周晓红，李娟娟，王晓云
（中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司，安徽淮北235000）
摘要：针对目前民爆器材生产线门禁式定员监控系统存在的使用不便、识别率低、易漏报等问题，设计了一套以RFID技术与视频人像识别技术为基础的监控系统，实现对民爆器材危险作业场所自动进行人员识别与统计、图像抓拍、超员报警等功能。该系统将RFID技术与视频人像识别技术结合，打破了长期以来依靠红外感应进行计数的模式，使系统更具实用性及先进性。测试结果证明，该系统满足相关行业政策和标准要求，适用于民爆器材危险作业场所的智能化管理。
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关键词 ：RFID；视频人像识别；门禁；定员监控
中图分类号：TN941.2?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）16?0073?03
收稿日期：2015?05?05
基金项目：中煤科工集团重庆研究院青年创新基金资助项目（2013QNJJ）
民用爆破器材是一种具有易燃易爆属性的危险物品，其生产场所的安全监控至关重要，相关规范针对各类民爆物品生产场所均有明确的定员定量标准，然而实际操作中却缺乏有效手段来确保制度的执行。2013年5月某企业民爆器材生产线发生一起造成33人死亡的特大爆炸事故，暴露出了民爆器材生产线普遍存在的管理不严、超员等现象。为了加强民爆器材危险作业场所安全管理，2013年6月工信部安全司发文，要求各民爆企业要在相应生产线配备安装智能化门禁系统，严格控制危险作业场所的人员数量[1]。文件下发不久，相关企业与研究单位先后推出了几种门禁式定员监控系统，如基于磁卡技术的门禁式定员监控系统、基于二维码的门禁式定员监控系统[2]、基于人脸识别技术的门禁式定员监控系统等[3]。采用接触式智能卡或磁卡识别、二维码扫描、指纹识别技术的系统，出入通道时须主动刷卡或验证，使用十分不便，对正常生产造成一定程度的影响；采用人脸识别技术的系统，受环境光线影响较大，识别率偏低。上述系统均采用红外感应方式辅助计数，存在监控盲区易漏报。因此，研制出一种能够真正实现无障碍通行并兼具身份识别、人员统计、定员管理与报警功能的门禁式定员监控系统是行业监管的迫切需求。
本项目在深入研究与科学分析的基础上，采用RFID技术作为主要技术手段，结合视频人像识别技术，设计了一套适用于民爆器材危险作业场所的门禁式定员监控系统。
1 系统概述
系统采用RFID 技术实现人员身份识别及人数统计，采用视频人像识别技术辅助计数，如二者统计数字不匹配则发出报警，可有效防止无卡人员擅闯及故意逃避监控的行为[4]。同时采用图像抓拍、LED显示、语音实时播报、声光报警等技术，完善系统功能。
1.1 技术组成
（1）RFID 技术。RFID 即无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据[5]。一套完整的RFID系统包括读写器、电子标签（即RFID卡）及应用软件3个部份，其工作原理是：读写器通过发射天线发射一定频率的射频信号，标签进入发射天线工作区域时产生感应电流获得能量被激活；标签将自身编码等信息发送出去，读写器接收信号并对其进行解调后送到后台主系统进行处理；主系统根据逻辑运算对信号进行判断、处理[6]。
系统选用860~960 MHz频段读卡器，最大识别距离达15 m，可实现自动刷卡识别；RFID卡调制方式选用被动式，必须利用阅读器的载波来调制自己的信号，只有在阅读器范围之内才能被激活，这样就保证了民爆器材危险作业场所的射频安全性。
（2）视频人像识别技术。视频人像识别系统依赖于目前最新的人体特征识别算法，模式识别算法和人工智能算法等多领域的技术，实现对画面中特定区域的人的头、肩等特征部位进行识别，以此来区分人和其他物体，并根据其运动轨迹判断人的出入关系，最后得出进入人员数量、离开人员数量、门禁通道内总人数等统计数据[7]。系统选用海康威视iVMS智能视频分析系统进行人员统计，通过数据接口将统计结果传送至系统管理软件平台进行处理。
（3）图像抓拍技术。当门禁系统检测到人员出入以及发生报警时，给抓拍摄像机一个触发信号，触发抓拍摄像机抓拍当下画面，以图片格式保存，并实时显示在监控系统界面，便于与人员注册信息对比，此功能可有效避免冒名顶替现象的发生。
（4）实时显示与报警。在门禁入口设置LED 显示屏及语音报警器，实时显示危险作业场所人员信息，为欲进入危险作业场所的人员提供判断信息，可以避免不必要的报警及对生产造成的影响；出现超员、违规等警情时，系统发出警报及语音提示，直接清楚地将警情及时告知相关人员。
1.2 系统特点
（1）无障碍快速通行。系统采用RFID技术自动识别人员身份，人员只需携带相应卡片以正常行走速度通过门禁通道即可被识别、计数，对正常作业无任何影响，具有实用性及便利性。尤其对于存在物流通道的民爆器材生产线，原材料及成品由人工使用手推车运出，如需主动刷卡会造成极大不便。另外，系统支持多人同时采集识别，上下班高峰时段人员无需排队，可正常通行。
（2）多技术结合，识别率高。对于按规定佩戴RFID卡的人员可以准确识别其身份信息；当未按规定佩戴RFID卡的人员通过时，系统亦可识别出有人员通过，同时发出报警，启动监控室、通道口、工房等处的报警器。
（3）全覆盖监控。系统采用视频人像识别技术，识别区域覆盖所有通道，无监控盲区，突破了一直以来使用红外感应进行计数的模式，避免了红外计数存在的易漏报、易躲避、不稳定等缺陷，更好地弥补了单纯使用RFID技术造成的管理漏洞[8]。
2 系统设计
2.1 总体结构
系统硬件分为前端设备及后台设备，其中前端设备包括RFID 读卡器、网络摄像机、LED 显示屏、语音及声光报警器等；后台设备主要由控制系统平台、网络交换机及输出模块等构成。系统结构如图1所示，图中虚线框内的设备在门禁通道现场。
人员佩戴RFID 卡通过门禁通道时，读卡器读取卡片数据，传送至数据库进行比对，识别人员身份信息并统计人员数量、储存人员出入信息；同时，网络摄像机采集人员视频图像信息，由视频分析系统进行分析、计算，判断人员进出方向并计数。如果二者识别结果不一致，则可依据逻辑判断为无卡擅闯、一人多卡等违规情况。两种技术手段结合，确保人员识别与统计的准确性。通道入口设置LED屏，实时显示门禁内各类人员数量、姓名及尚可进入人员数量等信息；系统识别出人员身份后由语音播报姓名；发生违规行为或超员时，声光报警器发出报警。当有人员经过门禁通道时，系统自动抓拍人员图像，并记录保存以备查询。
2.2 软件功能设计
系统管理软件是整个系统的核心部分，其主要作用是构建一个共用软件平台，将无线射频识别技术与视频人像识别技术通过软件进行整合，以充分发挥两种技术的性能及优势；同时，为其他需要调用的软件提供接口，驱动摄像机、报警器等辅助设备工作，并解决平台与别的软件兼容、数据共享等问题[9]。从软件的开发、维护、升级等多方面因素考虑，系统采用面向对象的程序设计思想。系统以Visual Studio 2010 作为集成开发环境，以C#作为开发语言，通过Windows应用程序设计进行系统管理软件的开发。C#较C/C++而言，具有独特的优势，它支持纯面向对象的程序设计，将内存管理、设备驱动、控制优化等底层操作交给.Net Framework实现，使程序设计更加简洁高效，易于软件的维护与升级。
系统管理软件主要功能如下：
（1）人员信息管理：对人员数据进行新建、删除、修改、查询。新建人员信息即发卡，将人员基本信息写入对应的卡片内。人员基础信息包括人员姓名、照片、员工号、身份证号、人员类别、授权区域等。
（2）日志管理：日志包括监控日志、报警日志、操作日志。监控日志记录人员正常出入通道的时间、通道号、人员姓名等信息；报警日志记录超员、陌生人、进入未授权区域等报警信息。操作日志记录系统用户的登录、注销、执行的系统操作、处警信息等。日志保存于系统数据库，可查询、输出。
（3）系统用户管理：包括用户的基础信息、口令、权限以及用户角色定义、角色维护等。
（4）系统配置：管理系统各个控制字段配置信息，如定员设置、区域配置等。
（5）报警系统：系统对于未授权人员非法闯入、一人多卡、超员等违规行为自动生成报警事件，在监控界面进行提示，同时由语音系统在后台和前端各通道进行播报。
（6）其他功能：如网络客户端，客户可以通过网络客户端访问系统，可以远程进行报警事件查询和处理等。
2.3 软件运行界面
系统管理软件可以设置两级管理员：超级管理员和普通管理员。其中，超级管理员拥有最高权限，可以对软件进行配置和修改，普通管理员只能通过软件查看各种信息，无修改权利。用超级管理员登录可以进入软件的配置界面，如图2所示。在软件配置界面里，可以对软件的各个参数进行配置，对人员数据进行新建、删除、修改、查询。通过普通管理员登录，可以进入软件的终端监控界面，如图3所示。终端监控界面包含有各通道网络摄像机的画面，当有人员进出时，系统实时显示识别结果，并将抓拍的图片和注册的人员照片同时显示在界面中，对于冒名顶替行为做到事后可查。当出现陌生人闯入或者工房满员、超员等情况时，界面会自动弹出报警信息，提示值班人员进行处理。通过终端监控界面，可以实时了解工房的在线人数、出入人员信息，同时可以对生成的人员出入日志、报警日志进行查询。
2.4 安全性设计
系统安全性设计分为硬件和软件两个部分。在硬件上，配备不间断电源以避免突然断电对系统设备造成损坏，保证停电情况下系统继续发挥监控作用；设置信号防雷、防电磁脉冲措施和电涌保护器以保护设备运行安全。在软件设计上，充分考虑系统信息安全性，设置了如下功能：对登录操作系统的用户进行身份鉴别；对管理员登录地址进行限制；具有登录失败处理功能；具备通过网络地址限制终端登录功能；图像数据被移动时记录入日志；记录企图删除、修改数据的操作者用户名、网络地址、操作时间等。
3 结语
集成测试结果表明，系统能够准确识别人员身份信息、进行人数统计，测试准确率高达99%。同时，系统现场显示、语音报警、日志查询、信息储存等功能运行正常。综上所述，采用RFID技术与视频人像识别技术相结合的方式，既满足了民爆器材危险作业场所的智能化定员监控要求，又对正常的生产作业不造成任何不利影响。该系统的应用，将大大提高行业本质安全水平，促进民爆行业信息化建设进程以及民爆器材生产企业的安全生产与健康稳定发展。
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参考文献
[1] 工业和信息化部.关于增补完善民爆生产线安全监控手段的通知[EB/OL].[2013 ? 6 ? 30].http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12843926/n13917012/15457120.html.
[2] 李海雄，刘文帅，贺泽军，等.基于二维码的民爆门禁式定员监控系统研究[J].电子科技，2015，28（2）：75?77.
[3] 周晓红.基于人脸识别技术的门禁式定员监控系统设计[J].煤矿爆破，2014（2）：29?32.
[4] 闫敬文，樊秋月.基于视频图像处理的人数统计方法[J].汕头大学学报：自然科学版，2008（2）：33?35.
[5] 赵斌，张红雨.RFID技术的应用及发展[J].电子设计工程，2010（10）：123?126.
[6] 陈军，徐旻.射频识别技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2014.
[7] 张永生.智能视频分析发展现状与趋势[J].中国公共安全，2009（10）：43?48.
[8] 雷玉堂.各类门禁系统的比较及其发展[J].中国公共安全，2007（z1）：94?99.
[9] 陈钰龙，姜建国.门禁系统中通信平台的应用[J].电子科技，2005（6）：24?27.
作者简介：周晓红（1980—），女，安徽砀山人，工程师。主要从事民爆器材生产线自动控制、信息化研究。
李娟娟（1986—），女，安徽淮北人，工程师。主要从事爆破器材仪器仪表研究设计。
王晓云（1981—），女，安徽宿州人，工程师。主要从事民用爆破器材相关的科研工作。