智慧小區人臉識別電梯門禁管理解決方案
智慧小區門禁人臉識別在安防行業已有多年的應用歷史，隨著人臉識別技術的發展，其應用范圍更加擴大，特別是深度學習技術驅動人臉識別無論在識別的準確度和精確度上都有了飛躍發展。電梯作為大樓必備的垂直交通工具，每年保持5%~10%的速度增長，不同的應用場合對電梯使用的權限管理需求也不一樣，重要大樓，如金融、政府大樓，高檔私人住宅等，對電梯使用權限的要求較嚴格，傳統的電梯登記權限管理方法，如IC卡，由于技術上的先天弊端，存在較多的使用局限性。人臉識別技術應用在電梯上，能大大提高識別的準確率，降低破解風險，確保真正的電梯登記權限管理。
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1、項目背景
隨著經濟的發展，目前國內已有許多高檔的住宅智慧小區和智能化的物業管理，而在這些場合的電梯使用上還采用傳統的登記權限管理方式。目前國內主流的IC卡電梯智能管理解決方案，由于在安全管理上存在較大漏洞以及使用存在的弊端，如IC卡易遺失、易偽造、已被盜用，因此尚未普遍推廣。針對此情況，需開發電梯登記權限管理更科學，更安全的方案，集自動控制技術，網絡通訊，傳感技術，對電梯使用、保安等進行全面的管理，使電梯具有優秀的保密性及安全性，而且需要隨時能用，成為智慧社區的重要組成部分。
人臉識別技術是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術。用攝像機或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉，進而對檢測到的人臉進行臉部識別的一系列相關技術，通常也叫做人像識別、面部識別。基于深度學習的方法已經成為人臉識別技術領域的重要發展趨勢和方向，這也帶動了人臉識別技術在電梯權限管理上的普遍應用。而隨著技術變革和應用的普及，建設大規模、分布式人臉數據庫及識別系統的成本不斷降低，識別的精度不斷提高。
在市場推廣應用過程中，發現人臉識別應用在電梯登記權限管理中，有以下優點：
(1)非接觸的，用戶不需要和設備直接接觸;
(2)非強制性，被識別的人臉圖像信息可以主動獲取;
(3)并發性，即實際應用場景下可以進行多個人臉的分揀、判斷及識別;
(4)不易偽造，不存在被盜風險;隨用隨刷;
但同時也存在較多的挑戰：
(1)對周圍的光線環境敏感，影響識別的準確性;
(2)人體面部的頭發、飾物等遮擋物，人臉變老等因素，需要進行人工智能補償;(如可通過識別人臉的部分關鍵特性做修正)。
(3)運用在梯控系統中，采集人臉圖像容易受周圍光線、角度、距離等問題造成人臉識別梯控不穩定。
但隨著人臉特征識別技術、局部關鍵部位識別技術、機器學習技術等的發展，以上弊端的影響越來越小。
人臉識別技術應用在電梯登記權限管理系統(以下簡稱“系統”)上，能把公用電梯變私有，極大的增強了物業管理的安全，提升了管理水平及效率，改變了物業管理形象，使得更加人性化;降低了電梯運行成本，降低電梯耗能，較少電梯維護、維修次數及費用，延長了電梯的使用壽命;控制人員進出，無法復制，安全性高。
2、系統設計
人臉識別電梯登記權限控制系統由安裝在電梯轎廂的人臉識別一體機、人臉采集器組成。適用于安全級別較高的環境，要求每層樓的用戶確認合法身份后才能正常使用，可以有效地防止閑雜人員非法進入，提高小區安全性。
電梯登記權限管理包括轎內登記權限管理和廳外登記權限管理，本文只論述電梯轎廂內人臉識別控制電梯登記權限管理。
2.1系統組件
電梯人臉識別登記權限管理系統主要由人臉識別終端，紅外傳感單元，協議轉換板，以及電梯控制系統組成。人臉識別終端包括攝像頭、圖像處理單元、邏輯處理單元、協議處理單元組成;紅外傳感器負責判斷轎廂內是否有人，其信號直接進入人臉識別終端;協議轉換板負責將人臉識別終端的RS232/RS485協議轉換成CANBUS協議，并負責將電梯控制系統下發的電梯數據轉成RS232協議包發給人臉識別終端，最終實現人臉識別終端與電梯控制系統之間的數據交互。
協議轉換板實時接收電梯控制系統CANBUS數據，包括電梯的基本狀態，如運行方向、電梯所在物理樓層以及電梯工作模式(自動、司機、鎖梯、獨立、消防等);協議轉換板同時接收的轎內指令的登記狀態，以此確認人臉識別終端登記的指令是否已經被成功接收并執行;與人臉識別終端通訊鏈路中，協議轉換板周期性將從電梯控制系統獲取的電梯基本狀態和指令登記情況實時下發到人臉識別終端。
人臉識別終端動態掃描電梯轎廂內的人臉圖像，當需要觸發登記命令或者開放權限命令時，通過RS232接口告知協議轉換板，協議轉換板確認收到后返回響應數據，否則人臉識別終端會定時繼續請求登記指令或開放權限請求指令，直至響應成功或請求超時。
2.2工作原理
電梯轎廂內安裝人臉識別終端，采用動態采集方式掃描人臉，安裝在轎廂內側上方，當乘客進入轎廂過程中，人臉即被掃描，如果檢測環節判斷當前掃描對象為人臉時，則進入識別環節，在此環節，終端將人臉信息通過本地比對或者網絡比對的方式得到比對結果，并將比對結果臨時存儲在比對列表中，同時借助紅外傳感，當判斷到轎廂內有人時，如果比對列表中無合法人臉，則由人臉識別終端發送開門保持命令給電梯控制系統，由電梯主控制器控制門機，保持電梯門敞開，并給出蜂鳴信號，提醒乘客出轎廂，如圖2所示;當檢測到存在合法人臉信息時，則采用兩種方式實現權限登記：第一種為開放對應樓層的權限，由于人臉信息在錄入系統時與該乘客的所在的樓層信息綁定，當識別到有效的人臉后，系統自動開放該人臉信息對應的樓層按鈕登記，乘客可自動登記轎內指令按鈕;第二種為自動登記人臉信息對應的樓層，無需乘客手動登記。兩種方法通過不同的協議區分實現。值得注意的是當電梯處于某些特殊狀態時，如消防返回、消防員、鎖梯、檢修、故障等，此時人臉識別終端控制登記權限功能將自動失效，電梯的登記權限由電梯控制系統全部收回，以完成優先級更高的操作。
本項目采用基于特征的方法進行人臉識別，該檢測方法不僅可以從已有的面部特征進行檢測而且可以從它們的幾何關系進行人臉檢測。和基于知識的方法相反，它是尋找人臉的不變特征用于人臉檢測。目前很多專家已經提出了許多先檢測人臉面部特征，后推斷人臉是否存在的方法。根據提取的特征，建立統計模型描述特征之間的關系并確定存在的人臉。本項目借助專業的人臉識別API(ApplicationProgramingInterface)接口，通過相關參數(如表1所示)抽取圖片中人臉的各個特征值，調用API返回結果格式如表2所示，具體的實現算法，本項目只應用不設計。
人臉信息的采集是人臉識別電梯登記權限控制的前提，系統需要預先得到已授權人員的信息，如人臉信息、人員對應的樓層信息，以及一些用戶信息等。在使用該系統之前，這些信息需準確無誤錄入管理系統。根據人員信息存儲的位置不同，本項目從實際應用角度出發，設計了本地存儲和網絡存儲兩種方案。本地方案，顧名思義，就是用戶信息和比對算法都存儲在人臉識別終端上，當需要更新人臉信息時，通過移動存儲設備將信息人工更新到人臉識別終端，該方案由于需要人為干預，因此使用方便性較差，另外人臉識別算法的更新也較不方便，但本地方案可無需增加網絡設備，能降低使用和運行成本;而網絡版方案在人臉信息采集和人臉算法更新等方面都優于本地版，人臉識別終端只是負責人臉采集和識別，人臉比較操作由分布式服務平臺實現，并由平臺返回識別結果，因此，人臉識別終端無需增加大容量存儲單元和高性能比對單元，使用和安裝方便。
3、系統參數
3.1電氣參數
人臉識別終端由于安裝在電梯轎廂內，其性能需達到轎廂環境要求，另外需支持紅外傳感等信號的輸入作為判斷轎廂是否有人的依據;另外通訊接口和電源電壓需考慮友好性和兼容性。本項目人臉識別終端的電氣參數如下：
人臉識別終端供電電源DC12V,主控板最大工作電流<500mA
邏輯板帶2路干觸點輸出;每個觸點的輸出特性為：導通電阻小于5Ω;截止電阻大于10MΩ;
輸出驅動能力為：AC125V0.3A/DC110V0.3A/DC30V1A;支持干觸點輸入，作為紅外傳感等信號的接入;
使用環境:溫度：0到正60攝氏度;相對濕度：20%--90%不結露;符合樓宇中使用的環境條件
儲存環境:溫度：負10到正90攝氏度;相對濕度:20%--90%不結露;
外部通訊接口：RS232、RS485、TCP/IP，通過協議轉換方式接入電梯控制系統
3.2人臉識別參數
人臉識別終端的關鍵之一是攝像頭(讀頭)，其性能優劣直接決定人臉識別效果。本項目采用的人臉識別讀頭參數如表3所示。
本項目人臉識別具有較好的體驗，從轎廂內抓拍人臉、提取特征，到完成識別比對響應速度<1秒;可根據業主進出的頻率高低，采用學習訓練方式，提高用戶特征識別的通過率;
后臺具備較高的負載并發能力，支持負載均衡，并發能力強。
4、結束語
人臉識別技術應用在電梯登記權限管理中能大大提高小區安全性，通過刷臉授權控制乘客對電梯的使用權限，為對安全性要求較高的樓宇提供了較好的解決方案。人臉識別技術作為安全防范技術中一個重要組成部分，逐漸從系統組成發展到嵌入式獨立工作，再到模塊化、芯片化，其準確度和防偽性能都在不斷提高，為人臉識別在電梯上的推廣應用提供較好技術保障，成為安全智慧社區建設的重要組成部分。
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