基于4G移动式人脸识别比对的建设与应用

□ 文/吴立新 路大为

人脸识别比对技术作为视频图像深度应用的一项新兴技术，在公安实战中起到的作用越来越显著，静态人脸识别比对系统经过近几年的飞速发展，已较为成熟，因其应用场景较为单一，在此不做赘述。动态人脸识别比对技术和静态人脸识别比对技术既有区别也有联系，它是以人脸抓拍照片结构化为基础，由前端视频/图片采集和人脸检测、网络传输、后端特征提取、比对识别及布控报警等一系列流程组成，业务流程和战法应用较静态人脸比对要复杂和丰富得多。目前，天津市公安局在全市机场、车站、综合商业体等人流密集区域建设了1000余路人脸抓拍点位，在市局搭建了系统平台，实现对前端抓拍人脸信息的实时汇聚、结构化解析，并对关注目标开展全网布控和分级报警。

随着公安维稳安保工作的不断加强，在一些大型活动安保、临时应急处突等场景，利用已建成的固定点位动态人脸采集前端开展动态人脸比对已越来越不能满足实战需要，因此开发一款基于4G回传、多场景快速布控的移动人脸布控前端的需求越来越迫切。2017年，天津市公安局图侦技防总队结合实战需求，自主研发设计了一款移动式人脸识别比对系统，可在车站、码头等专网未铺设的重点部位进行快速移动部署，实现对人脸信息的采集，通过4G网络回传至后端解析中心，实现人脸数据的比对，从而有效地对在逃人员、重点人员等关注目标进行实时布控、即时预警，为安保维稳工作提供重要的技术支撑。

系统架构

移动式人脸识别比对系统由三部分组成：一是前端移动式人脸采集设备，可将过往行人人脸照片进行实时检测和采集；二是无线传输，将前端采集的人脸照片、GPS位置信息等数据通过4G网络回传至后端解析中心；三是后端解析应用，通过搭建人脸结构化、数据存储、应用平台等多台服务器，对接收到的人脸照片进行特征提取和实时比对，对接收到的GPS信号进行地图定位，与市局动态人脸识别比对系统进行数据对接，实现关注目标的实时预警。系统架构图如图1所示。

▲图1

建设内容

前端人脸采集设备

前端人脸采集设备作为移动式人脸识别比对系统基础数据的提供者，是整个系统的基础，包括了移动设备箱、前端采集摄像机、摄像机支架、4G无线图传模块、箱体电源防雷模块、前端GPS模块、数据交换模块和UPS电源。组成图如图2所示。

▲图2

移动设备箱：箱体采用高强度金属材质，抗冲击能力强，不易形变，预留2个支架安装位置，以及外接电源及网络接线口，具备锁闭功能。具备室外自然环境防腐蚀、防锈蚀特性，具备防水能力。箱体底部带有万向转轮，具备锁定功能，可稳定支撑箱体上加装的伸缩支架及摄像头设备，具备抗风防抖动能力。内部设计预留安装位置，具备GPS模块、本地数据交换模块、供电模块、4G无线图传模块，可外接本地显示模块等，具备抗震能力。

摄像机支架：可与移动设备箱便捷固定，采用高强度金属材质、不易形变、可伸缩，安装至设备箱后，摄像头举高高度可在3米范围内手动调节，不影响整体稳定性。

内置电源模块：内置UPS电源模块是为满足前端人脸采集、数据交换、无线传输等设备的供电需求，以保证获得稳定、可靠的电源服务。因此设计设备箱内置电源模块功率大于1000VA，在外接电源中断时，可持续供电大于2小时。

箱体电源防雷模块：因前端人脸采集设备使用场景的不确定，且系统工作需要一个稳定可靠，能独立运行的工作环境，因此设计有电源防雷模块，采用工作电压：Un（AC）AC220V/50Hz，限制电压UP：1.4KV，放电电流 In：20KA，响应时间 Ta：25 ns，最大后备保险丝强度：63A的性能。

4G无线图传模块：设计为支持多种网络的4G无线路由器，提供前端人脸照片传输至后端解析中心的链路通道。

数据交换模块：箱体内配置8口交换机组建的局域网，将前端人脸比对设备与管理端互联，完成数据信息的传递和交互。

前端GPS模块：采集设备箱位置信息回传至后端，可实现位置信息在电子地图上的实时展示。

网络传输

天津市公安局与北讯集团天津分公司、中国联合网络通信有限公司天津市分公司合作，建立了4G无线专网与视频监控网的网络衔接，实现视频监控网与4G专网内设备实现互访，该系统即利用北讯和联通专网进行数据的回传。

▲图3

后端解析中心

后端解析中心由人脸识别服务器、网络存储服务器、GPS服务器、对接服务器等硬件设备和人脸实战应用平台组成（见图3所示）。通过对接收前端人脸采集设备回传的人脸照片进行特征提取、信息比对，开展关注人员的布控报警。

人脸解析

后端中心人脸识别服务器与前端移动式人脸采集设备建立良好的网络通信，前端人脸采集摄像机在人脸识别服务器上进行注册，采集人脸视频后通过无线图传模块将实时视频流传输至人脸识别服务器进行分析处理。

数据存储

后端中心采用集中存储架构，包括3台16盘位NVR磁盘阵列，可对前端人脸采集摄像机视频存储90天，对前端人脸采集图片数据存储90天。采用智能缓存补录、动态码流直存和N+M热备方案，有效保障系统数据存储安全，具有系统处理性能高、数据存储安全性高、数据检索速度快和系统状态监测全面等特点

GPS信息回传

后端中心部署GPS服务器，利用NNEA-0183协议与前端设备中的GPS模块建立通信，通过4G无线图传模块将位置信息传输至GPS服务器进行处理，并在电子地图上实时显示前端设备地理位置。

数据对接

后端解析中心系统与视频监控网内的人像数据库平台对接，将本系统内的人脸抓拍图片上传至市局人脸平台做进一步的分析应用，实现市局公安实战应用的信息数据高度集成，为各部门进行各项实战业务提供人脸识别技术和数据支撑（如图4所示）。

实战应用

通过利用上述硬件设备的搭建，在视频监控网部署了一套人脸实战应用平台，作为重点人员比对、布控报警、分析研判的实战应用界面。

人脸检索

可根据时间、地点以及抓拍人员的性别、年龄段、是否戴眼镜等人脸属性信息进行抓拍图片查询，点击查询记录即可查看图片和相关信息。

可实现以人脸搜人脸的功能，通过输入人脸照片，可查询到该人员的其他抓拍记录。所有被抓拍的路人被自动存入路人库，当上传一张查询照片，系统可在路人记录中快速搜索与上传照片相似的人脸，如果找到相似人脸，则按照相似度排位返回结果。

布控报警

可根据工作需要把要关注人员的信息（包含姓名、性别、身份证号、人脸照片等信息）加入到比对数据库，按照时间、地点、相似度报警阀值等信息，对关注人员进行布防。系统对在各处抓拍的人脸照片与比对数据库中的人脸特征数据实时比对，如果人脸的相识度达到设定报警阀值，系统会自动通过声音提示、视觉信息提示等方式进行预警，提醒执勤和监控管理人员，采取进一步处理措施。

▲图4

系统将前端摄像头抓拍到的人脸图像和报警库中的“黑名单”人员作匹配，并实现实时报警。当目标人出现于摄像机画面时，报警延迟＜3s。当布控库为10000人且误报率为1%时，漏报率＜5%。对于布控结果，工作人员可以在系统界面上可通过摄像头、时间范围、是否报警等指定条件进行检索。

轨迹分析

平台可实现人脸轨迹分析功能，对于输入的人脸照片，通过检索所有点位的人脸抓拍记录，查询和分析关注人员的行动轨迹路线，为公安机关破案提供有效线索。（如图5所示）

▲图5

多布控库管理

平台可以同时管理多个布控人员名单库，支持目标库的增加、删除和修改；同时支持布控人脸照片的单张导入和批量导入功能，可以灵活选择目标库进行布控，可设置不同联动预案和处置方式。

分级管理

平台支持可设定预警判断阈值或针对报警级别进行分类显示。对视频中的警情可实现预警提醒，系统预警阈值可自动设定，并可联动不同的预案。还可以对报警进行分级管理，对布控人脸信息进行分级设置，并以不同颜色进行区分，报警后可联动不同预案进行对应处理。

典型应用

中华人民共和国第十三届全国运动会于2017年8月—9月期间在天津市举行，在此期间，为了保证全运会的顺利召开，确保开幕式和闭幕式以及运动员、教练员、媒体人员以及工作人员的安全有序的开展赛会各项比赛，天津市公安局在开、闭幕式场馆全运村等重要部位进出口的安检通道部署了移动式人脸识别比对系统，系统后台部署白名单和黑名单两类人员库（白名单库为参会人员、安保人员、工作人员等活动参与人员），黑名单库为在逃人员、嫌疑人员等重点关注目标），通过部署在重点区域的前端人脸采集设备对进入区域的人员进行人脸检测和采集，并与后端数据库进行实时比对，实时对通行人员身份进行甄别，其精准识别、实时报警的特点为公安民警进行安全保卫提供了重要的技术支撑。这样的安保方式，既不需要参与活动的刻意配合，也不愿需要对人员身份证件进行逐一检查，在保证活动进行的流畅和有序的情况下，“悄无声息”就完成了参与活动人员的甄别和核验。

结束语

天津市公安局作为全国第一家组建视频图像建设、管理、维护、研究和应用专业队伍的省级公安机关，紧贴实战聚力攻关，自主研发设计了基于4G回传的移动式人脸识别比对系统，用于大型活动安保维稳、突发案事件处置等公共安全领域，是强化社会治安、维护社会稳定的又一科技利剑，提升了公共安全应用和科技含量和实战效率。