人脸识别技术在工程机械上的应用研究

胡 超

（徐州徐工矿业机械有限公司，江苏 徐州 221000)

一般大型工程机械价值昂贵，操作复杂，司机需要经过专业培训和车主许可才能操作设备。通常都是仅依靠钥匙来管理与操作设备，缺乏对用户的身份识别与记录[1]。随着科技的发展，人脸识别等技术已经在手机、门禁系统等领域成熟应用，但在工程机械领域应用较少，导致用户违章操作无法进行有效的责任判定，也不利于用户操作行为的改善与规范。

人脸识别技术虽然是如今比较先进的生物识别技术，与其他识别技术相比，其具有不可复制性[2]。但工程机械使用环境比较复杂，人脸识别技术也有其不确定性，需要结合密码登录进行最优化处理[3]。驾驶员行为监控模块（简称”DMS”)逐步在车辆上成熟应用起来，而且DMS 模块同时具备人脸识别功能[4]。

本文基于DMS 模块，将人脸识别技术引入大型工程机械设备中，再通过人脸识别和密码登录相结合，实现对设备操作进行许可，进一步结合物联网平台进行有效管理，从而实现为用户责任判定及售后服务提供可靠的数据依据，并利于有效纠正改善驾驶人员的操作习惯。

1 硬件组成及功能设计

将DMS 配套的摄像头接入DMS，DMS 处理视频信号，存储和管理人脸数据，比对人脸数据，并将视频信号转发给仪表，将人脸识别结果等信息通过总线传递给仪表，同时DMS 对司机行为进行监控，将违章信息通过总线传递给物联网终端。仪表显示人脸视频，同时负责人员登录的管理，激活DMS 进行人脸识别等操作，并将登录结果传递给控制器和物联网终端，控制器决定是否可以操作设备，物联网终端将用户ID 和违章信息等传递给物联网平台，物联网平台进行统计分析。图1 为硬件结构图。

图1 硬件结构图

2 用户登录设置设计

在仪表上，通过管理员的密码，可以进入登录设置页面，用户可以在仪表中设置登录方式。为防止人脸识别失败，影响使用，选择人脸登录时，必须要选择密码登录。

2.1 登录设置页面

进入登录设置页面后，可以设置密码登录和人脸登录，密码登录可以单独开启，当选择开启人脸登录后，密码登录自动开启。在登录设置页面中，可以进行添加用户、删除用户、添加人脸、删除人脸、修改密码、替换人脸以及初始化等操作。页面上可以显示出所有用户的ID 和人脸录入状态。

2.2 用户数据录入

2.2.1 密码登录设置

当进入登录设置页面，激活密码登录，添加用户，输入用户的ID 及其密码，仪表检查密码和重复密码是否一致，ID 是否符合编码规则，同时比对数据库里面的数据，检查ID有无重复。同时，仪表记录用户ID 及其密码，并显示用户ID。

2.2.2 人脸登录设置

当在登录页面中激活人脸登录后，用户ID 后面会出现人脸的图标，点击该用户的人脸图标，进入人脸录入页面，仪表会显示摄像头的画面，同时显示DMS 的状态，延时2s后，仪表将用户ID 发送给DMS，同时激活DMS 人脸录入程序，DMS 判断捕捉到的人脸数据是否正确，如果数据无误，DMS 存储用户ID 和人脸数据，并返回录入成功的状态值，最后仪表自动跳转到登录设置的页面。此时，该用户的人脸状态会显示为录入。

2.3 用户数据修改及删除

在登录页面中，可以修改用户的密码，修改人脸数据；还可以删除人脸数据，或直接删除用户。当人脸数据被清空后，系统会自动关闭人脸数据状态；当清空用户ID后，密码登录也会自动被关闭。

3 登录操作

3.1 直接登录

如果登录设置中，没有任何设置，仪表启动后直接进入主界面，进入主界面后，仪表通过总线给控制器发送仪表正常工作的信息。

3.2 密码登录

当仪表仅设置了密码登录，仪表启动后，显示密码登录界面，需要输入用户ID 和密码进行登录。登录成功后，仪表记录登录的用户ID，将登录成功的用户ID 发送至总线，然后跳转至主页，在主页上实时显示登录成功的用户ID，同时，仪表开始给控制器发送仪表正常工作的信息。如果登录失败，控制器会限制机器的动作。

3.3 人脸登录

当登录设置中，开启了人脸登录，仪表启动后，进入人脸登录页面。DMS 将识别到的人脸数据与数据库里的数据进行比对，如果比对成功，将成功信息和用户ID 通过总线返回给仪表，仪表收到信息后自动跳转至主页，并记录和显示用户ID。如果比对不成功，则返回失败的信息。当识别失败次数较多时，自动跳转至密码登录页面。

3.4 登录注销

每次断电之后，可以注销登录，送电之后，需要重新进行登录设备。为了能够直接切换用户ID，仪表菜单中设置了下班按钮。登录成功后，点击下班按钮，会重新回到登录页面。新的用户登录后，仪表会记录新的用户ID。图2 为登录流程图。

图2 登录流程图

4 司机数据的管理

当司机登录后，仪表可以将用户ID 持续发送给物联网终端，物联网终端通过移动网络将用户ID 发送给物联网平台，物联网平台统计每个用户的操作时间。由于DMS 还可以监测用户的违章行为，违章行为的种类和次数也都会被DMS 通过总线向外发送。这时，物联网终端可以将用户违章的信息向物联网平台发送，平台可以区分每条违章是哪个司机操作的。这样一方面可以统计每个司机的工作时间，也能统计每个司机的不良操作，实现对设备的有效管理。

5 实验与结论

上述技术方案已在新一代大型挖掘机上实施应用，该技术方案有效性与可靠性得到了充分验证，能够为用户责任判定及售后服务提供可靠的数据依据，并利于改善与纠正用户的操作习惯。同时提高了产品的智能化、信息化水平以及安全性。图3 为实际应用情况。

图3 实际应用示例

由于工程机械使用环境复杂，尤其矿山环境更加恶劣。人脸识别的核心技术在于识别算法，而识别率和准确率则是衡量算法的两个关键指标。在这种复杂的环境下，提高人脸识别率和准确率非常重要。

云计算平台下的人脸识别系统也逐渐被人们应用到社会生活的其他领域。我们可以尝试将人脸识别系统转移至云平台，通过云服务器进行人脸识别的数据处理，通过云平台统一管理，有效降低整车成本。