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基于Django框架的安全監(jiān)控平臺設計與實現(xiàn)

2020-04-10 10:57吏澤坤吳國勝黃浩胡永明莫其嚴
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2020年2期
關(guān)鍵詞:安全監(jiān)控平臺設計人臉識別

吏澤坤 吳國勝 黃浩 胡永明 莫其嚴

摘 要:近年來各種暴力事件頻發(fā),公共場所的治安管理問題受到社會各界的廣泛關(guān)注。針對如何有效完善公共場所的安全監(jiān)管問題,文中設計基于Django框架的智能安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了人臉識別、短信通知、系統(tǒng)告警和區(qū)域監(jiān)控等功能,能有效識別管理區(qū)域人員信息,實時監(jiān)控區(qū)域安全狀況。通過試點實驗,驗證了該系統(tǒng)的人臉識別率達到98%,區(qū)域攝像頭覆蓋率達到95%,異常事件報警時間低于0.1 s,有效增強了安全問題應對能力。

關(guān)鍵詞:Django框架;安全監(jiān)控;人臉識別;短信通知;系統(tǒng)告警;平臺設計

中圖分類號:TP277;TN919文獻標識碼:A文章編號:2095-1302(2020)02-0-04

0 引 言

近年來,隨著信息社會的高速發(fā)展與進步,公共區(qū)域安全已經(jīng)成為社會關(guān)注的重點話題之一。學校作為學生接受教育的學習場地,家長在關(guān)注師資力量與教學環(huán)境的同時,校園安全也越來越受到家長和社會的關(guān)注[1]。近幾年發(fā)生的校園安全事件,如上海攜程親子園工作人員給幼兒喂芥末;貴州黎平七中一男生在宿舍遭人群毆等,使得校園安全置身于輿論的風口浪尖[2]。車站作為人們?nèi)粘3鲂械谋剡M之地,區(qū)域安全管理同樣需要重點關(guān)注,廣州火車站暴力襲擊事件造成6人受傷。如何在不妨礙人們正常生活的同時,能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域的有效監(jiān)控與安全管理,是監(jiān)控系統(tǒng)的未來目標。

隨著大數(shù)據(jù)與人工智能時代的到來,面對長期學生校園安全問題[3],以及社會公共區(qū)域的監(jiān)控和治理問題等,數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn),使得在不妨礙人們?nèi)粘3鲂械那闆r下,實現(xiàn)對管理區(qū)域的有效且全面的監(jiān)控,滿足社會各界對安全的需要,同時解決了區(qū)域監(jiān)控的效率問題,實現(xiàn)了高效、高識別率、大范圍監(jiān)控。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 Django框架

Django是一種基于Python的開源Web框架。相較于傳統(tǒng)的Web開發(fā),開發(fā)過程中經(jīng)常遇見開發(fā)進程緩慢、效率低下、數(shù)據(jù)庫切換不友好等情況,Django在設計之初就考慮到相關(guān)問題。

如圖1所示,Django框架采用模型(Model)-模板(Template)-視圖(View)的MVC設計模式[4]。

(1)模型對應的是數(shù)據(jù)存取層,主要用于數(shù)據(jù)相關(guān)事務的處理。

(2)模板對應的是業(yè)務邏輯層,主要用于表現(xiàn)相關(guān)決定的處理。

(3)視圖對應的是表現(xiàn)層,主要用于存取、調(diào)用模型及相應的邏輯。

業(yè)務邏輯層、前端視圖層、數(shù)據(jù)模型層在Django中體現(xiàn)了高內(nèi)聚低耦合的特性[5],便于開發(fā)者的快速上手與使用。Django為了解決實際生產(chǎn)過程中可能使用到不同數(shù)據(jù)庫的需求,采用ORM 對象關(guān)系映射,能夠便捷地進行數(shù)據(jù)模型設計與交互,提供表單模型的同時還支持對原生SQL語句的運行,極大地提高了數(shù)據(jù)庫的可選擇性。

1.2 硬件

本系統(tǒng)的設計理念側(cè)重于進出安防、校園邊界監(jiān)控和學生在校期間日常監(jiān)控查詢,攝像頭與閘機的選取尤為重要。閘機有傳統(tǒng)的單一刷卡閘機和新型的人臉識別閘機[6]。但由于應用場景的多變與危情不可預知的特點,閘機采用單一的人臉識別技術(shù)并不能完全切合實際情況的需求。本系統(tǒng)采用人臉識別和電子刷卡雙重識別,既能滿足學生進出高效,又確保進出身份安全認證。

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件選取

本系統(tǒng)閘機采用TD-Y002D型號翼閘搭配TD-P12型號的人臉識別一體機。閘機擁有3對紅外防夾感應,雙向讀卡窗口,支持WiFi和4G模塊,可直接通過管理計算機實現(xiàn)遠程控制與管理。人臉識別一體機屏幕分辨率為1 024×600,擁有200萬像素RGB攝像頭,識別距離為0.5~4 m。本系統(tǒng)采用??低昳DS-2PT7T40MX(13~52 mm)系列攝像頭。

2.2 軟件

2.2.1 短信平臺選擇

國內(nèi)三大運營商均提供短信服務,但是作為互聯(lián)網(wǎng)平臺,直接接入運營商進行短信發(fā)送,存在開發(fā)成本大、周期長、效率低等問題[7]。因此,選擇已有的短信平臺能夠很好地滿足中小型網(wǎng)站發(fā)送短信的需求,為便于后續(xù)系統(tǒng)部署與運維,本系統(tǒng)采用阿里云短信平臺。通過開放阿里云短信功能權(quán)限AccessKeyID和AccessKeySecret等相關(guān)參數(shù),調(diào)取阿里云短信API實現(xiàn)快速開發(fā)[8]。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫選擇

數(shù)據(jù)庫是信息存儲的關(guān)鍵。MySQL是一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在不同的表中,而非放在一個大倉庫內(nèi),增加了速度并提高了靈活性。MySQL作為開源數(shù)據(jù)庫可供開發(fā)者使用,具有體積小、速度快、成本低等特點,因此本系統(tǒng)采用MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫。

2.2.3 項目部署

項目部署有兩種方式:一種是本地部署包括搭建本地服務器,配置本地環(huán)境,配備服務器機房以及專用光纖以便于外網(wǎng)訪問。此部署方式優(yōu)點是數(shù)據(jù)獨立、安全可靠,缺點是硬件和運維成本高、不便于后期維護。另一種是中小型網(wǎng)站最好的選擇[9],利用云計算,部署在云端的服務能夠支持在線升級和擴展應用,彈性設置網(wǎng)絡環(huán)境,根據(jù)不同需求與使用量合理安排云服務環(huán)境,極大地降低了運維和硬件成本。

2.3 系統(tǒng)模塊

入園時,閘機進行人臉識別,進行數(shù)據(jù)打包并傳輸至云端,在云端服務器進行數(shù)據(jù)解析,完成圖片解碼,短信發(fā)送,Web服務調(diào)取攝像頭API,實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控。系統(tǒng)模塊流程如圖2所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 閘機人臉識別模塊

線下統(tǒng)計包括家長姓名、家長電話、學生姓名、學生班級、學生照片等信息,錄入數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)采用人物軌跡法[10],學生進入校園時,閘機獲取打卡學生姓名,人臉識別一體機抓取人臉圖片,通過人臉對比,識別抓拍人物信息,通過相關(guān)信息進行索引,獲取數(shù)據(jù)庫預存信息。然后將獲取信息按照固定格式封裝成JSON格式數(shù)據(jù),通過Http協(xié)議發(fā)送至云端服務器。

3.2 短信發(fā)送模塊

在云端監(jiān)控系統(tǒng)進行JSON解碼,提取學生姓名、家長姓名、家長手機號、打卡時間等數(shù)據(jù),以參數(shù)的形式傳入阿里云短信API中,通過阿里云短信平臺,發(fā)送至家長手機,實現(xiàn)學生入園信息的實時通知。如圖3所示,短信數(shù)量和短信發(fā)送記錄能夠通過阿里云短信平臺進行查詢和監(jiān)控。

3.3 圖片解析模塊

為提高識別效率,充分利用云計算優(yōu)勢,本系統(tǒng)的圖片傳輸采用編碼字符串的形式。圖片抓取成功后進行兩次編碼:第一次進行Base64編碼;第二次進行URL編碼。Base64編碼的作用在于減少Http請求,同時支持圖片提前加載[11],但是進行Base64編碼以后產(chǎn)生的字符串也會帶來特殊字符在傳輸過程中無法有效識別和產(chǎn)生歧義的問題。為了解決此問題,采用對Base64編碼以后的字符串進行URL編碼的二次編碼,可有效避免由于特殊字符帶來的問題[12]。

云端服務器接收數(shù)據(jù)幀,獲取其中的圖片編碼字符串,首先進行URL解碼,還原成Base64編碼,再進行Base64解碼,將解碼數(shù)據(jù)寫入JPG文件中,還原成圖片進行人臉比對,同時將圖片存儲在云端服務器。

3.4 遠程視頻監(jiān)控模塊

云端監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)用攝像頭API獲取監(jiān)控視頻,同時部署在圍墻邊的傳感器獲取園區(qū)邊界信息。當有人翻越圍墻時傳感器會出現(xiàn)高低電平變化,通過主控芯片將告警信息傳輸至監(jiān)控平臺[13]。同時,對監(jiān)控視頻進行圖像處理,利用深度學習完成姿態(tài)識別,例如:監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)學生打架事件,彈出告警信息傳輸至監(jiān)控平臺。對園區(qū)出現(xiàn)的告警信息,系統(tǒng)會進行信息分類并記錄日志。

3.5 系統(tǒng)實現(xiàn)流程

如圖4所示,學生進入校園時,首先通過刷身份認證卡,同時面向人臉識別一體機,閘機識別刷卡身份信息,當符合預存信息則進行人臉識別,當識別成功后,閘機內(nèi)置程序?qū)⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)打包成JSON,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表1所列,通過4G模塊發(fā)送到云端[14]。

云端部署的Django框架服務器運行Http接口服務,接收硬件閘機發(fā)送的打卡數(shù)據(jù),調(diào)用阿里云短信服務,實時發(fā)送打卡短信到家長手機號,短信內(nèi)容包括打卡時間、打卡地點、打卡學生姓名。打卡學生實時抓取圖片編碼字符串首先通過URL解碼,還原成Base64編碼字符串,再通過Base64解碼[15],還原成JPG格式圖片并保存到本地服務器。監(jiān)控系統(tǒng)接入校園安全攝像頭接口,實現(xiàn)遠程監(jiān)控園區(qū)安全和告警管理。

4 系統(tǒng)測試

幼兒園校園的安全問題是社會關(guān)注的重中之重。本系統(tǒng)測試試點選取珠海市某幼兒園。本系統(tǒng)部署運行之后,學生入園刷卡如圖5所示,由一名學生刷卡通過閘機。

閘機準確進行人臉識別,并將學生信息按照規(guī)定好的數(shù)據(jù)幀發(fā)送至云端服務器[16]。云端準確接收并進行解析,完成短信發(fā)送,短信監(jiān)控顯示如圖6所示。

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲、圖片解析及抓拍圖片還原存儲如圖7所示。

運行Web服務,調(diào)取監(jiān)控視頻API,如圖8所示,實現(xiàn)對校園環(huán)境的實時監(jiān)控,以及校園監(jiān)控與告警。

5 結(jié) 語

數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化是視頻監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢。本系統(tǒng)實現(xiàn)了人臉識別、短信通知、園區(qū)邊界及場內(nèi)安全監(jiān)控,綜合性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)?;诎⒗镌品?,本系統(tǒng)可根據(jù)幼兒園監(jiān)控數(shù)量和家長用戶數(shù)量實時調(diào)整服務器性能,保障視頻流暢度和實時性。人工智能告警系統(tǒng)能及時將異常情況通知給管理者,從而實施有效的安全管控,最大程度保障學生安全,解除老師和家長的后顧之憂,創(chuàng)建平安校園。

參 考 文 獻

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