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隨著國家基礎建設的快速發展,鐵路的發展也在不斷完善。因此有必要對鐵路既有監控系統逐步實現數字化、智能化提升,使鐵路安保系統更加科學高效,從而提高鐵路的安全級別,保障鐵路運輸和廣大旅客生命財產安全。為此,鐵道部下發了“關于加強鐵路客站安檢區域視頻監控系統建設的通知”(計改函[2011]59號),要求對全路高速鐵路所有客站和普速鐵路二等及以上客站安檢區域加強視頻監控系統的建設,在高清監控系統的基礎上,建設圖像識別比對功能,實現重點人自動報警。為此研制開發了“客站安檢高清智能監控系統”。本系統的實施,很大程度上提高了鐵路的安全級別,對鐵路運輸和廣大旅客生命財產安全起到了重要的保障作用。
1.高清智能監控系統的整體結構
本系統在高清視頻監控平臺基礎上,采用B/S、C/S構架,將人臉識別、比對技術融入視頻監控系統中。通過前端抓拍攝像機對通過安檢區域人員進行面部圖像抓拍,將所抓拍圖片通過網絡傳輸到中心數據庫進行數據存儲,同時將采集的面部圖像與逃犯、有前科等重點人員進行匹配分析。發現可疑人員時,系統將自動報警。高清智能監控系統的整體結構如圖1所示。系統主要由旅客信息采集系統、中心分析管理系統和客戶端及報警系統三部分組成。旅客信息采集系統主要包括行李采集攝像機、全景攝像機以及旅客面部圖像采集攝像機。中心分析管理系統主要包括人臉實時分析服務器、中心管理服務器、數據庫服務器、人臉后檢索服務器及存儲服務器。客戶端及報警系統主要由聲光報警器和客戶端PC組成。圖像采集過程為:旅客進入安檢區域—在安檢儀上放置行李—通過安檢門檢查—人身安全檢查—在安檢儀上取走行李等。在安檢過程中,采集旅客正面面部特征圖像、行李數量和特征圖像。
2.系統配置及硬件選型
2.1旅客信息采集系統
2.1.1系統配置根據車站旅客進站流程,每1個進站通道為1個視頻單元,每個視頻單元包含3臺高清攝像機與1臺人臉抓拍攝像機。3臺高清攝像機中,2臺負責監控旅客在安檢儀上放行李的畫面,采集旅客側面及行李的視頻信息;另1臺負責監控旅客在安檢儀上拿取行李及通過安檢區域時的檢查情況,即全景攝像機。抓拍攝像機安裝在安檢儀上方,負責對進站旅客進行面部圖像信息采集。根據安裝在不同位置、不同監控功能的攝像機,可通過以下公式計算來選擇攝像機鏡頭:f:鏡頭焦距w:圖像的寬度(被攝物體在CCD靶面上成像寬度)W:被攝物體寬度L:被攝物體至鏡頭的距離h:圖像高度(被攝物體在CCD靶面上成像高度)H:被攝物體的高度常用CCD靶面規格尺寸見表1。由于攝像機畫面寬度和高度與電視接收機畫面寬度和高度一樣,其比例均為4:3。當L不變,H或W增大時,f變小;當H或W不變,L增大時,f增大。具體安裝計算參見圖2。
2.1.2旅客信息采集系統硬件選型前端設備采用了海康威視DS-2CD864FWD-ET高清攝像機,其傳感器為1/3"ProgressiveScanCMOS。由表1可得:w=4.8,h=3.6。根據上述計算公式,當旅客距離全景攝像機5米處,W約為2米,H約為1.5米,計算得到f=12mm;當旅客距離抓拍攝像機3米處,W約為2米,H約為1.5米,計算得到f=7.2mm,因此攝像機采用5—15mm的鏡頭。
2.2中心分析管理系統
2.2.1人臉實時分析服務器設備配置及硬件選型采用海康威視IS-VSE2034作為本平臺服務器,結合自主開發的分析儀軟件。該人臉實時分析服務器可同時實現對4路人臉抓拍通道進行實時分析,因此小于4個進站口的客站,只需配置1臺人臉實時分析服務器即滿足需求。當進站口大于4個而小于8個時,需配置2臺IS-VSE2034服務器,進站口大于8個時,依次累加。IS-VSE2034服務器硬件配置如表2所示。
2.2.2中心管理服務器、數據庫服務器、人臉后檢索服務器配置及硬件采用海康威視IS-VSE2056作為本平臺服務器。通過反復計算和不斷測試,1臺IS-VSE2056服務器可以實現中心管理服務器、數據庫服務器、人臉后檢索服務器的功能。為節約成本,把數據庫、后檢索、人臉比對功能均放置在IS-VSE2056服務器上實現。每個客站配置1臺IS-VSE2056服務器。IS-VSE2056服務器硬件配置如表3所示。
2.2.3存儲服務器系統配置及硬件選型對于存儲設備的選擇,可通過下列計算得出需要的存儲空間:系統采用720P高清監控攝像機,標準分辨率是1280*720,通常色深為32bit(紅綠藍三原色各8bit,亮度信息8bit)。其體積為:1280*720*32bit*=29491200bit。換算為字節容量,就是29491200/8=3686400字節,即每秒流量約3.52M。因此,一個視頻單元所需容量為:每秒流量*3600*24*攝像機數量*天數(文件要求存儲10天以上)。即:3.52*3600*24*4*10=12165120M,存儲10天需要約11.6T。對于如此大的存儲需求,NVR已經無法滿足系統需求,因此系統配置了獨立的存儲設備,即IP/SAN磁盤陣列。每個視頻單元配置8塊2T的監控專用企業級硬盤,其中1塊作為熱備盤。采用RAID5存儲技術,有效保證了數據存儲的完整性和可靠性。當視頻單元大于1個時,硬盤數量依次增加,熱備盤只需要1塊。IP/SAN磁盤陣列硬件配置如表4所示。
2.3客戶端及報警系統客戶端及報警系統,即終端設備,由聲光報警器和客戶端PC組成。在每個客站的公安值班室,為其配置一臺客戶端PC。結合開發的人員卡口系統軟件,能夠通過網絡調取數據庫里的抓拍圖片,查詢錄像、人臉對比并實現自動聲光報警功能。
2.4系統軟件配置針對此次的客站安檢高清智能監控項目,在服務器的平臺上,以SQL2008數據庫作為基礎,自主研發了人臉實時分析軟件、人臉后檢索軟件、客站安檢高清智能監控及人員卡口系統管理平臺軟件、客戶端軟件等智能監控專用軟件。通過這些軟件的應用,實現了人臉智能分析、人臉后檢索、人臉比對、對歷史人臉圖片和關聯錄像的查詢及回放以及自動報警等功能。
3.高清智能監控系統功能
3.1人臉建模通過人臉實時分析服務器,對抓拍機采集的人臉圖片,通過自身的數據庫設定,符合建模要求的,根據通道序號、采集時間建立人臉庫。同時,系統支持用戶導入照片文件夾或者視頻錄像進行人臉檢測和建庫。
3.2人臉查詢可以通過查詢終端的軟件連接到中心服務器,并通過對需要查詢的通道序號、時間的設定,查詢相關人臉圖片。
3.3人臉檢索及關聯錄像查詢用戶可以輸入某個人臉圖片,通過相似程度的設定,系統將自動與人臉庫中的所有人臉圖片進行對比,最終將根據所對比的相似值列出最相似的人臉圖片。當檢索出目標人臉圖片后,還可以通過客戶端軟件查看原圖,更精準地定位其曾經出現的時間、地點及周圍環境。另外,通過人臉圖片與錄像的關聯設置,可以查詢與目標人臉圖片相關聯的監控錄像,更加直觀掌握目標人物的一舉一動。
3.4人臉比對用戶建立重點人員黑名單庫,系統能夠將實時抓拍的人臉圖片與黑名單庫進行比對。一旦發現與黑名單庫一致的人臉圖片時,系統將自動彈出該人臉圖片及報警信息。
4.系統在鐵路客站上的應用在系統測試完畢之后,按照鐵路局文件要求,在鄭州局管內30個客站安裝了本系統。所有客站均采用數字高清攝像機,分辨率達到百萬像素,核心交換機均帶有上傳接口,為后期聯網做好準備。為了讓抓拍圖片的清晰度達到最高,通過反復測試,把人臉抓拍圖片的大小設定為最大120mm*120mm,最小80mm*80mm。經過現場實測,當光照強度達到80lx以上,抓拍圖片大小在上述設定范圍內時,人臉抓拍率能夠達到95%以上。在圖像抓拍之后,建模服務器對人臉圖片進行建模。為了提高圖片比對的有效性,設定2/3人臉未識別,則不建模,比如人臉帶有口罩、帽子、較大的眼鏡等。對黑名單的設定,則是本人5~10年內正面無修飾的清晰圖片,與本人年齡跨度較大的圖片不加入黑名單。通過這種合理設定,比對率能夠達到80%以上,系統各項技術指標均達到了文件要求。
5.結論
本系統接入公安網后,黑名單庫可以進行實時更新,系統能夠自動對抓拍圖像與黑名單庫進行對比,并自動報警。同時,該系統通過二次開發,在智能監控平臺上,系統通過對車票信息的讀取,依據對持票人姓名或車次信息查詢,能夠檢索到該旅客在通過安檢區域的全部影像資料,從而實現對每位通過安檢區域人員的全程監控。在目前日益嚴峻的鐵路運輸安全形勢下,客站安檢區域的工作是保證鐵路安全運輸的源頭所在。客站安檢高清智能監控系統的應用,提高了客站安檢的工程效率,增強了客站的安全防護程度,為保障鐵路運輸和廣大旅客生命財產安全發揮著重要的作用。