智慧小区人脸识别电梯门禁管理解决方案

       智慧小区门禁人脸识别在安防行业已有多年的应用历史，随着人脸识别技术的发展，其应用范围更加扩大，特别是深度学习技术驱动人脸识别无论在识别的准确度和精确度上都有了飞跃发展。电梯作为大楼必备的垂直交通工具，每年保持5%~10%的速度增长，不同的应用场合对电梯使用的权限管理需求也不一样，重要大楼，如金融、政府大楼，高档私人住宅等，对电梯使用权限的要求较严格，传统的电梯登记权限管理方法，如IC卡，由于技术上的先天弊端，存在较多的使用局限性。人脸识别技术应用在电梯上，能大大提高识别的准确率，降低破解风险，确保真正的电梯登记权限管理。

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1、项目背景

       随着经济的发展，目前国内已有许多高档的住宅智慧小区和智能化的物业管理，而在这些场合的电梯使用上还采用传统的登记权限管理方式。目前国内主流的IC卡电梯智能管理解决方案，由于在安全管理上存在较大漏洞以及使用存在的弊端，如IC卡易遗失、易伪造、已被盗用，因此尚未普遍推广。针对此情况，需开发电梯登记权限管理更科学，更安全的方案，集自动控制技术，网络通讯，传感技术，对电梯使用、保安等进行全面的管理，使电梯具有优秀的保密性及安全性，而且需要随时能用，成为智慧社区的重要组成部分。

       人脸识别技术是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。基于深度学习的方法已经成为人脸识别技术领域的重要发展趋势和方向，这也带动了人脸识别技术在电梯权限管理上的普遍应用。而随着技术变革和应用的普及，建设大规模、分布式人脸数据库及识别系统的成本不断降低，识别的精度不断提高。

       在市场推广应用过程中，发现人脸识别应用在电梯登记权限管理中，有以下优点：

(1)非接触的，用户不需要和设备直接接触;

(2)非强制性，被识别的人脸图像信息可以主动获取;

(3)并发性，即实际应用场景下可以进行多个人脸的分拣、判断及识别;

(4)不易伪造，不存在被盗风险;随用随刷;

       但同时也存在较多的挑战：

(1)对周围的光线环境敏感，影响识别的准确性;

(2)人体面部的头发、饰物等遮挡物，人脸变老等因素，需要进行人工智能补偿;(如可通过识别人脸的部分关键特性做修正)。

(3)运用在梯控系统中，采集人脸图像容易受周围光线、角度、距离等问题造成人脸识别梯控不稳定。

但随着人脸特征识别技术、局部关键部位识别技术、机器学习技术等的发展，以上弊端的影响越来越小。

       人脸识别技术应用在电梯登记权限管理系统(以下简称“系统”)上，能把公用电梯变私有，极大的增强了物业管理的安全，提升了管理水平及效率，改变了物业管理形象，使得更加人性化;降低了电梯运行成本，降低电梯耗能，较少电梯维护、维修次数及费用，延长了电梯的使用寿命;控制人员进出，无法复制，安全性高。

2、系统设计

        人脸识别电梯登记权限控制系统由安装在电梯轿厢的人脸识别一体机、人脸采集器组成。适用于安全级别较高的环境，要求每层楼的用户确认合法身份后才能正常使用，可以有效地防止闲杂人员非法进入，提高小区安全性。

电梯登记权限管理包括轿内登记权限管理和厅外登记权限管理，本文只论述电梯轿厢内人脸识别控制电梯登记权限管理。

2.1系统组件

       电梯人脸识别登记权限管理系统主要由人脸识别终端，红外传感单元，协议转换板，以及电梯控制系统组成。人脸识别终端包括摄像头、图像处理单元、逻辑处理单元、协议处理单元组成;红外传感器负责判断轿厢内是否有人，其信号直接进入人脸识别终端;协议转换板负责将人脸识别终端的RS232/RS485协议转换成CANBUS协议，并负责将电梯控制系统下发的电梯数据转成RS232协议包发给人脸识别终端，最终实现人脸识别终端与电梯控制系统之间的数据交互。

       协议转换板实时接收电梯控制系统CANBUS数据，包括电梯的基本状态，如运行方向、电梯所在物理楼层以及电梯工作模式(自动、司机、锁梯、独立、消防等);协议转换板同时接收的轿内指令的登记状态，以此确认人脸识别终端登记的指令是否已经被成功接收并执行;与人脸识别终端通讯链路中，协议转换板周期性将从电梯控制系统获取的电梯基本状态和指令登记情况实时下发到人脸识别终端。

       人脸识别终端动态扫描电梯轿厢内的人脸图像，当需要触发登记命令或者开放权限命令时，通过RS232接口告知协议转换板，协议转换板确认收到后返回响应数据，否则人脸识别终端会定时继续请求登记指令或开放权限请求指令，直至响应成功或请求超时。

2.2工作原理

       电梯轿厢内安装人脸识别终端，采用动态采集方式扫描人脸，安装在轿厢内侧上方，当乘客进入轿厢过程中，人脸即被扫描，如果检测环节判断当前扫描对象为人脸时，则进入识别环节，在此环节，终端将人脸信息通过本地比对或者网络比对的方式得到比对结果，并将比对结果临时存储在比对列表中，同时借助红外传感，当判断到轿厢内有人时，如果比对列表中无合法人脸，则由人脸识别终端发送开门保持命令给电梯控制系统，由电梯主控制器控制门机，保持电梯门敞开，并给出蜂鸣信号，提醒乘客出轿厢，如图2所示;当检测到存在合法人脸信息时，则采用两种方式实现权限登记：第一种为开放对应楼层的权限，由于人脸信息在录入系统时与该乘客的所在的楼层信息绑定，当识别到有效的人脸后，系统自动开放该人脸信息对应的楼层按钮登记，乘客可自动登记轿内指令按钮;第二种为自动登记人脸信息对应的楼层，无需乘客手动登记。两种方法通过不同的协议区分实现。值得注意的是当电梯处于某些特殊状态时，如消防返回、消防员、锁梯、检修、故障等，此时人脸识别终端控制登记权限功能将自动失效，电梯的登记权限由电梯控制系统全部收回，以完成优先级更高的操作。

       本项目采用基于特征的方法进行人脸识别，该检测方法不仅可以从已有的面部特征进行检测而且可以从它们的几何关系进行人脸检测。和基于知识的方法相反，它是寻找人脸的不变特征用于人脸检测。目前很多专家已经提出了许多先检测人脸面部特征，后推断人脸是否存在的方法。根据提取的特征，建立统计模型描述特征之间的关系并确定存在的人脸。本项目借助专业的人脸识别API(ApplicationProgramingInterface)接口，通过相关参数(如表1所示)抽取图片中人脸的各个特征值，调用API返回结果格式如表2所示，具体的实现算法，本项目只应用不设计。

       人脸信息的采集是人脸识别电梯登记权限控制的前提，系统需要预先得到已授权人员的信息，如人脸信息、人员对应的楼层信息，以及一些用户信息等。在使用该系统之前，这些信息需准确无误录入管理系统。根据人员信息存储的位置不同，本项目从实际应用角度出发，设计了本地存储和网络存储两种方案。本地方案，顾名思义，就是用户信息和比对算法都存储在人脸识别终端上，当需要更新人脸信息时，通过移动存储设备将信息人工更新到人脸识别终端，该方案由于需要人为干预，因此使用方便性较差，另外人脸识别算法的更新也较不方便，但本地方案可无需增加网络设备，能降低使用和运行成本;而网络版方案在人脸信息采集和人脸算法更新等方面都优于本地版，人脸识别终端只是负责人脸采集和识别，人脸比较操作由分布式服务平台实现，并由平台返回识别结果，因此，人脸识别终端无需增加大容量存储单元和高性能比对单元，使用和安装方便。

3、系统参数

3.1电气参数

       人脸识别终端由于安装在电梯轿厢内，其性能需达到轿厢环境要求，另外需支持红外传感等信号的输入作为判断轿厢是否有人的依据;另外通讯接口和电源电压需考虑友好性和兼容性。本项目人脸识别终端的电气参数如下：

       人脸识别终端供电电源DC12V,主控板最大工作电流<500mA

逻辑板带2路干触点输出;每个触点的输出特性为：导通电阻小于5Ω;截止电阻大于10MΩ;

输出驱动能力为：AC125V0.3A/DC110V0.3A/DC30V1A;支持干触点输入，作为红外传感等信号的接入;

使用环境:温度：0到正60摄氏度;相对湿度：20%--90%不结露;符合楼宇中使用的环境条件

储存环境:温度：负10到正90摄氏度;相对湿度:20%--90%不结露;

外部通讯接口：RS232、RS485、TCP/IP，通过协议转换方式接入电梯控制系统

3.2人脸识别参数

       人脸识别终端的关键之一是摄像头(读头)，其性能优劣直接决定人脸识别效果。本项目采用的人脸识别读头参数如表3所示。

       本项目人脸识别具有较好的体验，从轿厢内抓拍人脸、提取特征，到完成识别比对响应速度<1秒;可根据业主进出的频率高低，采用学习训练方式，提高用户特征识别的通过率;

后台具备较高的负载并发能力，支持负载均衡，并发能力强。

4、结束语

       人脸识别技术应用在电梯登记权限管理中能大大提高小区安全性，通过刷脸授权控制乘客对电梯的使用权限，为对安全性要求较高的楼宇提供了较好的解决方案。人脸识别技术作为安全防范技术中一个重要组成部分，逐渐从系统组成发展到嵌入式独立工作，再到模块化、芯片化，其准确度和防伪性能都在不断提高，为人脸识别在电梯上的推广应用提供较好技术保障，成为安全智慧社区建设的重要组成部分。