人脸识别技术在城市轨道交通自动售检票系统中的应用

陶 克

(1. 长沙穗城轨道交通有限公司， 410100， 长沙； 2. 福州地铁集团有限公司， 350012， 福州∥高级工程师)

人脸识别系统集成了人工智能、模型理论、机器识别、专家系统、机器学习及视频图像处理等多种专业技术，并使识别达到了实用化的识别率和识别速度。国内各大地铁公司紧跟时代潮流，从传统现金购票刷卡，到二维码过闸“先享后付”，再到现阶段的人脸识别无感过闸，人脸识别技术亦试点进入地铁AFC(自动售检票)系统中[1]。其在已成熟的地铁二维码过闸平台的基础之上，引进人脸识别技术实现刷脸出行、无感信用支付，将乘客出行的方便性、快捷性、高效性升华到一个新的境界。

1 生物识别技术对比分析

现阶段相对成熟的生物识别技术有指纹识别、人脸识别、掌静脉识别及虹膜识别等，其技术特点对比如表1所示。

表1 生物识别技术的特点对比

表1中，指纹识别主要分为电容式、光学式及超声波式等3种，目前超声波式指纹识别还不成熟，主要采用电容式指纹传感器；指纹识别属于接触式检票，存在不卫生和易受接触面干扰等问题。掌静脉识别虽然在安全性、稳定性方面具有优势，但受限于设备成本及识别速度，不易推广。虹膜识别需使乘客正对摄像头，操作难度大、识别速度慢。相较之下，人脸识别技术具有非常明显的优势，在AFC系统中有一定的应用前景。

2 基于人脸识别技术的AFC系统架构

人脸识别系统主要包括图像采集、人脸检测、预处理、人脸特征点提取和人脸匹配/识别等一系列流程[2]。基于人脸识别技术的AFC系统需构建一个信息处理、开放、安全的平台，并按照 “统一资源、数据融合、促进综合、推进开放、保障安全”的原则对该平台进行总体设计。该系统包括门户层、应用层、中台层、数据层、资源层，以及安全保障体系、运维管理体系及标准规范体系，如图1所示。

1) 门户层主要为乘客提供乘车APP和智能化客服终端移动应用，以及管理运维人员管理门户。

2) 应用层可实现地铁公司人脸识别乘车核心应用能力，包括用户管理、密钥管理、人脸行程管理、人脸行程匹配及人脸订单管理等。

3) 中台层为应用平台提供核心管理服务以及应用支撑服务支持，包括各项服务管理和中间组件集两大模块。

4) 数据层包括数据管理服务和数据库，主要提供数据汇聚、存储管理、数据处理等能力。

5) 资源层充分利用地铁公司各项基础设施，为基于人脸识别技术的AFC系统运行提供计算服务、存储服务、通信网络技术软件资源等。

6) 运维管理及安全保障体系通过构建组织机构、管理制度和软件技术等3个维度全面统一的安全监控保障体系，实现物理环境、网络及通信、设备和计算、应用和数据等方面的安全性[3]。运维管理及安全保障体系可实现对各类运维事件的采集、处理与分析，并通过制定相应的运维管理规范实现运维工作的智能化和高效率。

7) 在遵循国家和行业规范的前提下，制定与完善地铁公司AFC线网技术规范，以及管理相关的人脸预案规范和应急处置规范。

3 人脸识别过闸业务流程设计

人脸识别过闸业务流程能真正实现过闸乘客的真实身份鉴别，从而真实地确认是本人过闸。该系统优于原有二维码实名制过闸，为地铁安全管理提供了有效信息化跟踪手段。人脸识别过闸业务结合传统AFC系统的5层架构(实时消息透传模式)，以及二维码过闸业务模式(非蓝牙模式二维码过闸)，其流程如图2所示。

1) 步骤1：同意开通人脸识别过闸乘车服务，并将乘客的人脸信息比对身份证信息进行“人证合一”注册，采用自助设备采集模式提前采集人脸照片，以保证照片的精度和效果。

2) 步骤2：当乘客走近闸机通道设备时，由人脸识别闸机伴侣完成人像活检、抓拍，并上传人脸图像至人脸识别系统进行人像库比对。

3) 步骤3：通过人脸识别系统在人像库中进行人脸比对、判重等，将匹配好的乘客及闸机设备等信息传送至互联网票务平台。

4) 步骤4：互联网票务平台根据乘客信息，完成用户信息风控(查验用户状态的有效性、黑名单等)。同时该平台对乘客进行行程匹配验证(同二维码业务共用功能)，并根据查验结果通知人脸识别系统开闸或禁止乘客通行。

5) 步骤5：人脸识别系统通知人脸识别闸机伴侣可否开闸放行，人脸识别闸机伴侣同步发送指令至闸机，闸机则根据指令检测当时的通行逻辑情况并进行开关闸门。如禁止通行，则人脸识别闸机伴侣提示用户无法通过的原因，用户过闸通行记录将通过闸机同步上传到互联网票务平台。

6) 步骤6：乘客刷脸进出闸时，由各个模块完成上述第2—第5个步骤，即在互联网票务平台完成各个乘客的行程登记和匹配后，形成乘客的最终进出站记录。

7) 步骤7：互联网票务平台对乘客行程进行逐一统一计费，并向第三方支付平台发起支付扣款通知消息，以及向第三方平台APP推送乘客实时行程信息，扣费成功后APP将扣款结果亦一并展现给乘客。

8) 步骤8：互联网票务平台每天根据乘客行程记录，形成统一的结算报表，并与第三方支付平台进行行程对账。对于需进行重新匹配处理的数据，根据其原因类型由互联网票务平台通过退补费模块，进行二次匹配和退费计费。

4 人脸识别技术在AFC系统应用中的优势

针对上述人脸识别技术在AFC系统中的设计和业务流程，充分利用传统AFC系统体系及互联网票务平台二维码业务体系，可以有效融合各个业务模块之间的功能关系。若有需求，可对各个模块的功能进行调整(如将风控模块部分或全部功能调整至人脸识别平台)，这将会改变整体系统的冗余性，以及发生故障时从某一模式至故障降级模式切换处理的快捷程度。地铁公司人脸识别系统和互联网票务平台的二维码过闸系统，不一定是同期建设，无重叠功能。该系统具备以下优点：

1) 避免资源功能重复建设。各地铁公司根据已建系统情况灵活配置和调整已有系统功能；对于已有二维码过闸系统，地铁公司仅需增加人脸识别比对功能系统，再对接互联网票务平台的二维码业务部分功能模块，就可以快速完成人脸识别过闸业务。

2) 增加系统设计灵活度。可便捷地将人脸识别系统和二维码过闸业务功能融合打通，使得各个功能模块共用(如行程匹配)、数据源通用(如风控源)，方便乘客使用人脸识别系统进闸、二维码出闸，或二维码进闸、人脸识别系统出闸的混合模式设计。

3) 应用相互补充和独立。人脸识别和二维码过闸应用功能相互结合，可更加方便客流组织和地铁运维人员。当某个业务受影响时(如某车站无人脸设备或人脸通道拥堵)，可以无缝平移过渡到二维码过闸，不会完全影响乘客的进出站。

4) 业务共用功能可降级处理。针对每种业务需设置相应的系统故障降级模式，当出现故障时(如人脸识别平台或互联网票务平台瘫痪)，可以切换到平台故障降级模式(如缓存过闸记录，待恢复后再提交)，这样也不影响乘客过闸机，最大范围保证让乘客不滞留在站厅闸机设备前。在基于二维码业务模式与人脸识别业务模式构建的互联网票务平台中，若人脸识别平台瘫痪，采用人脸识别业务的乘客降级使用二维码业务进出站不受影响；若互联网票务平台瘫痪，人脸识别平台切换为降级模式(非行程管理)，乘客继续按照各自业务进出站(二维码业务需支持闸机脱机)，待互联网票务平台恢复后再取消人脸识别平台降级模式，并将所有行程进行统一匹配。另外，若人脸识别平台设置为车站级别(预处理)，需将降级模式深入细分，确保乘客正常进出闸机。

人脸识别系统上线后需注意以下内容：

1) 使用独特性。因人脸识别属于无感过闸，在过闸刷卡或使用其他业务通行时，人脸识别系统将自动捕获人脸信息进行处理。因此，已开通人脸识别业务的乘客并不想刷脸过闸时，过闸前需提前在APP上关闭人脸识别业务或通过无人脸识别设备通道进出。

2) 开通唯一性。二维码过闸的乘客可以在多个APP上开通，并在各个APP上独立使用并无相

互影响。但同一乘客却不能在多个APP上开通人脸识别过闸业务，只能在唯一一个APP上开通，而其他APP都必须关闭，否则所有开通的APP都将扣取过闸乘车费用。

3) 匹配复杂性。如果采取人脸识别和二维码过闸混合模式过闸，地铁公司需制定一个详细的混合业务结算规则，规范降级模式下单边和混合模式时乘客进出行程匹配归属和计费问题。

4) 信息安全。人脸属于生物终身隐私，在图片和特征值管理中，必须保障用户个人信息安全。建议人脸识别系统需通过国家信息安全等级保护三级认证，人脸终端识别后的数据在中心系统传输中需加密个人信息，加密人脸过闸图片并设定定期自动删除。

5 结语

人脸识别过闸业务作为城市轨道交通AFC系统的有益补充，已在国内很多地铁公司试点和应用。该业务能够给乘客提供差异化服务，一定程度上提升了轨道交通的服务品质和品牌形象。人脸识别过闸业务进一步优化和发展后，亦将像二维码过闸业务一样井喷式推广和应用到国内各地铁公司。