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摘要：人脸识别过闸功能在地铁线路已经进入到实际改造实施阶段。在当前卡票和二维码等传统过闸方式下推进人脸过闸建设，还 需要大量的改造工作。结合AFC 系统改造人脸过闸项目中的案例经验，阐述了改造工程中的技术要点。包括城市上层网改造方案、车站级网络方案改造、数据机房改造、闸机改造等硬件层面的改造要点和AFC 系统架构改造、移动支付系统改造、清分系统改造等软件层面的改造要点。
关键词：地铁线路;AFC 系统;人脸识别闸机;改造
引言
根据《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》的要 求，生物识别、无感支付已成为城市轨道交通的行业发 展新目标。目前城市轨道交通的建设已经进入下半场，许多大城市已经拥有了地铁甚至建设了地铁线网。但是大部分城市的现有地铁线路还是采用卡票和二维码的传统方式[1]。各层级网络、闸机硬件等都是按照不设置人 脸识别来布置的，因此如果要推进人脸过闸的建设，需要大量的改造工作。
相对传统的卡票和二维码方式，人脸识别过闸虽然 可以给乘客带来无感过闸的爽快体验感，但是由于可进行比对的信息只有人脸的特征值且该特征信息相对于二维码有更大的信息体积和更多“噪声”(干扰信息)，因此系统要进行大量计算和信息传递。这也对数据传输能 力和数据计算能力都提出了更高的要求[2]。
基于这样的需求，本文结合作者在AFC 系统改造人 脸识别过闸项目中的经验，详细分析和阐述了改造工程中的技术要点。具体包括城市上层网改造方案、车站级 网络方案改造、数据机房改造、闸机改造等硬件层面的改造要点和AFC 系统架构改造、接入移动平台、接入清分平台等软件层面的改造要点。
1 人脸识别过闸整体架构设计
开展改造工作前，需要对城市既有地铁线路进行调研、因地制宜地设计整体改造方案。即需要顶层设计思维来总体把控，以免重复建设和无法实现功能。需要调研及明确的信息如下。
( 1 ) 原有AFC 系统支付方式。需要了解原有AFC 系统是否已经设置有二维码等无卡支付方式，是否已经 建立移动支付平台，是否已经有第三方支付接入条 件等[3]。
(2 ) 现有通信条件。由于传输的信息为人脸图像， 相对于传统二维码传递的数据格式，信息量有几何倍数 的增加[4]。因此需要调研各级网络是否具备传输人脸数据的通信条件。
在调研好城市AFC 系统现状的基础上，理顺整个AFC 人脸过闸架构的功能和业务构成才能明确改造的目标和各阶段、各系统的具体任务[5]，从而进一步确定实现这一业务功能需要增设那些软硬件设施。从功能出发对系统进行分解，人脸过闸的整体架构如图1所示。
整个刷脸进站流程，相较于二维码过闸，乘客的整 体感知过程是：乘客首先需要打开App 登记个人信息，登记时进行活体检测;登记本人信息成功后绑定微信、支付宝、银联[6]等第三方支付方式;乘车时，直接走带 有人脸识别终端的闸机通道，人脸识别成功后进入地铁 站，出站时同样走带有人脸识别终端的闸机通道，出站后台自动结算扣费。乘客只需要在首次使用时进行人脸的登记和支付方式的绑定，后续走带有人脸识别终端的闸机通道即可过闸。
相应数据处理层面的过程为：乘客靠近闸机上的人 脸识别终端，人脸识别终端检测跟踪并抓拍最佳质量的人脸照片。人脸识别终端发送抓拍的人脸照片信息到人脸识别智能平台进行人脸识别检索。人脸识别智能平台对抓拍的照片建模，特征值提取，检索人脸数据库匹配到用户唯一标识信息或确定为非注册用户并做黑名单校验，并把用户人脸注册信息或非注册用户标识返回给人 脸识别终端[7]。人脸识别终端把识别结果反馈给闸机读 写器或工控机，闸机根据用户的识别信息，向SC 发起防 重校验服务。闸机把验证结果(成功、失败、重复刷脸 等提示信息)回传给人脸识别终端设备，人脸识别终端 设备在屏幕上显示，方便客户阅读。最终实现无感式过闸乘车。
费用清算的流程是与二维码移动支付的结算流程无区别，增加了清分中心与人脸识别平台之间的行程比对 和人脸识别平台与第三方支付结果的比对[8]。
整个人脸信息的流转沿着车站级AFC 系统汇入线网级AFC 系统，最终由汇聚节点沿着上层主干网到达人脸识别平台。
其中一个敏感且重要的步骤是简历人脸库。各个城市与第三方App 的合作以及信息互通方面的深度不同，人脸库的建立也有两种不同思路。
一种思路是自建人脸库，在现阶段的人脸识别实现 上，多数城市采用这种方式，用自建的平台采集和存储人像。这种方式简化了数据流转过程、提高了识别和传输速度，可避免信息多平台交叉带来的各种安全风险，人脸的敏感信息相当于封闭在了地铁AFC 系统内部。图1 即为这种方式。该方式下，在人脸采集阶段需要乘客 先下载相应的App 来录入人脸信息，该功能可以合并到原有的城市移动支付App。自建人脸库的优点刚才已经提到，识别速度有保证，人脸敏感信息封闭可控[9]。另外一种方式是经由微信、支付宝等第三方App 内的人脸库进行比对，优点是乘客不需要再一次录入人脸 信息，同时可打通地铁信息库与微信、支付宝等第三方 信息库，有利于信息资源的共享连通。但现阶段该方案 缺点明显，首先是检测速度不稳定，极易受到第三方App 传输速度的影响;其次敏感数据之间互通需要进行大量的谈判和职责划分，牵扯到公共信息资源的开放共 享原则[10] 。因此当前阶段还是采用自建人脸库的方式，保留接入其他人脸库的条件即可。
2 硬件层改造方案技术要点
2.1 城市级上层网改造
进行城市级上层网改造需要首先调研城市上层网的当前带宽情况和拓扑设计，分析汇聚节点的分布(汇聚节点主要由交换机以及一些光纤辅材组成，负责线路指挥调度、业务数据交换[11]) 。根据现有城市的环网带宽分配情况和设计容量，来分配带宽给增设的人脸识别系统。基于此对城市上层网进行改造，改造后的网络拓扑图如图2 所示。如图所示新建的人脸平台对于既有AFC 系统而言是新增系统，所以在既有AFC 系统中并不存在连接人脸平台 的路径，相关网络设备中并不存在相应的路由条目。
因此需要结合新增人脸识别平台服务器所处位置向通 信专业提资接入上层网的带宽和路由需求。硬件上需 要补充从人脸识别服务器交换机到本单体内上层网交 换机之间的通信光缆。
最终实现的效果：新增人脸识别平台接入上层主 干传输网，通过主干传输网连接各个汇聚节点;各个汇聚节点通过AFC 环网获得各条线传输而来的人脸 数据。新增人脸识别平台末端接入上层网的细节方案在机 房改造章节进行分析。
2.2 车站级网络改造
各个城市的车站级AFC 网络系统是不一样的，这里以车站级AFC 自组环网路这种模式为例进行说明。具体改造的拓扑图如图3所示。如图所示，改造后的信息传 输路径为：终端通过新增的二层阵列交换机接入车站级 千兆环形网，将数据传递到车站三层交换机，然后经由 三级交换机到通信机房的通信配线架，最终汇入线网级 通信主干网[12]
在条件允许的情况下，人脸识别终端也可采用直接 接入闸机二层交换机的方式，可减少一组二层交换机，如图4所示。
2.3 数据机房改造
2.3.1 机房位置选择
人脸识别机房建议设置在上层网覆盖的城市控制中心或者汇聚节点，以便于接入上层主干传输网。如果所 在城市AFC 系统已设置移动支付平台，则建议人脸识别平台与移动支付平台设置在一起。
2.3.2 机房间选择
应当优先选择带有静电地板和气灭覆盖的机房，以减少后期的改造工作量。应当优先选择距离400 V 变电所近的房间，以缩短配电距离。宜尽量选择辅楼内，便于布置空调室外机等。
2.3.3 房间载荷校验
AFC 系统用电应当采用一级负荷且应设置UPS 系统，以保证断电后有足够的后备时间进行数据的备份、保护。
因此机房内需要设置UPS 配套的电池柜/架，选定 房间后，需要与结构专业进行对接，计算电池架的载荷并确定摆放位置。一般建议采用散力架的方式减少单位压力，同时电池架尽量布置在梁上或者靠近梁的位置来 规避风险[13] 。
最终应当要求电池厂家出具准确的载荷计算书，结合房间内的结构设计出具专业的载荷校验书才可进行 施工。
2.3.4 门禁和监控改造
应根据等保等级配置电子门禁系统，控制、鉴别和 记录进入的人员[14] 。乘客信息和AFC 相关后台数据为敏感信息，应根据安全等保要求进行安全监控，需要设置摄像头、存储器 等，并根据情况接入机房所在单体的CCTV 系统。
2.3.5 高效空调改造
人脸识别后台服务器需要运行在特定的温度、湿度情况下。因此数据机房内应当配备高效精密空调系统，实时检测机房温湿度和调节温湿度。
精密空调有多种形式。建议优先采用柜间精密空调系统，柜间空调系统可只负责服务器的降温，环境温度可继续利用该房间原有的空调系统。这样做的优点是柜间空调制冷效率高、负荷量小、节约用电，对400 V 变 电所的影响小[15] 。同时，应当注意适当冗余空调设计，避免空调宕机、检修导致服务器异常停机。
2.3.6 消防相关改造
房间内应具备火灾检测和自动灭火的功能。如果房间内本身是采用喷淋进行灭火的方式，那应当对喷头进行拆除和水管的封堵。改造为数据机房后，为满足火灾工况下气体灭火要 求，原房间内设置的排风口应当拆除做封堵处理;原新风管关闭支管所设手动调节阀。同时FAS 系统的控制模式也需要相应更改：火灾时，电动排烟口应处于关闭状态。火灾后开启排烟口并联动开启排烟风机进行火灾后 通风换气[16] 。设置气灭系统时首先考察原有气灭系统是否有条件对该房间进行覆盖和控制，受限的情况下也可以采用七 氟丙烷柜式无管网系统[17] 。另外根据规范要求，增设备用照明灯具及配电、疏散照明和疏散指示等的照明灯具及配电。
2.3.7 机房通信改造
机房末端的通信改造需要解决两个问题，一个是人脸识别后台服务器与上层网的通信联通;另外一个是人 脸识别后台服务器与移动支付平台服务器的通信联通。 人脸识别后台服务器与上层网的通信联通需要布设光纤到机房所在大楼上层网机房的交换机。
2.4 闸机硬件改造
乘客直接感知到的进站变化，就是闸机多了人脸识别的终端机。需要人性化地设计人脸识别终端的摆放置，既醒目地提醒乘客可以通过人脸过闸，又不能遮挡乘客视线或者侵入闸机通道。人脸识别终端的改造牵涉到较多的运维协调和施工协调。由于改造项目需要对既有线路的闸机进行钻孔等施工操作，施工时需要取得明火施工资格并应当优先在非运营时段施工。
改造方案应当考虑到既有闸机的构造，结合既有闸机的结构来进行终端机的固定、配电和通信等。建议人脸识别终端安装在闸机进站或出站方向的右侧机箱上，固定方式和角度应当遵循如下原则：人脸终端应当坚实可靠地固定在闸机上，可适应乘客不小心的碰撞。不可侵入闸机通行限界内。角度合理，保证能够准确地捉到乘客的人脸。安装方式如图5所示。供电上，人脸智能终端可采用闸机直流供电，可从 工控机或IO 板接电，或是新增低压电源适配器。
3 系统层改造方案技术要点
人脸识别系统需要接入原有的AFC 系统、移动支付系统和清分系统。需要对原有AFC 系统、城市的移动支付系统和清分系统进行软件层面的改造，才可实现相应的信息传递、计费清算等功能。
3.1 原有AFC 系统改造要点
ZLC 及LC 系统改造后需要实现线路级人脸过闸交易汇总及上传ACC 功能，并能通过AFC 系统监控和闸机维 护界面对人脸识别终端模块进行监控，升级票务信息平台完成对线路级人脸过闸数据统计分析功能。
SC 系统改造后需要实现车站级人脸过闸交易汇总及上传ZLC 及LC 系统功能，实现人脸过闸防重校验，并能通过AFC 系统实现对本站内人脸识别终端进行监控。ZLC 和LC 系统具体改造要点：支持脸码混合过闸;线路级人脸过闸相关交易汇总及上传ACC 系统;对人脸PAD模块进行监控;对线路级人脸过闸数据进行统计分析。
SC 系统改造要点：支持脸码混合过闸;车站级人脸过闸相关交易汇总及上传ZLC 及LC 系统;可实现人脸过闸 站级防重校验;通过AFC 系统车站监控实现对本站内人脸PAD 模块进行监控。
3.2 移动支付系统改造要点
移动支付系统升级改造的主要内容包括[18]：( 1 ) 账 户系统改造;(2 ) 支付系统改造，人脸识别新增的支付 接口由移动支付平台系统进行核对;(3 ) 增设线网账户 管理系统;(4 ) 移动支付行程系统改造等。具体如下。
账户系统方面。需要建立以身份证号为唯一标识的统一用户管理体系，实现统一用户管理、统一账户管理、统一交易管理。改造后支持地铁官方APP 人脸业务开通，对已注册地铁官方APP 开通人脸业务后进行单独标识。
支付系统方面。改造后需要支持多渠道、多方式的支付方式，平台可通过用户支付账户绑定、人脸端数据上传等方式判定用户支付方式并根据绑定的用户支付账 户进行扣款。
行程改造方面。改造后系统可实现人脸行程匹配(支持脸码混刷)、人脸行程计费、行程优惠、人脸交易对账及差异处理、人脸乘客事务处理后台业务。不影响现有的二维码票务业务，人脸业务遵循现有的票务规则。 系统具备对行程优惠配置管理功能，优惠管理在平台匹配时根据机构、卡种、优惠配置等信息综合分析后定价
3.3 清分系统改造要点
基于接入人脸信息的变动，对清分系统整体架构进行如下改造。
人脸票种交易数据方面。线网标准中需要增加人脸 业务相关票种及交易类型、交易结构的定义。系统设备需通过网络或离线方式将人脸相关票种的审计数据、原始交易数据等逐级上传到SC、ZLC ( LC)、及ACC[ 19 ] 。
人脸清分方面。需要支持对人脸识别相关新票种的客流及收益的统计与清分。新增人脸相关票种，用于线网内人脸相关票种的统计对账功能方面。支持与LC 与移动支付平台的对账，对账内容包含线网内人脸相关票种的客流数据。根据人脸业务的扩充，需对既有客流、收益等相关报表进行升 级，根据票务管理实现人脸过闸交易统计、客流统计。
4 结束语
随着科技的进步和对乘客体验的愈加重视，人脸过 闸进站乘车，已经从原来美好想象和方案讨论阶段，进入到实际的改造实施阶段。人脸识别进站经过合理规划、建设可以作为地铁通行的新模式，给乘客带来更好的乘车体验。
本文结合作者在实际改造设计工作中的设计经验，列出了一系列改造方案和技术要点。
首先提出了城市进行初步设计或者可行性研究时，应当进行的基础调研思路。其次对城市原有网络系统的 改造、数据机房选址、数据机房改造、闸机改造等硬件上的配套改造都提出了相应的研究成果。最后针对新加入的人脸识别系统平台，接入原有AFC 系统之后，对AFC 系统的影响以及原有的移动支付系统和清分系统的软件层面的改造也进行了研究，详细列举了改造要点。
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第一作者简介：秦志远( 1989 —)，男，山东蒙阴人，硕士， 工程师，研究领域为轨道交通低压配电和弱电设计，已发表论文6篇。
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