一種新型智慧車道安檢系統的設計與實現

祝勝強 周冰

摘要：介紹了車道安檢設備在公安檢查站安檢核查工作中的重要性，針對目前國內公安檢查站核查速度慢、易造成擁堵、民警工作強度大及民眾不滿意等諸多問題，設計了一種智慧車道安檢系統。通過無感知視覺及定向電子偵碼等關鍵技術，采集比對人、車、碼3類信息主體，以非接觸、無感知和短停留為設計理念，實現車輛快速通行的智慧安檢模式。經外場道路實測，該設備的使用大大提升了檢查站安檢效率，車輛平均安檢通過時間大幅降低，平均通過時間為5 s，最快通過時間達3 s。

關鍵詞：機器視覺；定向電子偵碼；智慧安檢

中圖分類號：TN915.09文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）15-66-4

0引言

目前，全國范圍內在環國邊境、環區域和環省市的主要出入口設置公安檢查站，城區主干道路和重點部位設置治安卡點，用于日常通行車輛和人員的安全檢查。檢查站查控[1]是警務人員為了維護公共安全，對特定行為人的車輛、物品及人身進行查看和搜檢的執法行為。當前，近距離接觸模式的安檢手段，是人體車輛安檢的主要途徑，不僅人工檢查的壓力大、工作繁復，而且帶給受檢人員的體驗感不佳。人員、車輛途經城區外圍公安檢查站時，需進行人證、人像核驗和出示相關證件，經安檢人員人工核查無誤后予以放行，安檢過程繁瑣、時間長[2]。長期以來，以“人海戰術”為主要手段的核查方式缺少必要的智能化技術手段，造成人車通過效率低，特別是旅游旺季和節假日返程高峰等重要節點，更是造成大面積安檢車輛積壓，交通堵塞嚴重。且由于以人工核驗為主，安檢人員24 h不間斷值守，導致安檢人員勞動強度較大，易產生疲倦，造成疏忽大意。因此在保證核查比例的前提下，如何利用信息化技術和設備解決提高核查效率、改善受檢人員體驗、減少擁堵現象及降低民警工作強度等一系列問題，已成為實現智慧安檢的重要課題。

1基本概念

1.1機器視覺

計算機視覺旨在識別和理解圖像/視頻中的內容，發展到現在已經衍生出多個細分研究領域，有圖像分類、目標檢測、語義分割、風格遷移及圖像生成等，人臉識別和圖片識別是當前人工智能視覺與圖像領域中的兩大熱門應用。

1.2智慧安檢

智慧安檢系統[3]是將人工智能運用在檢查站，以提高檢查效率和減輕負擔，利用智能檢查站大數據應用系統，實現進出站全程人車分離，數據采集和布控預警平軌運行。利用卡口智能抓拍系統、車底檢測系統、人證比對、人臉識別、站內抓拍攝像機及自動升降樁等高精科技設備對待檢車輛實現自動識別、自動引導、自助核錄和自動比對，從而實現精準預警和智能防控的智能勤務工作目標。

2系統設計

2.1系統概述

系統以安檢查控業務為核心，上聯公安檢查站治安管控平臺，下接檢查站多維感知設備，以“非接觸、無感知、短停留”為設計理念，按照不同勤務等級要求，設計逢人必查、逢車必查的全量核查模式，車輛分級、重點核查、等級抽查的分級查控模式，以及全量采集、報警核查的快速通行模式等多種核查模式，實現重點人、重點車精準深度查驗，正常人、正常車快速無感通過高效安檢的目標。

2.2系統架構

智慧車道安檢系統采用分層、模塊化架構設計，整體分為感知設備層、設備接入層、業務服務層、接口層和展現層，如圖1所示。

智慧車道安檢系統在遵循公安部社會治安防控實戰業務應用系統技術規范及公安網絡安全的前提下，自上而下分為展現層、接口層、業務服務層、設備接入層和感知設備層5層架構。系統總體以服務總線[4]作為承接設備，接入業務服務層和展現層的核心，服務總線提供所有服務（業務支撐、數據、算法模型）的注冊、編排、路由、適配及監控等全生命周期管理，作為所有服務資源的指揮調度中心，打通整個系統的數據、能力傳輸通道，實現數據、能力的跨系統、跨平臺、跨地域的數據共享和能力復用，為整個平臺提供應用開發集成、數據共享及業務協同等公共服務。

2.3系統功能設計

智慧車道安檢系統的主要功能如下：

①車輛核查：車輛抓拍攝像機自動識別車牌類別及車牌號碼等信息，同時可手動錄入或修改車牌號碼，系統顯示車輛抓拍圖片并自動調用服務進行車輛核查，執勤操作屏上顯示車輛核查結果，并同時支持車輛道閘一體機LED顯示屏信息提示；免檢車輛系統可智能識別并自動開啟車道欄桿。

②人像核查：系統控制人臉識別攝像機自動抓取、識別乘車人人臉并可對抓拍人臉圖像自動去重，去重后通過調用人臉網關進行人員核查，在執勤操作屏上顯示人臉圖像及核查結果。

③身份證核查：系統內置身份證閱讀器支持讀取中華人民共和國居民身份證信息，當司乘人員未攜帶身份證件時可由執勤人員手動錄入核查身份證信息并實時顯示身份證核查結果。

④手機偵碼核查：系統內置的高精度定向偵碼采集設備可精準覆蓋安檢車道的停車區域，在不影響被檢車前后車輛和相鄰車道車輛的情況下準確覆蓋被檢車輛，有效采集被檢車輛上司乘人員的電子設備信息，并自動調用后臺服務進行比對，比對結果實時顯示在執勤操作屏上。

⑤自動關聯建檔：系統可自動將采集到的車牌信息、車輛特征、人臉照片、手機偵碼、身份證信息以及各類信息的核查結果等多維信息進行關聯綁定，建立人車檔案并自動回傳給上級平臺。

3設計實現

3.1非接觸智能混檢

設備采用1∶人臉比對技術、星光級人臉檢測技術及成熟的車牌識別技術，實現基于小型車四車窗的快速精準人臉采集比對功能，在人員不下車、不掏證的情況下快速檢測車輛司乘人員是否為“重點人、重點車”，實現“非接觸、無感知”的目標。通過采用相機優選技術及高頻次的試驗和現場驗證，有效定型了廣角相機型號及其位置，可以兼容多種長寬尺寸的小型車，保證全車型人臉識別率達到95%以上。解決的問題主要包括2個方面：①替代了傳統單一的通過身份證安檢的模式，有效解決了人工判斷真假證或者未帶證的問題；②因為人員不需要掏證，只需快速掃描人臉即可，大大提高了安檢效率，有效解決擁堵問題。

3.2積分預警模型

基于大數據的積分預警模型是主要的技術創新，利用大數據技術，通過對重點人員管控業務規則的挖掘，積累了多種人員異常關系和異常行為的識別，通過多種異常關系的組合，形成不同類型的積分技戰法，如風險車輛預警，通過對不同的規則根據重要程度賦予不同的分值，當整個模型規則超過一定閾值時，則產生預警。執勤人員即可有針對性地對預警人員審核或提前布控。非接觸智能混檢設備的應用，可以有效提高檢查站的安檢速度，而大數據積分預警模型的應用，則可以在更大程度上保證同等安檢比例情況下，優先檢查更可能有問題的人員。

3.3定向電子偵碼技術

定向電子偵碼[5]是指通過電子設備信息采集設備定向覆蓋固定區域，有選擇性地采集區域內電子設備信息而不影響區域外電子通信設備的正常使用，涉及到的主要技術有高精度定位技術、高定向天線波瓣約束技術和納秒級延時比對技術。

高精度定位技術：依托電子圍欄物理層強大的數據解析能力，構建可以實現波束精準賦形的MIMO系統，使系統可以準確獲取車輛內手機與電圍的相對位置，進而確定手機的位置信息。

高定向天線波瓣約束[6]技術：縮小天線主輻射面波瓣的半功率波束寬度角，將其主瓣波束約束在一定的范圍內，降低旁瓣和后瓣電平，增加天線的定向性和前后比，實現對車內手機的定向覆蓋。同時，通過采用增加天線物理尺寸和調整輻射單元位置分布的方法，對車輛內部進行電磁波均勻覆蓋，減少覆蓋死角。

納秒級延時對比技術：以LTE系統中最小的時間單位TS為量綱，采集覆蓋范圍內所有手機的無線信號傳輸延時，并進行延時比對分析，確定手機間的相對位置，進行手機群落劃分，實現同一車輛上手機間的互相綁定，大大提高車碼綁定成功率。

4試驗驗證

為驗證系統的可靠性和準確性，進行了高頻次多維度的上路實測，分別從核查速度、人臉采集率和偵碼采集率3個方面進行了試驗驗證，具體試驗結果如圖2～圖4所示，圖中每個點為10次實驗的平均值。

由以上試驗結果可得出，智慧安檢單車核查平均時間為5.4 s，最快3 s；智慧安檢系統人像采集及去重綜合準確率為92%，單輛車乘坐4人及以下的情況下采集準確率為98%，定向電子偵碼采集綜合準確率為97%。

5結束語

本文綜合運用機器視覺、人臉識別及定向偵碼等關鍵技術，設計了新型智慧車道安檢系統，并對系統進行了測試驗證和實戰應用。目前該系統已成功應用于全國各地多個公安檢查站，助力多地安檢查控真正地實現了“無感采集，快速通行”的智慧安檢目標，有力地保障了重大活動的外圍安全。

未來將繼續圍繞車道安檢場景繼續深入探索人工智能、大數據等新技術在創新安檢模式中的應用，例如后備箱不開箱安檢、車底掃描自動審圖報警等無感安檢模式，在保證社會安全穩定的前提下提高民眾出行滿意度。

參考文獻

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