疫情下學校人臉識別及測溫門禁系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

冷紅凡 劉艷超

摘 要 疫情暴發(fā)，給人民生活帶來了巨大的沖擊，隨著抗疫的階段性勝利，復工復產復學開始有序進行，為對人員聚集場所進行人員管控，可建設人臉識別及測溫門禁系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，人臉識別和檢測體溫多為兩套系統(tǒng)，而且人員出行都是佩戴口罩，當前人臉識別均是無口罩模式，為滿足對人員進出的管控需求，需要設計并實現(xiàn)一套戴口罩的人臉識別及測溫門禁系統(tǒng)。本文結合高校建設實例對人臉識別及測溫門禁系統(tǒng)建設做出介紹，為人員管控提供一定的參考。

關鍵詞 疫情;人臉識別;測溫;門禁

前言

人臉識別及測溫門禁系統(tǒng)后疫情期間的管理方式是，所有師生員工返校前向學校提交返校申請，審批通過后才可進入校園。進校采用帶人臉識別加測溫功能的設備（含未戴口罩報警功能）、校園卡、身份證、3種方式中的任一種識別成功后，閘機開啟，進入校園。其中身份證識別方式可以供外來訪客共用。

目前學校采取封閉管理，校內教職工憑人臉識別及測溫等方式進入校園，往來單位工作人員和車輛需要經過預約，預約成功后，到校園門禁處識別、測溫正常后才能進入校園。實現(xiàn)誰預約誰負責的機制，限制外來無關人員進入校園。

1建設目標

后疫情時代，高校將采取封閉式管理，校外人員不允許進入校內，有特殊事由到訪學校，將采取實名預約模式，確保所有進校人員信息可查，校內行為軌跡可追蹤，本次擬采用以大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術的人臉識別+校園卡識別+身份證識別+測溫及速通門組成的門禁系統(tǒng)，為校園安全保駕護航。系統(tǒng)規(guī)劃人員通行場景如圖1 所示。

系統(tǒng)建成后，可對所有進出校園的人員進行體溫篩查和身份驗證，授權人員且體溫正常的可方便、快捷、無障礙通行;未授權人員可事先預約登記，經審核通過后可進入校園留下通行記錄及個人體溫數(shù)據(jù)記錄，以達到將疫情完全隔絕在校外的目的。通過數(shù)據(jù)分析，為校領導提供安保決策依據(jù)。

作為平安校園、智慧校園重要的組成部分，力求將校園人員、非機動車門禁管理系統(tǒng)完善、健全、智能化。建設覆蓋校園4處出入口的智能數(shù)據(jù)采集設備，將進入校園內的人員、非機動車駕駛員人員信息及體溫信息收集，結構化處理并存儲起來，為學校智慧化提供基礎數(shù)據(jù)。

2技術介紹

2.1 紅外測溫原理

在自然界中只要其溫度高于絕對零度（-273℃）都會有電磁波輻射，輻射的電磁波隨著溫度變化而變化，電磁波波長在0.75～1000μm的稱為“紅外線”，紅外線在傳送時，由于外界因素，穿透性會明顯下降，大量數(shù)據(jù)證實，短波3μ～5μm及長波8～14μm的兩個波段受影響最小，一般的紅外測溫系統(tǒng)就是利用這兩個波段進行檢測、計算物體的溫度。紅外線穿透絕大部分的固體和液體的能力極差，因此，紅外測溫系統(tǒng)利用光電設備來檢測物體表面的紅外線輻射，即主要通過采集熱紅外波段（短波3μ～5μm及長波8～14μm）的光，從而探測物體發(fā)出的熱輻射，再利用紅外輻射原理———輻射定律：

其中E為輻射的出射度數(shù)，單位為W/m3;σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，σ=5.67×10-8W/（m2·K4）;ε為物體的輻射率;T為物體的溫度，T0為物體周圍的環(huán)境溫度K。測量物體發(fā)射出來的E，就可得出溫度[1]。

2.2 人臉算法

人工神經網(wǎng)絡是一種應用類似于大腦神經突觸連接的結構進行信息處理的數(shù)學模型[2]，其自適應能力和自組織能力很強。很多人臉識別應用采用人工神經網(wǎng)絡方法，因為對于人臉的許多規(guī)律很難描述，人工神經網(wǎng)絡通過自適應能力學習人臉動態(tài)的規(guī)律，從而比較容易識別。人工神經網(wǎng)絡識別一般是將人臉作為一個一維向量，需要記錄龐大的節(jié)點，這種方法識別速度快，缺點是識別率低[3]。

為了增加圖像識別率，減小影響因子，需要關注一些稀有樣本，修改LOSS函數(shù)。Loss函數(shù)用于神經網(wǎng)絡在每次訓練時預測的形狀和標注形狀的誤差。由于樣本的不平衡性，需要提高稀有樣本的權重，修改權重后的函數(shù)表達式為：

M是樣本數(shù)，N是特征點數(shù)，Yn則為權重，|| * ||為特征點的距離度量。優(yōu)化后函數(shù)表達式為：

其中：

即為最終的樣本權重。

3系統(tǒng)架構

本次項目新建的傳輸網(wǎng)絡將實現(xiàn)所有前端測溫點設備與所在管理中心聯(lián)網(wǎng)，負責將前端門禁的人臉、卡片等數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾碇行牡暮蠖讼到y(tǒng)，包括接入光纜、網(wǎng)線、電纜、配線架、交換機、光模塊等設備。主干傳輸網(wǎng)絡應充分利用現(xiàn)有的安防主干專網(wǎng)，相關的主干布線、子網(wǎng)絡布線和網(wǎng)絡設備均包含在本次工程范圍內。系統(tǒng)架構圖如圖2所示。

在大門出入口部署人員與非機動車速通門通道閘，依據(jù)設備安裝條件對現(xiàn)場環(huán)境進行適當?shù)母脑?，如加裝遮陽雨篷對設備起到保護作用、方便值班人員管理等。學校師生、職工等內部人員入校需進行身份驗證，可通過刷臉、校園卡、身份證等方式，身份驗證和體溫篩查通過后可進入校園。若校外部人員需進入學校，須通過訪客預約后，在值班人員的督導下，進行身份驗證無誤后，方可允許進入學校。

支持防尾隨功能，執(zhí)行“一進一出” 防潛回策略，有效管控人員通行。外部來訪人員可以通過網(wǎng)上預約，預約被審批后，開通被訪人人員/非機動車的通行區(qū)域權限及通行時間權限。

身份識別時間小于0.5秒，可識別戴口罩檢測告警，系統(tǒng)可提供黑名單管理，系統(tǒng)識別到陌生人/黑名單人員后系統(tǒng)觸發(fā)報警。

4結束語

本文結合湖北工程學院人臉識別及測溫門禁系統(tǒng)建設實例，介紹了高校復學后對人員管控的技術方案，分別對人臉識別技術和紅外測溫技術進行詳細介紹，闡述了系統(tǒng)整體架構，系統(tǒng)建成后，校內師生憑人臉、校園卡、身份證等方式識別并測溫進入校園，有效防止了無關人員進入學校，給師生營造了一個良好的學習生活環(huán)境。

參考文獻

[1] 侯國棟，常迎梅.具有紅外測溫功能的人臉識別門禁系統(tǒng)設計[J]. 科技信息，2010（20）：10123-10124.

[2] 王興，宋琦，楊帆，等.疫情下的智能身份識別及消毒預警門禁系統(tǒng)研究[J].測試技術學報，2020，34（5）：425-430.

[3] 鐘陳，王思翔，王文峰.面向疫情防控的人臉識別系統(tǒng)與標準研究[J].信息技術與標準化，2020（6）：11-13.