防部门充裕的响应时间。一般选择楼梯/扶梯下端作为人脸抓拍点，摄像机在抓拍人脸的同时可兼顾扶梯紧停按钮和运行指示灯的情况，满足运营对该处视频覆盖的要求。

5.1.2 换乘站通道

地铁换乘通道客流较为集中，尤其在高峰期人流密集、无序、无间隔，可根据公安部门需要对人员的换乘路径（轨迹）进行有效跟踪。

5.1.3 检票闸机口

检票闸机是乘客进出地铁站的必经之路，可根据公安部门的要求的进站或出站闸机的上方设置人脸识别摄像机，单个闸机人员通道宽约40 厘米左右，根据闸机数量和摄像机的性能设置1-2 台抓拍摄像机。由于各地地铁运营部门对进出站闸机也有明确的监视需要，此处运营部门与公安部门可共享前端设备。

5.2 安装条件要求

人脸识别准确率受现场光照条件、前端设备安装位置等多方面因素影响，因此在前端点位布置的过程中应与相关专业做好协调配合，保证人脸抓拍目标区域光照环境稳定且光照强度在100Lux 以上，且安装位置应满足摄像头与人脸构成的角度要求，从而保证人脸抓拍的效果。

6 结论

人脸识别技术因其显著的优势，在安防领域已经得到了广泛的应用，随着国内对城市轨道交通安防系统的重视程度和投资力度进一步加大，人脸识别技术将在提升地铁公共安全防范能级方面发挥更大的作用。在工程实施过程中，应充分结合公安部门需求，做到统筹规划、同步设计、合理实效，充分利用人脸识别等技术手段，赋能城轨交通安全智能化管控。