薛力群

摘要：為填補(bǔ)傳統(tǒng)人為管理方式的不足，使用信息技術(shù)提升樓內(nèi)人員行為活動(dòng)的識(shí)別和管理水平，本文對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)在智慧樓宇中的應(yīng)用展開(kāi)了深入研究?；趯?duì)人臉識(shí)別系統(tǒng)和智慧樓宇各信息系統(tǒng)的分析，提出系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互的方案。從場(chǎng)景應(yīng)用角度出發(fā)，針對(duì)樓宇中涉及人員活動(dòng)的場(chǎng)景，研究人臉識(shí)別技術(shù)在這些場(chǎng)景中的運(yùn)用，達(dá)到在智慧樓宇中充分利用人臉識(shí)別技術(shù)優(yōu)勢(shì)的目的。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別;智慧樓宇;物聯(lián)網(wǎng);大數(shù)據(jù);機(jī)器學(xué)習(xí);圖像處理;特征識(shí)別

0 引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活需求的日益提升。智慧化樓宇近些年已經(jīng)在眾多城市中展開(kāi)了建設(shè)。樓宇是否智慧取決于人們?cè)跇莾?nèi)的體驗(yàn)是否便捷、舒適和人性化，而人臉識(shí)別技術(shù)是樓宇用來(lái)感知樓內(nèi)人員活動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)手段。目前人臉識(shí)別技術(shù)除了能夠快速感知并精準(zhǔn)識(shí)別，還能根據(jù)采集的視頻對(duì)人進(jìn)行行為分析。為了讓人臉識(shí)別技術(shù)在智慧樓宇中更加充分和有效地應(yīng)用，需要探索和研究人臉識(shí)別技術(shù)在智慧樓宇中的專(zhuān)長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。本文基于人臉識(shí)別技術(shù)和樓宇智慧技術(shù)，分析和設(shè)計(jì)人臉識(shí)別系統(tǒng)和樓宇信息系統(tǒng)之間的交互方案，研究人臉識(shí)別技術(shù)在智慧樓宇的具體應(yīng)用。做好人臉識(shí)別系統(tǒng)與樓宇其它系統(tǒng)之間信息的互通互動(dòng)，使智慧樓宇具備更好的安全、管理、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1 智慧樓宇與人臉識(shí)別技術(shù)

1.1智慧樓宇

傳統(tǒng)意義上的樓宇發(fā)展已暴露出諸多問(wèn)題，例如：管理粗放、運(yùn)營(yíng)成本高、設(shè)備閑置率高、人性化的設(shè)計(jì)難以落地、缺乏信息化手段等。智慧樓宇的建設(shè)愿景是向人們提供一個(gè)安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境，雖然其相較于傳統(tǒng)樓宇運(yùn)用了更多前沿的信息技術(shù)，但只有在樓宇建設(shè)中利用好信息技術(shù)才能使樓宇具備智慧能力。智慧樓宇作為科技與建筑的完美融合，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，不但更好地解決了傳統(tǒng)樓宇出現(xiàn)的問(wèn)題，而且還實(shí)現(xiàn)了建筑物理系統(tǒng)與人、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、服務(wù)系統(tǒng)的良好聯(lián)系，進(jìn)而使樓宇逐步具備感知、記憶、判斷和決策等綜合智慧能力。智慧樓宇從人員管理、空間管理、能源管理、設(shè)備管理等多維度賦予了樓宇更多特色、人性和智慧的功能。

1.2 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)，人臉識(shí)別方式與其它生物識(shí)別方式相比的主要優(yōu)點(diǎn)在于非接觸性、非侵?jǐn)_性、硬件基礎(chǔ)完善和采集快捷便利，還具備良好對(duì)外拓展性。人臉識(shí)別的整個(gè)發(fā)展過(guò)程經(jīng)歷了機(jī)械識(shí)別、半自動(dòng)化識(shí)別、非接觸式識(shí)別階段，正隨著相關(guān)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的深入研究具備了穩(wěn)健的應(yīng)用條件。目前主要從公共安全、信息安全、政府職能、商業(yè)企業(yè)、場(chǎng)所進(jìn)出等多個(gè)維度進(jìn)行運(yùn)用，可預(yù)見(jiàn)在未來(lái)具備很高的應(yīng)用價(jià)值。人臉識(shí)別技術(shù)是智慧樓宇信息技術(shù)中的重要組成部分，利用人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化管理，創(chuàng)建樓宇便捷和安全的生活、辦公環(huán)境，為智慧樓宇的集約化、平臺(tái)化、接口化和人性化做支撐。與樓宇中各子系統(tǒng)深度打通，最終實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別技術(shù)與智慧樓宇進(jìn)行更深層次連接，使智慧樓宇中的管理、服務(wù)、運(yùn)維等方面得到質(zhì)的提升。

2 智慧樓宇中人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1人臉識(shí)別系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

人臉識(shí)別的采集處理包括圖像獲取、人臉預(yù)處理、特征提取、特征比對(duì)、人臉識(shí)別結(jié)果輸出5個(gè)過(guò)程。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖像獲取中采集設(shè)備會(huì)自動(dòng)搜索在拍攝范圍內(nèi)的人像并捕獲，可以采集到的有靜態(tài)圖像、動(dòng)態(tài)圖像、不同的人員位置和人員表情等。采集的原始圖像由于受到各種條件的限制和隨機(jī)干擾，必須通過(guò)圖像預(yù)處理對(duì)其進(jìn)行灰度校正、噪聲過(guò)濾等圖像預(yù)處理。根據(jù)預(yù)處理后的圖像對(duì)人臉特征和其之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的幾何描述進(jìn)行特征提取。提取到人像特征后，將待識(shí)別的人臉特征與已得到的人臉特征模型進(jìn)行特征比對(duì)，人臉特征與數(shù)據(jù)庫(kù)中特征模型比對(duì)相似度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)代表匹配成功，反之則匹配失敗。系統(tǒng)將匹配結(jié)果通過(guò)協(xié)議接口輸出到其它平臺(tái)或者系統(tǒng)為應(yīng)用決策判斷提供數(shù)據(jù)支撐。

模型訓(xùn)練部分包括了模型特征建立、特征更新、人臉大數(shù)據(jù)建立3個(gè)過(guò)程。采集到人像后根據(jù)系統(tǒng)算法生成該人的特征模型，并將每一位錄入人員的特征模型保存至數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)進(jìn)行人臉識(shí)別時(shí)，將獲取到的面向處理成面紋編碼與庫(kù)中的特征模型檢索比對(duì)。人臉特征更新一方面來(lái)自于新信息的導(dǎo)人，另一方面在特征比對(duì)過(guò)程中，若匹配成功，將此人的實(shí)時(shí)人臉特征更新到人臉大數(shù)據(jù)中。以滿(mǎn)足人臉部微小動(dòng)態(tài)變化和不同環(huán)境中的特征匹配需求，從而增加了人臉識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，同時(shí)也豐富了人臉大數(shù)據(jù)平臺(tái)。人臉大數(shù)據(jù)的建立主要來(lái)源于3種途徑：對(duì)接外部面部數(shù)據(jù)平臺(tái)、區(qū)域范圍內(nèi)人員數(shù)據(jù)錄入和使用過(guò)程中面部特征數(shù)據(jù)更新。

2.2 人臉識(shí)別系統(tǒng)與智慧樓宇信息系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)

中國(guó)對(duì)于智能建筑已發(fā)布了智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50314-2015），標(biāo)準(zhǔn)中提出智能建筑工程設(shè)計(jì)應(yīng)增強(qiáng)建筑物的科技功能和提升智能化系統(tǒng)的技術(shù)功效，具有適用性、開(kāi)放性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。智能建筑按工程架構(gòu)層次分別以基礎(chǔ)設(shè)施、信息服務(wù)設(shè)施及信息化應(yīng)用設(shè)施展開(kāi)。其中信息化應(yīng)用設(shè)施包括了公共應(yīng)用設(shè)施、管理應(yīng)用設(shè)施、業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)施、智能信息集成設(shè)施等，人臉識(shí)別與樓宇信息系統(tǒng)的交互示意如圖2所示。

智慧樓宇是在智能建筑的基礎(chǔ)上，通過(guò)利用機(jī)器學(xué)習(xí)、人臉識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)來(lái)改變?nèi)藗兣c樓宇系統(tǒng)的交互方式，從而大力提升樓宇系統(tǒng)運(yùn)行的有效性、靈活性、響應(yīng)速度、環(huán)境友好水平、以及樓宇資源和能源利用效率。

對(duì)智慧樓宇的信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，人臉識(shí)別系統(tǒng)的作用主要是為樓宇信息化應(yīng)用設(shè)施提供人員識(shí)別技術(shù)支撐。所以人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)智慧樓宇的公共應(yīng)用系統(tǒng)、管理應(yīng)用系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、智能信息集成系統(tǒng)等其它信息化系統(tǒng)提供協(xié)議接口，各個(gè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)將獲取的圖像傳遞到人臉識(shí)別系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、面部特征提取、特征比對(duì)后將識(shí)別結(jié)果輸出并通過(guò)接口反饋回該系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)識(shí)別結(jié)果做出下一步?jīng)Q策判斷。整個(gè)過(guò)程響應(yīng)快速、無(wú)延遲，該系統(tǒng)為樓宇其它信息系統(tǒng)做人臉識(shí)別服務(wù)，更加集約、高效，同時(shí)也保證了識(shí)別的準(zhǔn)確性和安全性。

3 應(yīng)用場(chǎng)景

3.1出入管理

將人臉識(shí)別閘機(jī)裝配在樓宇的各個(gè)出入口處。后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)全部閘機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理。人員通行時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行特征比對(duì)。內(nèi)部人員直接刷臉進(jìn)出人行通道閘機(jī)，外來(lái)訪(fǎng)客可現(xiàn)場(chǎng)登記也可通過(guò)網(wǎng)上提前預(yù)約，上傳照片至預(yù)約平臺(tái)，經(jīng)后臺(tái)管理員批準(zhǔn)后可刷臉通行。在人員通行過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄被識(shí)別人員的相關(guān)信息，包括抓拍人臉圖像、身份信息、出入時(shí)間、出入位置等。人臉識(shí)別運(yùn)用在出入管理場(chǎng)景中節(jié)省了人員出入時(shí)間。人員的來(lái)訪(fǎng)也得以高效有序管理，很好地提升樓宇智慧形象。

3.2 樓宇安防

“人臉識(shí)別+安防”系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)安防，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵區(qū)域管控、人跡跟蹤鎖定、自動(dòng)報(bào)警和無(wú)人巡更等功能，加強(qiáng)了對(duì)樓宇的精準(zhǔn)化安防管理。在樓宇內(nèi)關(guān)鍵區(qū)域布放智能攝像機(jī)，實(shí)時(shí)對(duì)通過(guò)重點(diǎn)區(qū)域的人員進(jìn)行識(shí)別、統(tǒng)計(jì)、分析、記錄和比對(duì)等，自動(dòng)告警陌生人長(zhǎng)時(shí)間駐留、短時(shí)間內(nèi)多次經(jīng)過(guò)等可疑行為。人跡跟蹤將各攝像機(jī)得到的畫(huà)面數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，繪制人員的“路徑+行為”畫(huà)像并存儲(chǔ)，可通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)調(diào)出查閱歷史人員的“路徑+行為”。人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)每層樓的進(jìn)出人員進(jìn)行視頻研判，統(tǒng)計(jì)人群性別、數(shù)量為其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。人臉識(shí)別系統(tǒng)還可以納入自動(dòng)巡檢機(jī)器人，填補(bǔ)了固定攝像頭無(wú)法單點(diǎn)移動(dòng)、方位變換的短板。

3.3 消費(fèi)支付

目前流行的掃碼支付流程是通過(guò)手機(jī)下載APP、登錄賬戶(hù)以及記住各種支付密碼，商家在消費(fèi)高峰期收銀也非常的麻煩，另外還有一部分消費(fèi)者會(huì)忘記帶手機(jī)出門(mén)等狀況。為此，智慧樓宇內(nèi)部消費(fèi)平臺(tái)與樓宇內(nèi)部人員支付端進(jìn)行綁定，人臉支付系統(tǒng)通過(guò)增加“3D結(jié)構(gòu)光”技術(shù)的攝像機(jī)對(duì)人臉數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。采集完成后，系統(tǒng)根據(jù)采集到的圖像進(jìn)行處理，整個(gè)人臉支付的流程包括了商品掃描、輸入手機(jī)號(hào)、掃描人臉進(jìn)行支付、支付完成。已開(kāi)通人臉支付的內(nèi)部人員在樓宇中即使不帶手機(jī)、不帶卡、不帶現(xiàn)金也可以通過(guò)“刷臉”確認(rèn)后在樓內(nèi)進(jìn)行吃飯、購(gòu)物、繳費(fèi)等消費(fèi)支付行為?！八⒛槨敝Ц豆?jié)省了消費(fèi)支付時(shí)間，還為樓內(nèi)商家收費(fèi)和人員的支付活動(dòng)提供了便捷。

3.4 物品存取

現(xiàn)在樓宇內(nèi)設(shè)置的物品存取柜可存取快遞和個(gè)人物品，提供存取服務(wù)。在智慧樓宇中人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)物品存取柜開(kāi)放驗(yàn)證接口，用戶(hù)選擇寄存或者取走選項(xiàng)，寄存時(shí)掃描并記錄用戶(hù)信息和物品信息，完成后打開(kāi)柜門(mén)進(jìn)行放置物品。當(dāng)用戶(hù)打算取走已放置的物品時(shí)，存取柜掃描人臉后，根據(jù)人員登記信息（姓名、手機(jī)號(hào)等）去匹配物品信息，驗(yàn)證成功后自動(dòng)打開(kāi)柜門(mén)讓用戶(hù)存取物品。使用存取服務(wù)后，可直接選擇使用刷臉付費(fèi)方式。對(duì)于快遞的配送物品和人員自有物品的存取，“人臉識(shí)別+物品存取”系統(tǒng)相連不僅縮短了存取時(shí)間，還防止了冒領(lǐng)他人物品的不良行為。

3.5 設(shè)備租借

智慧樓宇中人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)物資管理平臺(tái)提供驗(yàn)證和信息接口。智慧樓宇物資管理平臺(tái)以RFID無(wú)線(xiàn)射頻或二維碼等技術(shù)手段對(duì)設(shè)施和設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理，當(dāng)樓宇內(nèi)住戶(hù)、辦公人員等租借使用設(shè)備時(shí)，進(jìn)人物資管理平臺(tái)刷臉登記和填寫(xiě)設(shè)施設(shè)備租借信息，物資管理平臺(tái)通過(guò)審核后把物資分派給用戶(hù)。流程完成后用戶(hù)可直接選擇使用刷臉付費(fèi)方式?！叭四樧R(shí)別+租借”方案將人員與設(shè)備的關(guān)系對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成物資租借清單，防止使用他人名義租借設(shè)備，避免了后期出現(xiàn)設(shè)備登記混亂產(chǎn)生糾紛的情形。在設(shè)備租借中應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)不僅為租借人員提供了便利，也為工作人員減少了工作量。

3.6 打卡簽到

在人員考勤場(chǎng)景中將人臉識(shí)別系統(tǒng)與考勤系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，員工上下班站在人臉識(shí)別考勤機(jī)的識(shí)別區(qū)域內(nèi)，識(shí)別成功后報(bào)出員工的姓名則考勤成功，考勤機(jī)會(huì)快速的記錄考勤狀況并保存記錄。目前傳統(tǒng)的會(huì)議簽到無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速、大流量的簽到，往往導(dǎo)致參會(huì)人員排隊(duì)紙上簽到的現(xiàn)象，特別是簽到高峰時(shí)問(wèn)題更顯突出。使用人臉識(shí)別簽到，識(shí)別的人臉圖像對(duì)比人員庫(kù)內(nèi)的人像特征模板，可以遠(yuǎn)距離簽到、多人同時(shí)簽到，適應(yīng)各種復(fù)雜場(chǎng)景，簽到效率高速快捷。通過(guò)人臉識(shí)別簽到人員，對(duì)比系統(tǒng)內(nèi)的人員名單，記錄比對(duì)結(jié)果，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)簽到記錄并可導(dǎo)出打印。

3.7 關(guān)照特殊人群

人臉識(shí)別還能賦予樓宇更加人性化的關(guān)照服務(wù)。對(duì)樓宇中的獨(dú)居老人、殘障人士等特殊群體的關(guān)照。人臉識(shí)別系統(tǒng)能夠檢測(cè)到這些人員的出入信息，如果發(fā)生連續(xù)幾天都沒(méi)有這些人群的出人情形，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)提醒物業(yè)人員上門(mén)探望。人臉識(shí)別系統(tǒng)加入人員行為分析算法，可以分析出樓宇人員的情況（例如：人員跌倒、長(zhǎng)時(shí)間靜止等），在分析出樓宇情形符合人員危急情況特征時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出告警，提醒安保和物業(yè)管理人員進(jìn)行及時(shí)處理，避免事件進(jìn)一步惡性發(fā)展。在關(guān)照特殊人群方面，人臉識(shí)別技術(shù)的非接觸性、非侵?jǐn)_性是其它技術(shù)手段難以取代的，新一代信息技術(shù)最大程度的考慮到樓宇內(nèi)全部活動(dòng)人員的便捷和安全，凸顯了樓宇的智慧化和人性化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)優(yōu)勢(shì)和智慧樓宇特征的分析，提出了人臉識(shí)別系統(tǒng)與智慧樓宇信息系統(tǒng)交互方案，研究了人臉識(shí)別技術(shù)在智慧樓宇的出入管理、樓宇安防、消費(fèi)支付、物品存取、設(shè)施設(shè)備租借、打卡簽到、關(guān)照特殊人群等場(chǎng)景中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)人臉識(shí)別技術(shù)的充分應(yīng)用不僅在一定程度上提升了樓宇的運(yùn)營(yíng)效率，也為樓宇內(nèi)人員提供更為便捷、高效的服務(wù)。進(jìn)一步證明在信息時(shí)代人臉識(shí)別技術(shù)是打造安全、可靠、智慧、人性化樓宇環(huán)境的重要的信息技術(shù)手段之一，二者的融合為社會(huì)提供了很大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。