基于人脸识别的智能安防监控系统的设计与实现

郑春红

（青岛职业技术学院信息学院，青岛 266000）

0 引言

安防监控系统是如今保护人民群众生命财产安全和侦破各类刑事案件的首要技术保障。在当前安防需求膨胀的形势下，其在安全技术防范领域的运用也越来越广泛。目前，安防监控系统主要依赖人的视觉判断，而缺乏对视频内容的智能分析。当监控区域发生安全事件时，往往需要通过人工查看大量视频数据，由于存储空间的局限性，需要定期对视频资源进行清理，从而丢失大量原始数据。

在互联网技术和大数据技术的驱动下，人工智能已在我们的生活以及各个行业产业领域有了广泛应用，形成了时代经济的新形态，带动了新产业蓬勃发展。智慧安防、智慧交通、智慧旅游、智慧金融、智慧家居、智慧医疗、智慧社区、智慧农业、智慧政务等已经屡见不鲜。计算机视觉作为人工智能领域的核心板块之一，应用领域占比超过30%。计算机视觉技术在对目标进行识别、跟踪、测量、反馈和解析等方面的技术精密度及产能效率已经远超人眼，因此被广泛应用于安防系统。

安防监控系统主要包括视频监控系统、电子门禁系统、电子巡更系统等子系统。

视频监控系统可供相关管理人员实时查看各个区域的监控视频影像；电子门禁系统是保障一些重要部门出入口安全的重要防范措施；巡更系统作为安防系统的重要组成部分，在很多需要安全保障的场所都有广泛的应用，如校园、企业、工厂、居民区、大型商场、景区、博物馆等，需要安保人员或管理人员对各个区域进行定点定时巡更，消除各类安全隐患，保障人员和物资的安全。

目前，视频监控系统只是显示各个监控区域的视频影像，需要监控人员持续地盯着屏幕，这种人工监控的方式工作强度大，对一些可疑人员的非法入侵行为不能实时进行监管；电子门禁系统存在PA攻击（presentation attacks）的风险和漏洞；巡更系统，主要是电子巡更系统，并且大部分的电子巡更系统需要手持巡更设备，在巡更人员巡更回来之前，领导无法查看记录，不能确定巡更人员的身份信息，也不能实时查看巡更人员是否按时、按顺序、按要求完成巡检，导致巡检监管难度大，这对于一些安全性要求较高的部门，如部队、公安、消防、电力、武警等，无疑是很难接受的。

基于人脸识别的智能安防监控系统，可以对非法人员的入侵进行实时报警；门禁系统中采用PAD（presentation attack detection）算法降低PA攻击的风险，确保人脸识别的准确率；智能巡更系统，无需手持巡更设备，无需在巡更点安装巡更机、信息钮、IC卡等设备，可以利用安防系统部署的监控摄像头，通过人脸识别，实时采集并存储巡更人员的信息，根据巡更信息可以实时绘制巡更轨迹。管理人员可以实时检查巡更人员的轨迹，也可以事后通过查询还原巡更人员的轨迹。

1 系统设计

基于人脸识别的智能安防监控系统，感知层由各类场所的关键区域安装部署的监控摄像机组成，这些感知设备通过网络连接配置到智能边缘计算节点，系统可以通过摄像机实时采集人脸信息，并进行身份识别。该系统的网络拓扑图如图1所示。

图1 网络拓扑

基于人脸识别的智能安防监控系统主要功能模块包括非法人员入侵实时报警系统、智能门禁系统、智能巡更系统三个子系统。该系统的系统架构图如图2所示。

图2 系统架构

2 模块设计

2.1 非法人员入侵实时报警系统

该系统主要包括黑名单管理、非法人员入侵实时报警、区域人员密度分析等功能。如图3所示。

图3 非法人员入侵实时报警模块

用户可以通过上传黑名单，将非法人员的照片、身份等信息上传到系统中，也可以对上传的黑名单人员信息进行删除、修改等操作。

当黑名单中的非法人员出现在系统的监控区域，系统通过人脸识别获取到身份信息及位置信息，并将这些信息实时推送给管理人员，实现非法人员入侵的实时报警。

系统可以实时对布控区域的人员密度进行分析，方便管理与决策。

2.2 智能门禁系统

该系统主要功能包括人员管理、出入门控制、统计功能、查询等功能。如图4所示。

图4 智能门禁系统模块

用户可以通过人员管理功能将合法人员的头像等信息录入系统，也可以对这些信息进行删除和修改操作。

工作人员出入时，摄像头将抓拍人脸图像实时传入系统，系统通过人脸识别身份信息后与员工数据库进行比对，匹配后即可开门，无需工作人员携带任何证件或钥匙，即可实现自由出入。系统中采用PAD算法，可以有效防范2D图片的攻击，可靠性高。

统计和查询功能可以根据人员的部门、出入时间等进行统计，便于考勤记录的汇总，为人员考勤管理提供便利。

2.3 智能巡更系统

该系统主要功能包括巡更管理、人员密度分析等功能。巡更管理包括巡更人员管理、实时绘制巡更轨迹、巡更轨迹查询等功能。如图5所示。

图5 智能巡更系统模块

用户可以通过巡更人员管理上传巡更人员的头像等信息，也可以对已上传的巡更人员信息进行删除和修改操作。

系统可以根据各个巡更区域安装的摄像头实时采集并存储巡更人员的信息，实时绘制巡更轨迹，方便相关管理人员实时查看正在巡更的人员的轨迹信息。

用户可以通过巡更轨迹查询功能，对指定巡更人员在指定时间段的巡更轨迹进行查询。

3 数据库及算法设计

该系统的数据库设计，包括用于登陆权限验证的管理员信息表，用于非法人员入侵报警的黑名单记录表、报警记录表，用于智能门禁系统的员工信息表、出入信息记录表，用于智能巡更管理系统的巡更人员信息表、巡更记录表，用于人员密度分析的采集记录表等。

例如，在智能巡更管理系统中，添加巡更人员信息需要录入姓名、部门、年龄等信息，并上传图片，这些信息将保存到巡更人员信息表中。巡更人员在指定区域巡更时，系统将通过布控的监控摄像机实时抓拍人脸图像，并到巡更人员图片库中进行比对，如果比对结果超过设定阈值，系统会将比对结果实时存储到巡更记录表中，同时通过WebSocket将巡更信息实时推送到前端页面，从而实现实时绘制巡更人员的巡更轨迹。主要流程如图6所示。

图6 智能巡更管理系统流程图

4 应用前景

基于人脸识别的智能安防监控系统已在校园的实验室中进行部署并完成了测试，测试结果表明该系统在非法人员入侵报警方面的准确率高，可以及时发现非法人员并推送给管理人员，有效防范和限制了各类非法人员入侵校园，可以有效辅助公安系统快速办案，消除治安隐患，极大地保障了校园环境的安全。经过测试，人员密度分析可以实时显示各个监控区域的人流密度，通过密度数据可以辅助决策，如在校园中，学生可以根据各个区域的密度信息，决定去哪个食堂，或去哪个超市。经过测试，该系统中智能门禁系统可以有效防范人脸图片的非法攻击，出入信息的统计查询功能可以用于实验室的管理，提高了工作的效率。经过测试，智能巡更系统可以实时绘制巡更人员的巡更轨迹，如校园安保人员，管理人员可以通过系统实时查看正在巡更的安保人员巡更的轨迹，有效预防巡更人员不负责任、巡更不到位等行为，确保校园各个区域在特定时间巡查到位，一方面提高了管理效率，另一方面有效消除校园各个区域的安全隐患。

该系统除了可以应用于校园，也可以应用于工业重地、政府机构、医疗机构、景区、住宅小区、监狱、重点文物场所等对安防监控有较高要求的区域。

5 结语

本文针对目前安防监控系统存在的弊端，提出基于人脸识别的智能安防监控系统，该系统目前主要包括非法人员入侵报警系统、智能门禁系统、智能巡更系统。

该系统在校园的实验室中进行部署并完成了测试，实验表明，非法人员入侵报警系统可以实时通过监控设备识别到黑名单中的人员并进行报警信息的推送；智能门禁系统可以有效防范人脸图片的非法攻击；智能巡更系统可以通过监控设备实时采集比对巡更人员信息并实时绘制巡更轨迹，也可以根据指定巡更人员和巡更时间段查看巡更记录。

未来，该系统将进一步扩大需求，设计并实现在不同应用场景下的危险行为报警功能，如在校园中，根据监控设备采集到的影像信息进行肢体检测，检测学生打架行为报警；在加油站中，通过监控设备采集图像识别吸烟行为并进行报警；在建筑工地中，通过监控设备采集图像识别不戴安全帽行为进行报警等。这些功能的实现，要依赖于人工智能的图像识别技术，针对不同的需求，采集大量的数据，训练出相应的模型并进行实际的应用。