淺談公安人臉識別系統規劃方案

1 引言

隨著社會經濟的高速發展，城市規模不斷擴大，外來人口流動性越來越大，各大商超、市場、景區、學校、醫院、娛樂場所、工廠和重大活動場所等人流量密集區域的社會治安隱患問題愈加嚴峻。采用專業化人臉識別技術手段和設備加強這些區域的流動人群監控，不僅可以變被動為主動，還可以提高公安機關偵查工作的準確性和時效性，提升公安機關快速防范和應急能力，維護社會治安穩定，保障人們正常生產和生活，創造長治久安的和諧環境。

2 人臉識別系統整體架構和數據流向

公安人臉識別系統主要包括前端采集人臉攝像機，后端存儲、計算和應用分析平臺，以及人臉信息庫等幾個部分。其中，前端人臉攝像機可以是帶有抓拍功能的高清網絡攝像機，或者是計算功能前移的智能人臉攝像設備，也可以是方便快捷的移動終端設備。后端平臺主要包括視頻圖像的存儲、計算和人臉的比對分析，目前，一般是將視頻圖像的存儲統一由現有的視頻接入平臺完成，人臉識別分析系統主要負責人臉視頻解析計算和與人臉信息庫的比對分析等。人臉信息庫主要包括人臉抓拍庫、人臉注冊庫和黑名單庫三部分。其中的人臉抓拍庫和人臉注冊庫是屬于靜態信息庫，主要用于事后的查詢檢索目標，黑名單庫則是動態庫，主要用于實時比對預警。

如圖1所示公安人臉識別系統整體架構，其業務數據流向分析如下。

前端人臉攝像機所采集的視頻圖像數據，通過傳輸網絡上傳到分局視頻專網進行存儲、解析和分析處理，形成的結構化數據經過分局視頻專網和市局視頻專網之間的數據通道上傳市局視頻專網，然后由市局視頻專網和市局公安信息網之間的數據安全接入平臺，推送到市局公安網內人臉識別系統平臺，完成人臉數據的比對分析。同時，人臉視頻則經過分局的視頻專網和公安網之間的視頻安全接入平臺送往市局圖像綜合應用平臺。分局通過部署在公安網內的客戶端接入市局人臉識別系統平臺實現人臉比對結果的瀏覽、查詢等實戰應用功能。

圖1 公安人臉識別系統整體架構及視頻數據流向

3 前端攝像機規劃

3.1 前端建設場景

人臉識別系統主要功能是對人臉的識別、抓拍及預警，其前端人臉攝像機的建設場景有別于傳統視頻監控項目，傳統的視頻監控項目主要是為了滿足對全場景監控的要求，而人臉識別系統前端設備的布控場景重點是人流密集、集中的出入口、通道、路口等。所以，只有選擇最佳的布控場景，才能最大限度地發揮人臉識別系統的布控價值。

前端人臉攝像機主要選擇以下場景進行部署：

（1）門口

在大廈的大廳門口，醫院的門診、住院大廳入口，重要層樓的門口部署人臉攝像機，對經過門口的每個人能夠獲取到較高質量的人臉圖像。人臉攝像機可以吊掛安裝在頂棚上，應避免陽光直射，導致背景太暗，在設備選型時要考慮強光抑制功能。

（2）電梯口

在娛樂中心、休閑中心和大型商超等場所的電梯口部署人臉攝像機，能采集進入人員的視圖數據。人臉攝像機可以壁掛或者吊掛安裝于內側墻壁或者吊頂。

（3）人行通道

在地下商場的通道、人行過道等處部署人臉攝像機，這類場景的特點是人流按指定方向運動，因此在入口里側適當距離內的吊頂下吊掛方式安裝人臉攝像機設備，采集進入人員視頻圖像信息。

（4）商超的扶梯

大型商場和超市自動扶梯主要特點是扶梯通行速度不快，人流較為集中，人流密度大，人員的運動軌跡相對固定。在人員的上行扶梯盡頭吊頂處吊掛安裝人臉攝像機，采集上行人員的視頻圖像信息。

（5）公園、景區入口、售票口

在一些旅游景點的出入口、售票口等處安裝攝像機進行人臉抓拍，由于是室外場景，需要考慮光照問題。可以借桿或者新立監控桿安裝人臉攝像機設備，架設高度在2米～3米，具體高度根據現場情況確定，保證能夠抓拍到清晰的人臉視頻圖像。

（6）人行道

在人行道上靠近路口、單位入口、小區入口和商場入口等處面向行人走來方向部署人臉攝像機，采集人員的視頻圖像信息。此類場景可以和單位出入口、小區等出入口綜合考慮，共享共建。現場勘察時應注意避免陽光直射和補光等問題。

（7）封閉公交站臺

在封閉公交站臺出入口內側吊頂下面吊掛安裝人臉攝像機，需要注意避免陽光直射和夜晚補光。

（8）重大活動

在一些重大的節日慶典、商業活動場所的出入口，可以采取部署由固定人臉攝像機和移動終端組成的“動靜”組合模式，采集流動人員的人臉視頻圖像信息。

3.2 前端安裝要求

3.2.1 攝像機安裝要求

攝像機設在監控區域正前方面向來人方向，一般正面抓拍人臉。人臉攝像機的安裝高度大約2.5米左右，攝像機監控的水平距離大約5米（視鏡頭焦距調整）。人臉攝像機的俯視角建議設置15°左右，攝像機的左右偏轉度數小于30°。人臉攝像機安裝示意圖如圖2所示。

圖2 人臉攝像機安裝示意圖

另外，由于人臉攝像機的安裝位置主要是為了能夠正面拍到清晰的人臉，因此需要盡量避免前后人臉遮擋或者人臉被其他物體遮擋的情況，還要注意不要出現畫面歪斜情況。

監控區域盡量避開逆光環境，否則可能會導致人臉照度達不到光照要求。如果實在無法規避逆光環境建議選用帶有強光抑制功能攝像機或者通過調節圖像參數優先保證人臉的拍攝效果。

3.2.2 攝像機補光要求

在光照條件較好的區域，可借助環境光線實現清晰的彩色監控，對于光照條件較差或無補光的監控區域，須采用紅外補光方式實現光照條件的增強。

對于槍型人臉攝像機因監控范圍較固定，則可采用紅外補光燈的方式進行定點補光，槍型人臉攝像機的補光距離應達到30米以上。具體要求如下：

（1）目標人員正臉光照強度應不低于100 lux。（2）目標人員側臉光照強度應為100～200 lux。

（3）目標人員背光照強度低于正面光照強度。否則需要采取強光抑制，減弱側面光照影響，消除“陰陽臉”和“背光”現象。

（4）補光：是指利用額外光源來改善現場的光照條件，提高人臉圖像的采集效果。主要補光措施有：普通射燈補光、白熾燈補光和其他補光措施，但是要注意不要影響到行人的正常活動。

3.2.3 攝像機室外防護要求

對于安裝在室外的人臉攝像機，由于長期工作在室外，受到風吹日曬雨林的損害，沿海地區還會受到鹽霧等影響，為了保證前端設備工作的穩定性以及后期維護的便捷性，前端設備需滿足以下要求：

（1）為提高前端視頻采集系統穩定性，攝像機供電電壓盡量選擇AC24V，（市電農電AC220V轉AC24V），因為相對于直流供電，交流供電更適合于室外長距離應用，壓降較小，不易受到雷擊。考慮到部分點位電壓不穩定，攝像機應滿足一定的電壓變化范圍。

（2）攝像機應能夠支持寬溫度范圍的工作，可以根據不同地域的全年氣溫變化情況選取攝像機的工作溫度范圍，此工作溫度范圍越寬越好，以保證夏天太陽直射下攝像機不會因溫度過高而停止工作，冬天氣溫較低時不會無法啟動的情況。應選取在烈日照射下圖像不泛白，長時間曝曬時，設備的傳感器不易損壞的攝像機設備。

（3）室外安裝的人臉攝像機護罩的防護等級需達到IP66以上，應配置防水支架、防水防護罩和防水配電箱，設備安裝時應使用防水膠、密封圈等措施達到防水要求。

（4）應采取防止小蟲進入的措施。

3.2.4 攝像機供電要求

人臉攝像機的供電一般取自配套的設備箱，設備箱的電源需就近引接。

當設備箱的電源從電線桿或墻壁引上時，新建的引上鋼管需采用Φ32鍍鋅鋼管。室外取電的引上鋼管還應做開口向下的彎頭，電源線由彎頭引出并接到公用電源，以避免開口向上。

當設備箱的電源從變壓器或者附件用戶配電箱等公用電源引接時，應采用管道、架空、墻壁及直埋等多種方式。

人臉攝像機的供電方案可采用放射式或樹干式方式（一點多攝像機處）供電，需根據現場具體情況確定。

人臉攝像機的配電線路采用YJV—1kV型交聯聚乙烯電纜穿Φ50碳素波紋管管道敷設。新建管道基本埋深為0.8 m；在過機動車道時需穿Φ100鍍鋅鋼管進行保護，在綠化帶內新建管道時埋深0.5 m。

（1）供電原則

本項目所需電力直接由公共電網220/380 V線路引入，依據攝像機監控范圍及用電負荷分布情況，就近卡式電表箱引出220V電源為人臉攝像機供電，采用低壓側計量方式，卡式電表箱、電度表精度及型號等技術參數由供電部門提供和安裝。

配電系統需在卡式電表箱中裝設SPD，放電電流不小于20 kA（8/20 μs）；在控制電源處裝設SPD，放電電流不小于5 kA（8/20 μs）；工程配電系統接地方式采用TN-S接地形式，并在監控點處做若干重復接地。

電力電纜在井內的接線采用熱縮式電纜頭制作工藝，保證接頭的防水及耐腐性能不低于電纜的相應指標要求。

人臉攝像機取電方式為集中就近取電，根據實際情況，取電線纜敷設方式為埋地管道取電（特殊情況下可采取架空取電）。

（2）取電方式

人臉攝像機可采用兩種供電方式，一種是集中供電，另一種是就近取電。由于前端監控布點是沿主干道和有關路口進行布放，點位分布廣，有條件的采取集中供電方式，沒有條件的采取就近引電方式供電。

（3）電纜材料選取及要求

配電電壓為220 V單相二線制，采用樹干式供電，配電線路采用YJV—1KV型交聯聚乙烯電纜。

全路電力電纜型號為YJV-1kV-3x2.5 mm2交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜（分架空自承式及管道纜），桿內引線采用2x1.5 mm2電力電纜纜。

3.2.5 攝像機防雷接地要求

人臉攝像機設備的防雷接地設計應需符合《通信局（站）防雷與接地工程設計規范》（GB 50689-2011）的要求。

新建監控桿需要按照國家和行業有關規定進行防雷接地網的建設，接地電阻要滿足規范要求。

新增設備箱采用二合一等電位防雷器，進行電源和網絡的避雷。其中，二合一等電位防雷器設備技術要求如下：

（1）220 V電源浪涌保護器部分：具備電源220 V和高清網絡信號等電位防雷功能；220 V電源浪涌保護器。

（2）網絡信號浪涌保護器部分：最大放電電流10 kA；響應時間：≤25 ns；頻率范圍：0～1 000 MHz；接口形式：RJ45。

3.2.6 攝像機接入方式

人臉攝像機一般采用租用運營商網絡或者自建網絡接入視頻監控平臺的措施。

3.3 前端功能要求

（1）高清性能

人臉攝像機在圖像質量方面要求更加清晰和細膩，在同等的環境基礎上，視頻圖像分辨率的提高意味著獲得比傳統攝像機更豐富的信息量，符合視頻監控系統高清化、智能化、網絡化和應用化的發展趨勢。

為了保證抓拍到效果清晰人臉，人臉攝像機的分辨率不低于1080p，高清攝像機的高清圖像要求達到600萬像素3072x2048@25fps以上分辨率，清晰度不小于2000TVL則效果更佳。

最低照度要求不低于彩色：0.0003lx，黑白:0.0001lx；灰度等級不小于11級。另外，人臉布控攝像機還應具備寬動態的特性、強光抑制性能和補光措施。

（2）智能化功能

根據實際需要，要求前端部署的部分攝像機具有智能分析功能。支持H.264、H.265、MJPEG視頻編碼格式，且具有High Pro fi le編碼能力。實現人臉區域自動曝光功能，可根據外部不同場景和光照變化自動調節人臉區域曝光參數。能夠識別人臉性別、年齡段和是否戴眼鏡。具備人臉檢測、區域入侵檢測、越界檢測、進入區域、離開區域、徘徊、人員聚集、場景變更、虛焦檢測、音頻異常檢測等功能。具有實時視頻透霧、ROI感興趣區域、SVC可伸縮編碼、視頻水印等功能。

（3）存儲功能

考慮到公安監控數據的重要性和安全性，為防止傳輸網絡故障或后端系統宕機引起的監控數據丟失，人臉攝像機增加SD卡存儲冗余方式，一旦傳輸網絡大面積故障，視頻數據暫存在攝像機內置的SD卡中，在短時間內保證數據不缺失，待傳輸網絡故障恢復后，再對數據進行斷點續傳。

3.4 立桿等建設方案

（1）監控桿和基礎

根據人臉攝像機的有效掛高以及最佳拍攝位置需求，確定新建監控桿的高度和橫臂的長度，一般人臉攝像機的安裝高度應在2.5米左右，因此監控立桿的高度應在3米以上。橫臂的長度則可以根據現場需求調整，一般在0.8～1.5米。立桿材質需采用熱鍍鋅鋼管，立桿口徑不小于Φ140/90 mm，壁厚不小于5 mm；懸臂口徑不小于Φ60 mm鋼管，壁厚不小于3 mm；桿體鍍鋅量不少于550 g/m2，鋅層厚度不少于85 μm，需要新建地錨。基礎尺寸不小于長500 mm＊寬500 mm＊深1 000 mm。

具體參數需要根據當地環境、地質條件等確定。

（2）設備箱

如果是室外設備箱則需要做好防水措施，并用配套管箍法蘭等安裝，設備箱內配置插排等電源控制設備，箱體按照具體需求編碼噴繪，箱體背板厚度應不小于1.5 mm，其余面板厚度應不小于1.2 mm厚，材質應為不銹鋼材料。還應包含電表、空開、接線端、插排、電源線、二合一等電位防雷器、噴涂等設備。

（3）警示標示牌

警示標示牌的尺寸一般參照客戶的具體需求定制。

3.5 前端傳輸網絡方案

從建設的經濟效益等因素考慮，前端人臉攝像機的視頻傳輸網絡主要采用租賃方式建設，個別區域有線傳輸設置困難，也可以采用4G無線網絡包月卡的方式。

有線傳輸租賃主要分為裸光纖租賃及PON網絡租賃兩種方式。其中，本項目前端人臉攝像機以PON網絡租賃方式。

單路人臉攝像機需求傳輸帶寬測算如下：

600萬像素人臉攝像機碼流按照8 Mbit/s，以雙流需求計算，每一路人臉攝像機所需的網絡帶寬為不低于20 Mbit/s。

4 人臉識別系統規劃方案

人臉識別系統主要通過動態人像系統和靜態人像系統在數據庫中進行圖片比對，快速識別可疑人員、黑名單人員，并且及時預警和防范。

動態人像系統整合了人臉跟蹤捕獲和識別、實時布控、過往路人軌跡查詢等功能。該系統被廣泛應用于居民區、商業區、火車站、地鐵站、快速公交站、機場、海關、商場出入口等人流密集區域。通過布控報警功能，可在第一時間預警黑名單人員進入監控區域。通過路人軌跡查詢功能可以查詢對象軌跡路線，確認對象出沒規律以及隨行同伴，為警方提供有效破案線索。

靜態人像比對支持十億級別的大規模人像庫的1:1，1:N，n:N比對，被廣泛應用于公安，金融等領域，可對城市人口以及重點人口進行建庫，通過人像比對可以快速精準確認被查詢人員身份。

人臉識別系統，是指通過在重點監控地點部署安裝高清網絡攝像機或復用原來建設的高清網絡攝像機設卡，對經過卡口的人員進行人臉抓拍，后臺的智能分析系統僅通過接入的視頻流、圖片流就可以實現實時的人臉識別、人臉抓拍、人臉數據存儲，并與數據庫進行實時比對，當發現目標人員時，系統自動發出報警信號，采用多種聯動方式通知值班人員。系統集高清人臉圖像的抓拍、傳輸、存儲，人臉特征的提取和分析識別、自動報警和聯網布控等諸多功能于一身，并具有強大的查詢功能及強大的通信、聯網功能，可廣泛應用于重要關卡的行人監控，可與車輛卡口系統一道構筑出具備車輛和行人監控的現代治安卡口智能監控系統。

4.1 業務流程

人臉識別分析業務包含人臉實時比對和人臉歷史查詢。其中實時比對發生在事前或事中，當系統發現有布控人員出現時，執勤人員可以迅速做出反應。歷史查詢則是針對事后重點人員排查，可通過可疑人員圖片查詢系統記錄的人員信息。

人臉實時比對的業務流程主要分為人臉信息的采集、匯聚、圖像獲取、計算和特征值抽取，然后根據人臉庫進行特征值的比對和識別。

如圖3所示為實時人臉識別業務流程：

4.2 人臉分析系統

人臉攝像機所采集的視頻圖像通過傳輸網絡同時傳送至天網平臺和人臉識別分析系統，人臉攝像機的設備管理和維護由天網平臺統一負責。設備采集的視頻流的存儲和轉發由流媒云存儲服務器負責，視頻的解析和結構化分析、人臉特征數據提取由人臉識別分析系統完成，分析后結果將上傳到市局視頻專網內相關平臺，然后經數據安全接入平臺推送到市局人臉平臺，完成人臉的比對和應用。

圖3 實時人臉識別業務流程圖

（1）人臉識別分析系統的數據采集、上傳和存儲

人臉分析系統前端攝像機所采集的視頻流經租用的運營商傳輸網絡上傳視頻專網，在分局視頻專網內完成匯聚、存儲和計算分析以及特征值抽取任務。

系統存儲設備完成數據的匯總、處理、傳輸、存儲，主要包含數據分發服務、消息總線、數據采集服務以及分布式緩存。數據分發服務負責解析產生的數據的接收、過濾、校驗，將數據推送到消息總線，數據采集服務負責從消息總線接收數據進行處理并再次過濾校驗，實現數據的處理、照片轉存，并將數據推送到應用系統、保存到存儲。

（2）人臉分析系統的視頻解析、結構化分析和特征值抽取

人臉分析系統對人臉攝像機獲取的人臉視頻，在后臺完成視頻的解析、計算分析。然后抽取特征值數據，上傳市局視頻專網對接公安網內的市局人臉識別系統平臺，實現人臉數據的比對分析和應用。

（3）人臉分析系統主要實戰應用功能

人臉識別系統主要實戰應用功能如下：

①軌跡還原

是指人臉分析系統對目標人員的臉部特征進行識別分析和判定，然后結合攝像機的定位，結合人員通過時間的先后關系，進行計算并在GIS地圖上可視化展示出目標人員的路線軌跡，并且能夠實時更新目標人員的當前位置信息，預判目標人員的行動路線，實現目標人員提前預警和布控，為警務人員提供直觀的破案線索，進一步提高辦案效率的目的。

②疑犯排查

系統可實現疑犯排查主要包括重點人員的排查和疑犯踩點排查兩大功能。

重點人員排查是指系統可以實現發生高危行為的非白名單庫人員進行提前預警和自動排查工作。當重點人員的高危行為發生次數高于系統預設數值時，系統便會自動產生報警信息。

疑犯踩點排查是指通過人臉分析布控系統，記錄并分析在設定的布控范圍內出現的人員，當有人員反復在某區域出現時，則視其為疑犯踩點，系統可以及時預警。同樣，人臉分析布控系統也可以設定高位時段如凌晨12點至5點，如果在一些重點區域捕捉到人員反復出現時，系統可以將人臉信息保存至黑名單庫，并產生提前預警功能。

③關系挖掘

對于非個體沖動性犯罪行為的有目的、有組織的團伙犯罪行為。在案件偵破過程中，在通過疑犯排查確認了一名疑犯后，可通過人臉分析布控系統，偵查該疑犯在整個系統中的某些重要點位，前后一段時間內是否一直有相同的人員出現，根據出現的吻合點位數量及時間差長短，列出可能為疑犯團伙成員的列表清單，系統還可以根據積分模型給出疑似團伙成員概率。

④軌跡碰撞

當不了解犯罪人員的具體特征信息，而是只了解犯罪人員作案時間、地點及逃竄路線時，則可通過在各個點位記錄數據的位置、時間信息，通過大數據碰撞分析，輸出符合條件的人員信息列表，以便進一步縮小排查范圍，提高辦案效率。

⑤報警推送

在動態布控視頻資源中，當檢測到有公安部在逃庫人員或重點人員時，系統能夠將產生的報警信息同時推送到PGIS地圖上距離報警位置最近的巡警警務通客戶端上，公安巡警可根據報警具體情況及時聯系指揮中心再次確認，獲得批準后及時趕赴現場進行抓捕。此功能一方面可提高犯罪人員抓獲效率，另一方面可減少危險人員對社會造成的危害。

（4）人臉識別系統的比對分析

①功能指標：

可實現目標庫管理：目標庫的創建、查詢、清空、刪除、導出功能；人臉圖片或特征入庫，獲取和刪除；

支持單庫人臉檢索和多庫人臉檢索；1:N單張照片（特征）與目標庫進行比對；

支持人臉屬性提取和人臉特征提取；

實時分析任務管理：創建、刪除、修改、查詢視頻分析任務；更新任務配置；

支持實時視頻流分析，支持視頻文件分析；

比對結果返回：抓拍結果返回；比對結果返回；屬性結果返回；

實時目標庫布控容量不小于20萬；

目標庫數量不小于200個；

人臉抓拍對實時視頻進行分析，抓拍人臉/頭肩，并對人臉做結構化處理，同時返回攝像頭信息和時間信息；

人臉比對：將抓拍到的人臉與目標庫中的圖片進行比對，超過閾值則返回比對結果，并能推送TopN的比對結果；

②性能指標要求：

單張圖片入庫速度不小于：20毫秒/張；

視頻處理能力：25幀/s/路；

任務結果返回：實時抓拍返回時間小于1 s，比對結果返回時間小于1 s；

單偵同時檢測、識別人臉的最大數量不小于20；

人臉抓拍大小：長寬大于20像素

抓拍率：99%；

識別率：誤識率為1%時，識別率為93.2%；

視頻接入方式：支持組播、GB28181視頻接入方式。

4.3 數據處理和存儲系統設計

（1）存儲設備處理能力

流媒體存儲設備用于對不同品牌高清攝像機的視頻流進行捕獲、存儲及實現按需調度，視頻流在視頻專網及公安信息網內傳輸方式為組播方式。

設備集成流式直存流式轉發、視頻數據直接共享、全局緩存等技術。

設備人臉攝像機錄像直存、公安交警執法辦案視頻上傳共享等公安視頻與圖片的存儲。

支持磁盤與節點故障短信報警。

可對接入的高清視頻信號進行圖像質量檢測，并向運維系統提供檢測結果信息。

能夠檢測和收集數字高清攝像機網絡和視頻流狀態，支持向上級管理單元發送本單元所有攝像機運行狀態。

接收公安局圖像綜合應用平臺信令服務器的攝像機編號和起止時間請求，返回歷史錄像列表信息，提供回放及下載服務。

支持遠程系統升級，統一圖形化界面配置，提供平臺統一配置管理接口。

統一集中時鐘服務器校時。

（2）視頻存儲容量計算

以一路600萬像素人臉攝像機為例，其碼流為8 Mbit/s。按照如下公式計算所需的8TB硬盤數量需求：

5 結束語

人臉識別系統的應用越來越普及，在社會治安和反恐處突等方面發揮了巨大的作用，隨著科技技術、計算能力和人工智能技術的不斷發展，智能人臉攝像機在某些特殊監控區域已經開始部署，正成為預防與打擊犯罪、應急聯動指揮、偵查破案、為社會安定保駕護航的強有力工具。