人臉識別技術在地鐵自動售檢票系統中的應用研究

程明亮

（艾弗世（蘇州）專用設備股份有限公司，北京 102200）

目前，無感電子支付迅速發展，NFC 和QR 技術廣泛應用于地鐵行業。地鐵行業對新技術非常敏感，致力于利用最新技術為乘客提供最佳的交通體驗。人臉識別支付技術作為最新的非接觸式電子支付，目前是地鐵行業的一個新的研究方向，可以提高地鐵運營的服務水平和效率。文章主要討論了AFC 系統中人臉識別技術的解決方案。

1 地鐵AFC閘機無感通行系統分析

1.1 工作原理分析

無感通行地鐵系統有兩個主要組成部分，即人臉檢測和人臉識別。乘客經過相機時設備可以掃描和截取臉部圖像，然后對掃描和截取的圖像進行全面合理的計算。通過應用人臉特征定位算法，可以實時掃描人臉圖像并將其轉換為特征值。在此期間，系統還可以采取QR 碼掃描、掃描槍等形式，有效地閱讀車票上的QR 碼。閱讀后系統獲得相應的站信息，并對人員、票和站進行比較，經核查后，乘客被放行。如果在驗證過程中發現乘客購買的車票不是本站有效車票，系統會在自行判斷后主動關閉閘機。系統驗證通過后，乘客可以順利通過AFC 閘機，從而順利實現進站和出站。相關的中央數據庫會及時儲存人臉驗證信息和乘客機票驗證信息，確保信息跟蹤的正常使用和車站人臉信息統計工作的順利進行。AFC 閘機無感通行系統，可以對不同車站的閘機工作狀態情況，以及客流信息情況進行實時監測。人臉識別云閘機示意見圖1。

圖1 人臉識別云閘機

1.2 應用模型

要將人臉識別技術的原理和過程結合起來，就必須將信息記錄在人臉識別系統中，并根據法規要求形成鏈接關系。在AFC 識別系統應用人臉識別技術的過程中，需要增加閘機以及扣費兩個系統。人臉識別技術在AFC 中，需要先建立旅客人臉檔案，通過閘機采集人臉信息，比較信息輸出結果，發送扣費、通行等工作指令。自動售檢票系統是一個與乘客直接聯系的系統，它不僅直接關系到旅客的出行體驗和舒適，還關系到票價等金錢問題。

1.3 系統組成分析

①存儲節點。存儲節點可進行人臉識別存儲，將人臉識別信息存儲在數據庫中，存儲采集到的人臉照片信息和出入口站信息，為后續信息查詢提供保證。②計算節點。AFC 閘機的非敏感訪問控制系統由人臉識別算法服務器、人臉特征提取服務器等組成。此類服務器中應用程序的主要目的是對票務系統平臺發送的數據和白名單數據庫進行有效的比較分析，并將最終比較分析結果直接發送到自動邊門檢票通道內。③人臉對比分析系統。算法服務器和搜索服務器是人臉對比分析系統的重要組成部分。他們的主要任務是計算和存儲人臉數據，并正確處理前端請求。

2 新型人臉識別技術和傳統地鐵卡票技術對比

人臉識別技術與傳統門票相比各有其特點，通過兩者的對比分析，可以發現它們的優缺點。傳統票卡優點是制作相當簡便、檢票方式簡單；設備投資成本低、節省人工勞動、管理方便；缺點是計費不精確、缺乏公平感、出行費用不平衡；不利于吸引短途乘客；車票價格與運營成本的聯系不夠直接；而在目前的票務系統下，可以把新型人臉識別技術視為傳統票務技術的多元化擴展和開放發展。實施面部識別系統的主要目的是提高顧客的乘車體驗，并減少逃票事件。該技術應用的比例越大，也可以側面說明這個城市的應用模式越先進。同時，閘機的應用范圍受到不同車站特性的影響。許多大城市的居民喜歡在購票時支付電子票，因此在網絡應用不多的城市，需要控制面部識別閘機的數量。

3 自動售檢票系統中人臉識別技術的系統組成

3.1 人臉注冊設備

運行人員既可以在現有的半自動售票機上添加人臉識別模塊或新的人臉識別記錄終端，也可以使用APP 捆綁到人臉識別系統平臺上收集人臉記錄信息。其基本工作邏輯為：記錄登陸憑據并根據自動售票機的授權機制和條件審查該人的登記申請，并將審查結果記錄在面部數據庫中。

3.2 智能人臉識別模塊

人臉識別智能模塊安裝在登記設備和自動檢票機中，是保證人臉識別可用性和可靠性的基礎，是本系統的重要組成部分。為了保證人臉識別的可靠性，保持了較高的檢測率和實時性。智能人臉識別模塊需要具備良好的計算能力。硬件包括中央控制模塊、光源模塊、通信模塊+控制接口模塊、顯示和聲音模塊。軟件包括視頻流處理模塊、人臉檢測模塊、優勢人臉識別模塊、刷臉交互和控制模塊等。視頻流處理模塊：從智能終端配置的攝像頭獲取圖像流，當前景發生較大變化時，向光源模塊發送光源補償請求，啟動清晰幀檢測模塊提取清晰幀。人臉檢測模塊：采用識別率高的人臉檢測模塊進行人臉檢測，并對檢測結果進行校準。主臉判別模塊：判別一幀多臉的主臉，并通過通信模塊向識別云發送識別請求。刷臉交互模塊：根據既定邏輯輔助行人刷臉，并給出相應提示?？刂颇K：操作I/O 口控制自動檢票機的開關。

3.3 人臉識別系統平臺組成

①數據收集。系統可以收集從人臉識別終端模塊下載的所有數據，并將數據上傳到ACC 數據系統。②數據處理。人臉識別系統可以根據數據的類型和用途處理實時或批量收集的數據，而且可以立即保存和處理收集的數據，而不修改或刪除原始數據或丟失的數據，以滿足系統監測、業務管理和決策分析的需要。③數據安全。該系統的數據安全必須符合國家密碼管理委員會的有關規定。④設備監控。系統必須能夠集中監測系統的運行情況，包括識別模塊的通信、運行和故障。系統中所有設備的運行狀況信息必須通過監視器實時準確地顯示。⑤系統統計。人臉識別系統應能夠收集統計數據和分析收集到的數據。

4 人臉識別技術在AFC系統中的應用方法

人臉識別技術在AFC 系統中的應用，主要功能是實現實時人臉識別，涉及人臉識別模塊、閘機設備、網絡清算中心系統（ACC 系統）/線控中心系統（LC系統）/站控系統（SC 系統）/半自動售票機（BOM）系統和人臉識別服務平臺系統等。

①人臉識別模塊應用：人臉識別模塊識別人臉信息，并將識別結果反饋給閘機；人臉識別模塊管理本地人臉信息數據庫；并對檢測到的人臉進行建模和比對；人臉識別模塊與閘機通信，接收閘機對該模塊的控制，并接收人臉信息的更新。②閘機設備應用：閘機與人臉識別模塊之間的串行通信，用于發送模塊控制命令，接收模塊反饋給閘機的人臉識別結果；閘機與人臉識別模塊之間的網關通信用于閘機向人臉識別模塊發送人臉信息，人臉識別模塊更新本地人臉信息數據庫，實現交易數據處理。③ACC/LC/SC/BOM的應用：LC/SC 系統可以遠程控制人臉識別模塊的切換功能；ACC/LC/SC 系統實現與閘機的通信，層層接收閘機上傳的人臉識別交易信息，可以參考傳統票務系統管理此類交易；BOM 可以接收符合人臉識別檢票業務的人的申請，創建新的人臉識別信息，并將結果反饋給人臉識別服務平臺。驗證成功后，平臺會將其更新到自己的數據庫中，并發送到整個線下網絡的人臉識別閘機。④人臉識別服務平臺系統應用：實現與閘機的通信接口，兩者通過網口進行通信；實現與公安系統的通信接口（預約）；實現人臉信息數據庫的建立、更新和維護，并將人臉信息數據庫的變化信息實時更新到在線網絡中的所有人臉識別閘機。

5 地鐵自動售檢票系統人臉識別技術解決方案研究

5.1 售檢票方案

網絡環境下，QR 碼和人臉識別技術的使用逐漸成熟，從而降低了自動售票機的應用頻率。為了提高AFC 應用程序的效率和質量，需要整合第三方支付功能，并在人臉識別技術的支持下購買地鐵票。將人臉識別功能添加到AFC 中，可以通過官方微信賬戶、小程序、支付寶和APP 實現遠程購票，還可以刷臉買票。與此同時，它還支持面對面購票，有效提高工作效率和質量。在人臉識別功能的支持下，傳統運維結算工作量有效減少，不僅提高了工作效率和用戶體驗，而且實名制購票功能也能提高安全性。

5.2 過閘計劃

城市軌道交通是高科技產業，是解決人流擁擠和公交需求的陽光產業，對高科技比較敏感。通過多年的技術發展，客戶的流量體驗不斷提升。2017年，國內部分城市使用二維碼過站，部分城市實現人臉識別。除了客戶的車輛，閘機終端設備成為系統的核心。結合人臉識別技術，可以有效實現坐公交后付費。乘客刷臉進站后，出站時通過人臉比對完成進出站，從而構建交易成交數據，通過支付平臺直接扣除用戶乘車費用。

5.3 付費模式與信用管理手段

系統在乘客進入大門時對乘客的面部進行識別。乘客完成人臉識別進入閘機之后，未完成扣查的乘客將被列入黑名單。通過對人臉識別數據庫的分析，確定了乘客的黑名單。列入黑名單的乘客不能使用人臉識別系統，并且會將失信行為納入個人信用記錄中。對非黑名單用戶則快速放行，系統后臺可以在各種技術支持下進行人臉比較和扣減計算。

5.4 優化人臉識別算法

為了提高人臉識別精度和速度，需要不斷優化識別算法系統設計，建立主數據庫、動態子資料庫和黑名單數據庫。地鐵面部識別時，所有乘客的面部信息都在主數據庫中。在刷臉期間，所有乘客的臉部信息都輸入到動態子資料庫中，用黑名單進行分析，不在黑名單上的乘客可以留在動態子資料庫中。對于有黑名單的乘客，應將其從子數據庫中刪除。對于符合條件的乘客，在出站過程中，只需將面部信息與銀行信息進行比較和分析，最后完成費用扣除。發現在黑名單上的乘客應予以扣留。

6 結束語

由于算法的限制，人臉識別率低于100%。針對地鐵客流量大和通行速度快的特點，還有一些技術問題需要解決。通過對現有技術的研究和分析，可以將人臉識別技術應用于地鐵自動訂票系統。目前我國有幾個地鐵城市是試點，隨著經驗的積累、算法的改進和技術的發展，其范圍逐漸擴大，為乘客提供了更好的體驗。