校園車輛管理系統(tǒng)與校園監(jiān)控系統(tǒng)功能融合的應(yīng)用研究
——以南通理工學(xué)院安保建設(shè)為例

姜玉華 范 軍 朱 樺

(南通理工學(xué)院 江蘇南通 226000)

當(dāng)前大多數(shù)高校是開放式校園，對于外來人員的管控是高校安全保衛(wèi)管理工作者的極大挑戰(zhàn)，學(xué)校不僅需要二十四小時(shí)做好門崗值班，還需要定期地巡查校園。現(xiàn)代化智慧校園建設(shè)的過程中，越來越多的技術(shù)手段被應(yīng)用到學(xué)校管理工作上，譬如校園車輛管理系統(tǒng)可以規(guī)范地管理好所有進(jìn)校車輛，校園監(jiān)控系統(tǒng)可以代替人員進(jìn)行校園巡邏，所有的監(jiān)控畫面完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程呈現(xiàn)，還可以進(jìn)行畫面回看，排除校園的安全隱患，把大面積校園變?yōu)榇蟮貓D校園，再把大地圖校園變?yōu)榇髷?shù)據(jù)校園，最終把大數(shù)據(jù)校園變成大智慧校園。

一、校園車輛管理系統(tǒng)的基本技術(shù)

大學(xué)校園的開放程度決定了每天都有很多車輛進(jìn)入大學(xué)的校園里，而校園如果缺乏足夠的空間讓外來車輛?？浚敲从邢薜男@停車位置會(huì)成為車輛通行和?？康臉O限，外來機(jī)動(dòng)車輛的增加不僅給校園的道路帶來了擁擠，還會(huì)帶來安全隱患和其他的安全問題。校園車輛管理監(jiān)控及配置是解決大學(xué)校園各種通行問題的關(guān)鍵。校園車輛管理系統(tǒng)中最難突破的技術(shù)瓶頸是入校車輛車牌號(hào)檢測的精度很難提高，檢測時(shí)容易受到光線、陰影、圖像識(shí)別、動(dòng)態(tài)成像等因素的干擾。改變檢測時(shí)這些負(fù)面因素影響的方法有很多，現(xiàn)在最主流的就是機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，通過檢測大量的差異樣本，將結(jié)果進(jìn)行比較，得到算法函數(shù)，從而對圖像里的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。2013年基于區(qū)域的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 (regionbased convolutional neural network，R-CNN)將目標(biāo)檢測精度提升到一個(gè)新的高度，此后一批新的深度學(xué)習(xí)方法被提出[1]，其中包括Fast-R-CNN、Faster-R-CNN、SDD(the single shot detector) 及YOLO (you only look once)[2，3]，車牌號(hào)圖形檢測識(shí)別的精度進(jìn)一步得到提高。

校園車輛管理系統(tǒng)軟件很多，大多采用圖形化界面，簡潔直觀，方便操作，主要功能是針對校園里需要出入的車輛進(jìn)行控制和記錄，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部車輛的有區(qū)分地出入管理，防止外來車輛隨意進(jìn)出和停放。系統(tǒng)是基于車輛車牌號(hào)碼識(shí)別的技術(shù)進(jìn)行檢測和放行管理的，隨著攝像頭的清晰程度越來越高，車輛出入管理系統(tǒng)也越來越穩(wěn)定和可靠。對于本單位的內(nèi)部車輛，我們事先將車輛信息批量導(dǎo)入系統(tǒng)服務(wù)器，當(dāng)此類車輛壓到地感線圈的感應(yīng)區(qū)域，采集攝像機(jī)將自動(dòng)抓拍來訪車輛車牌號(hào)的信息，并與車輛管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對確認(rèn)是否放行；對于外來車輛，車主需要先到傳達(dá)室登記訪客信息，車輛行駛至攝像機(jī)檢測范圍內(nèi)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄車輛來訪時(shí)間，出門時(shí)，記錄離開時(shí)間。車輛識(shí)別的基本原理是利用圖像對比組件，攝像機(jī)拍攝出入車輛動(dòng)態(tài)視頻，系統(tǒng)對視頻流采集，并將數(shù)據(jù)記錄和保存，同時(shí)終端電腦使用串口連接方式控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抬杠放行的功能。

二、校園監(jiān)控系統(tǒng)的基本技術(shù)

隨著我國高等教育普及率越來越高，大學(xué)生的數(shù)量也日益增多，校園安全保衛(wèi)工作需要先進(jìn)的技術(shù)手段為輔助，網(wǎng)絡(luò)攝像頭的技術(shù)在大學(xué)校園里應(yīng)用的越來越廣泛。

相對而言，傳統(tǒng)的管理理念和技術(shù)模式已經(jīng)不能滿足服務(wù)學(xué)生的需求，新型監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用成為必然趨勢。人臉檢測作為整個(gè)識(shí)別過程的信息輸入源其作用不可或缺，面部特征值的提取以及識(shí)別的比對算法則是實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐，這幾個(gè)部分也是目前眾多識(shí)別算法的區(qū)別所在，不同算法在不同的應(yīng)用領(lǐng)域有著各自的優(yōu)勢[4]。我們在現(xiàn)有校園監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上增加人臉識(shí)別的新型技術(shù)，可以解決當(dāng)前高校在學(xué)生安全保衛(wèi)管理方面面臨的一些難題。我們以人臉識(shí)別系統(tǒng)為核心設(shè)計(jì)的安全管理系統(tǒng)，使用OpenCV的函數(shù)功能把校園監(jiān)控及安保人員所佩戴的執(zhí)法記錄儀所拍攝到的人臉圖像傳送到監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，使用YOLO神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法檢測人臉圖片信息，把人臉特征值與開學(xué)時(shí)錄入系統(tǒng)的頭像信息進(jìn)行比對，以校園監(jiān)控為識(shí)別設(shè)備采集學(xué)生信息開發(fā)安全保衛(wèi)監(jiān)控管理系統(tǒng)，將學(xué)生及校園內(nèi)部人員的出入信息統(tǒng)計(jì)、記錄、整合，同時(shí)配合學(xué)校其他信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保障師生安全的目的。

三、校園車輛管理系統(tǒng)和校園監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合

校園車輛管理其實(shí)就是對車輛使用人員的管理，機(jī)動(dòng)車的車牌號(hào)即是駕駛員的人臉，識(shí)別車牌號(hào)就是識(shí)別人臉，將校園里的所有可移動(dòng)的目標(biāo)都視為安全保衛(wèi)的對象，通過監(jiān)控?cái)z像頭可以對其檢測識(shí)別，極大地方便了學(xué)校管理出入的機(jī)動(dòng)車輛和師生，解決了因?yàn)閷W(xué)校開放性帶來的外來車輛和人員識(shí)別全靠安保人員肉眼分辨的弊端，增強(qiáng)可靠性和便捷性，最大程度地保障了學(xué)校的整體安全。

（一）校園車輛管理系統(tǒng)和校園監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)融合的意義

高校安全管理系統(tǒng)發(fā)展至今，伴隨著的是信息化技術(shù)的不斷更新，人防越來越淡化，技防越來越重要，各種現(xiàn)代化的前沿技術(shù)被融入到高校安全管理系統(tǒng)，校園車輛管理系統(tǒng)和校園監(jiān)控系統(tǒng)就是其中很重要的組成部分。隨著信息化程度的不斷加深，高校安全管理者和研究人員已經(jīng)不再滿足于現(xiàn)有以人力為主的安保系統(tǒng)，對于更具集成度和智能化的管理系統(tǒng)的需求日益強(qiáng)烈，很多歐美國家的高校早已使用了各種前沿的身份鑒別技術(shù)，比如指紋識(shí)別、眼球虹膜鑒別等等。本文所研究的是以車牌號(hào)和人臉識(shí)別為基礎(chǔ)的身份識(shí)別系統(tǒng)，車牌號(hào)和人臉圖像采集是由保衛(wèi)部門和學(xué)工部門的工作人員分別完成的，使用物理攝像設(shè)備采集好校園內(nèi)部機(jī)動(dòng)車車牌號(hào)和全體師生的人臉圖片，保存為相應(yīng)格式，上傳到服務(wù)器的原始圖像信息數(shù)據(jù)庫中，做好定期的維護(hù)。

（二）校園車輛管理系統(tǒng)和校園監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)融合的方法

信息化車牌號(hào)識(shí)別和人臉識(shí)別相結(jié)合在校園安全管理工作中的實(shí)際運(yùn)用，就是通過將校園車輛管理系統(tǒng)和校園監(jiān)控系統(tǒng)兩者的數(shù)據(jù)庫對接融合，實(shí)現(xiàn)對機(jī)動(dòng)車和人員的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，基本可以確定監(jiān)測對象的活動(dòng)范圍，從而建立起一個(gè)統(tǒng)一的、多功能的、時(shí)效性強(qiáng)的系統(tǒng)平臺(tái)。當(dāng)今社會(huì)的工作生活方式受現(xiàn)代化信息技術(shù)影響越來越深遠(yuǎn)，所以高校安全保衛(wèi)的管理也需要與時(shí)俱進(jìn)，把最先進(jìn)的信息化技術(shù)加以融合，不斷提高高校安全管理的效率，切實(shí)保證大學(xué)校園安全。與此同時(shí)，還要能夠控制好安全管理的成本，減少不必要的人力、物力及費(fèi)用支出，給高校安全管理工作帶來便捷。校園車輛管理系統(tǒng)和校園監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)融合主要是集中在軟件開發(fā)上，技術(shù)人員在開發(fā)之前先給軟件命名，可以稱作校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)。

圖1 圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架示意圖

校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件開發(fā)運(yùn)用了多重架構(gòu)和設(shè)計(jì)語言，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最上層為數(shù)據(jù)服務(wù)器、校園車輛管理局域網(wǎng)、校園監(jiān)控局域網(wǎng)和校園網(wǎng)，終端部分則分為兩個(gè)部分，一半由高校安全管理部門負(fù)責(zé)，另一半由高校學(xué)工部門負(fù)責(zé)。校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)有三層框架，分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層。在業(yè)務(wù)邏輯中，包含數(shù)個(gè)子模塊，分別是車牌號(hào)、師生信息的采集管理功能、檢測對象出入識(shí)別功能等，由安全保衛(wèi)部門和學(xué)工部門工作人員使用和維護(hù)。圖1數(shù)據(jù)訪問層的作用是可以讓職能部門的用戶登錄校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)，并且建立好數(shù)據(jù)鏈接的接口，使數(shù)據(jù)層與數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行有效訪問。

校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)在軟件開發(fā)環(huán)節(jié)，我們的基本方法是在進(jìn)入校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)的web界面后，設(shè)置了用戶登錄模塊，各職能部門的用戶輸入相應(yīng)的登陸信息后，即可進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行編輯和查詢等功能。校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的校園安全管理方式，使用現(xiàn)代化手段，加快了機(jī)動(dòng)車和師生進(jìn)出校園時(shí)安保人員的處理效率，同時(shí)，也讓校園安全管理更加規(guī)范，減少了安全管理工作中的不確定因素。校園安全監(jiān)測管理系統(tǒng)中使用的車牌號(hào)識(shí)別和人臉識(shí)別的功能會(huì)受光照、角度、相似車牌號(hào)字母數(shù)字和相似臉型（包括化妝效果）等因素的影響，有一些細(xì)微的差別人眼都無法辨別，所以要加強(qiáng)設(shè)備的識(shí)別能力，讓其滿足不同的環(huán)境需求，即在目標(biāo)對象識(shí)別中使用高清攝像頭進(jìn)行采集和檢測，此外對于3D圖像識(shí)別拍攝，其可操作性還有待進(jìn)一步研究。

四、結(jié)束語

隨著圖像處理和外形識(shí)別技術(shù)日新月異地提高，車輛管理系統(tǒng)和人臉識(shí)別技術(shù)，為校園的安全事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)。車牌號(hào)識(shí)別技術(shù)和人臉識(shí)別技術(shù)在學(xué)校門崗門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用是安全保衛(wèi)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，我們使用車牌號(hào)檢測和人臉識(shí)別技術(shù)，改進(jìn)光線對識(shí)別物檢測的干擾，利用對識(shí)別物構(gòu)圖以及物理攝像采集設(shè)備的自動(dòng)補(bǔ)光來減少光線對采集對象的影響，安保工作人員和學(xué)生工作者可以對學(xué)生的在校情況以及外來人員出入情況進(jìn)行跟蹤和記錄。安全保衛(wèi)工作需要從全局著手，技防手段要采取全面的開發(fā)策略，使用精確的算法運(yùn)算，配置動(dòng)態(tài)的、合理的數(shù)據(jù)庫，從而從技術(shù)層面上提升大學(xué)校園整體的安全保衛(wèi)能力。