摘要:为实现道闸控制系统对车辆和试验人员的双重校核，本文提出了一种采用人脸识别技术的道闸控制系统。首先，利用人脸采集端采集身份数据并下发到人脸识别端及道闸控制板。然后，通过人脸识别端采集RFID读卡数据并进行人员身份校验。最后，将信息上传给道闸控制板做道闸控制逻辑判断。本文所开发的道闸控制系统既可维护试验场道闸控制基础数据，亦可实时采集车辆进出道闸的记录。
关键词:人脸识别；道闸控制系统；道闸控制板
1引言
国内汽车试验场目前正在大力投入信息化、智能化建设，仅靠试验管理人员按照传统的管理方式已无法满足试验场因业务量的剧增，而导致的试验资源利用不充分、试验管理不全面、不规范的情况发生。例如车辆在进入高环等性能类试验道路前不仅需要验证车辆是否符合进入条件，还需验证试验人员是否已通过专项道路的驾驶培训。此类试验道路需要具备经过专业驾驶培训的试验员方可进入，以避免较大的安全隐患，保证试验安全顺利的开展。利用人脸识别技术在试验场道闸控制上的应用研究能够解决试验人与车双重验证的需求痛点。
2系统整体方案
人工智能应用于各种工业场景的研究是必然趋势，经过综合评估，与其他身份识别方式相比，人脸识别技术在试验场道闸控制上的应用研究具有较高的可行性。百度AI开发平台的人脸识别精度可达99.77%[1]，能够满足试验场道路入口道闸位置对试验车辆和试验驾驶员的信息验证。本系统主要由上位道闸控制系统、人脸数据采集端、人脸识别端、RFID数据采集端构成。能够对共享预约、精准预约和包场预约三种试验类型进行精确的道路权限和道路容量的管控。硬件架构拓扑图如图1所示。
3硬件架构设计
3.1人脸采集端设计
人脸采集端主要包含人脸采集、人脸库管理、系统设置、人脸数据分发以及道闸控制板删除人脸数据。
（1）人脸采集
通过输入姓名、身份证信息并验证通过，开始采集人脸信息。人脸识别API采集到人脸数据之后，发送注册信息到上位机，如果上位机返回成功信息，则人脸注册成功。
（2）人脸库管理
已采集的人脸数据可在人脸库中查看，输入要查找的用户姓名，可按照姓名模糊查询。人脸列表以头像图片+姓名显示，点击头像，可查看头像原图。点击“批量删除”按钮，点击头像选择人脸，点击删除按钮，批量删除人脸数据。
（3）系统设置
系统设置主要包含人脸识别相关参数设置[2]、摄像头参数设置以及系统参数设置。主要设置项如下：a)无感知活体阈值设置；b)人脸识别阈值设置；c)无感知活体监测设置；d)摄像头预览旋转角度设置；可设置摄像头的旋转角度;e)摄像头镜像设置。
（4）人脸数据下发
人脸采集端可作为服务端，在人脸识别端同步设置中设置服务端IP地址以及端口号以及同步时间，定时同步人脸数据。（5）道闸控制板删除人脸数据服务端程序可通过道闸控制板程序给人脸采集端下达删除人脸数据命令，通过身份证号码，删除人脸数据。
3.2人脸识别端设计
人脸识别端主要包含人脸识别、人脸数据同步、RFID读卡以及道闸控制功能。
（1）人脸识别
将人脸置于摄像头可视范围内，采集数据后自动与人脸库对比，如果匹配成功，则开始读取RFID卡，读取到卡片ID后，将RFID卡号与人脸对应姓名、身份证号等信息发送给脱机控制板进行权限校验，如果返回成功信息，识别端向道闸设备发起抬竿命令，否则弹出失败信息。
（2）人脸数据同步
人脸识别端可定时同步人脸采集端的人脸库。
（3）RFID读卡
当有卡片靠近读卡器时，自动读取卡片信息，并与人脸识别模块识别的人脸信息发送给道闸控制板进行权限验证。（4）道闸控制如果RFID与人脸数据验证通过，此时人脸识别端程序向道闸设备发起抬杆命令。
3.3道闸控制板设计
道闸控制板负责接收上位道闸控制系统下发的基础数据，对进出道闸的车辆和人员权限进行逻辑处理及判断，并输出控制结果给人脸识别端，由人脸识别端对道闸进行抬落杆控制。
3.3.1多线程
道闸控制板设计七个线程，分别为上位机网络接收、上位机网络发送、网络监测、处理心跳、人脸板识别模块处理（来一次连接、新开一个线程）、人脸采集端处理、上位机数据处理。各个线程间处理数据通过数据帧队列传递，并设计有接收和发送缓存数据库，在断网情况下保存要发送的各种通信数据。判断人脸和RFID卡号关键线程收到人员身份证号和RFID卡号，通过读取数据库信息判断权限，给出是否抬杆的反馈信号。
3.3.2数据存储
通讯数据帧的数据结构按照数据通讯帧格式定义，数据队列的作用是在各个线程中数据流转。比如，上位机接收线程接收到一包数据，写入FIFO（数据帧地址存储区）；上位机处理线程读取FIFO，进行处理。接收与处理的线程分开，能够提高效率，预防短时间大量数据通信造成卡顿。
3.3.3数据库操作
在上位机通信中判断网络状态[3]，如果断网，与上位机通信的数据都写入数据库，以防断电丢失。在网络恢复的情况下，判断数据库是否为空，不为空则读取数据，进行正常收发或其他操作。
4软件设计
软件设计共包含两部分：接口设计和功能设计。
4.1接口设计
接口报文如表1所示。接口示例如表2所示。
4.2功能设计
上位道闸控制系统可维护试验道路与道闸间的绑定关系，处理试验车辆的发卡流程，并将卡片授权的道路、时间信息同步到道闸控制板中[4]。同时，上位道闸控制系统可采集试验车辆进出试验道路的记录，用于后期统计核算试验费用。
4.2.1道闸管理
上位道闸控制系统中维护共享时段和最大容量、道闸和对应区域的基础数据，包括：道闸编号、道闸区域、道闸类型，然后向道闸控制板下载。
4.2.2订单预约与试验管理
上位道闸控制系统中记录所有的客户预约信息，系统可对预约时间段进行校验，并可提示哪些时间段可以预约，哪些时间段不可以被预约。试验订单预约完成后，试验车辆进入试验环节过程中，上位道闸控制系统可实时采集和监控试验道路的动态信息，例如：试验道路容量的实时监控，试验车辆进出的实时数据采集等。
5结束语
本文基于百度人脸识别算法，将人脸识别技术在试验场道闸控制上进行相关的应用研究，通过TCP/IP协议打通研发的道闸控制板与RFID读卡器、人脸采集端设备、人脸识别端设备、上位道闸控制系统、终端道闸之间的通讯[5]。实现了道闸控制板对上位道闸控制系统基础数据的接收和现场终端设备（包括RFID读卡器、人脸识别终端）的数据采集，并通过自身的逻辑运算获取车辆的通行权限，最终实现对终端道闸的控制。
参考文献:
[1]百度在线网络技术（北京）有限公司.百度AI开放平台文档中心，2018.
[2]王哲.基于web的人脸识别登录和管理系统设计与实现[D].郑州:郑州大学,2017.
[3]冯凌颖.基于车牌识别的园区道闸车辆管理系统软件设计[D].杭州：浙江大学，2015.
[4]徐敏.物流中心停车场管理系统的设计与实现[D].南宁:广西大学,2016.
[5]张健,刘志成.一种智能停车场管理系统的设计[J].山西电子技术,2019(3):39-41，43.
作者:潘志友 叶芃 薛春雷 单位:中汽研汽车工业工程(天津)有限公司