CN108062809A - 一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，包括：门禁装置、视频监视装置、物联网仪表接口装置、数据集中装置以及大数据汇聚分析平台。该系统以进出住宅小区单元的人员为对象，执行人员面部、着装和身体特征的提取与识别，获取人员特征信息、关联信息、行为模式信息；将上述信息汇聚到大数据平台，实现人员信息的大数据分析，建立人员行为画像，进行住宅房间特征识别，为政府机关、社区物业等单位的社会综合管理和公共服务提供支持。

Description

一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统
技术领域
本发明涉及大数据技术领域，具体为一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统。
背景技术
人员管理是社会综合管理的一个重要方面。例如，政府机关需要了解辖区内的常住居民、流动人口的总体情况，为制定政策、配置资源、治安防范和维护社会秩序提供量化的依据；小区物业等单位也有必要对本小区的业主情况、租房情况、特殊人群(比如残障人士等)情况具有总体上的了解，以加强物业管理和服务的针对性和预测性，使物业管理与小区住宅的人员状况相匹配，并且及时发现不符合居住规定、有可能损害公共安全的行为。
传统的管理方式中，居委会、派出所、物业公司等机构采用人工调查的手段，以挨家挨户访问登记的方式来采集人员信息。现在城市社区人口越来越多，流动性增强，人员情况变化很快，以上传统的手段能够收集上来的信息数量非常有限，时效性也非常滞后。而且收集效率低、人力成本高，已经不能适应目前的管理需求。
在当前的大数据时代，各行各业都要求在尽量大的空间范围、尽量长的持续时间上广泛收集数据，特别是采集用户日常生活中一举一动相关的数据，从中分析有用的信息。例如用户上网浏览的网页内容、网上购物所采购的物品等等，都会被作为大数据收集起来，被网站用于分析用户的习惯和偏好。那么，出于社会管理和公共服务的需要，有必要应用大数据的思路和手段，实现对住宅小区人员信息的大数据常态化采集和分析。
例如，中国专利文献CN106910151公开了一种社会保障大数据平台。该平台具有人口基础数据库、社会保障数据仓库、数据交换平台、社会保障综合分析系统、社会保障信息管理系统以及社会保障服务门户。该系统主要是利用数据交换平台，联通各个政府部门的人口和社会保障数据资源，利用这些数据资源进行社会保障的综合分析并在系统门户提供养老、生育等服务。在该现有技术中，人员信息大数据的来源是政府部门登记管理的数据库，该系统自身不具有大数据采集和汇聚的能力。
又例如，中国专利文献CN106886970公开了一种具有预警功能的流动人口管理系统，包括多个门禁主机、物业管理机、用户终端、警务终端、服务器。门禁主机包括门禁卡读卡器、网络模块、摄像头、安防预警模块，门禁主机通过网络模块与服务器连接，将人脸抓拍，门禁视频与人脸识别相结合，发现可疑人员立刻将信息推送给公安部门，改善社区治安。物业管理机上由使用人员对小区及附属楼栋、单元、房号进行创建和管理，对住户身份、家庭信息进行，将门禁卡进行绑定和开门权限分配，以及将新登记的住户身份和面部信息发送到警务终端进行查询。该现有技术中对于人员信息的采集，是在办理门禁卡的过程中通过在物业管理机上的人员登记实现的，对于未登记人员则无法有效采集其数据。另外该系统利用门禁主机等设备，只是实现了监控报警和统计单元门出入的功能，在人员信息大数据的采集方面不能提供更多类型的有价值信息，因而也不能支持多元化的大数据分析，无法实现更为丰富的应用功能。
可见，为了满足政府机关和物业等单位日趋精细的人员管理需求，需要在住宅小区实现针对人员信息的大数据采集系统，能够全面获取、识别多种类型的人员信息，特别是挖掘潜在的对人员管理有价值的信息，实现多元化的大数据分析。为了减少对居民正常生活节奏的影响，希望能够借助现在越来越多的部署在住宅小区的物联网设备，潜在式地完成人员信息的采集、识别和分析。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的上述需求，本发明提供了一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统。本发明以小区住宅当中的人员为对象，实现人员特征信息、关联信息、行为模式信息等各种状态信息的大数据采集，通过汇聚和分析人员的相关信息，为政府机关、社区物业等单位的社会综合管理和公共服务提供支持。
(二)技术方案
一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，包括：门禁装置、视频监视装置、物联网仪表接口装置、数据集中装置以及大数据汇聚分析平台；其特征在于：
所述门禁装置安装在小区住宅每个单元门，用于门锁控制、可视对讲以及监控拍摄进入和离开单元门人员的画面；从拍摄的画面中提取进入和离开单元门人员的人体形象特征，所述人体形象特征包括面部特征信息、着装颜色特征、身体形态特征，并且根据拍摄时间记录下该人员的进出时间；通过物联网通信将所述人体形象特征通过物联网上传给所述数据集中装置；
视频监视装置用于拍摄进入住宅单元的人员在住宅公共空间中活动的人员监控画面，从所述人员监控画面当中提取人物目标，获得人物目标的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码，通过物联网上传给所述数据集中装置；
物联网仪表接口装置连接本住宅单元的智能计量表，用于按照固定时间间隔定期采集智能计量表的读数，并且将采集的计量表读数通过物联网上传给数据集中装置；
数据集中装置用于在本住宅单元的范围内覆盖物联网，通过物联网接收并且存储所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数；识别所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数之间的相关性，整合并存储信息关联性登记；接入广域网络并且将所述信息关联性登记远程发送到大数据汇聚分析平台；
大数据汇聚分析平台用于通过广域网络接收并存储辖区范围内的全部数据集中装置所上传的所述信息关联性登记，应用所述信息关联性登记进行与人员管理相关的大数据分析。
优选的是，所述门禁装置包括：电子门锁、数字按键、读卡器或指纹识别器、对讲机、前置摄像头、后置摄像头、物联网通信模块以及主控制芯片；电子门锁可以在主控制芯片的控制下锁闭或者打开单元门；数字按键用于输入房间号码和密码；主控制芯片根据输入的房间号码启动对讲机，并且通过前置摄像头拍摄操作者画面，实现与指定房间的可视语音对讲；主控制芯片还将输入的密码与预置密码进行比对，实现密码开锁；读卡器或指纹识别器可以读取操作者持有的出入卡卡号或者扫描操作者指纹，主控制芯片通过将读取的出入卡卡号或者扫描的操作者指纹与预置卡号或业主指纹信息比对，实现刷卡开锁或者指纹开锁；主控制芯片利用前置摄像头拍摄的操作者画面，识别当前门禁操作者的面部特征信息，与预置的业主面部特征信息比对，实现面部身份识别开锁；前置摄像头用于拍摄单元门外一定空间的监控视频，从中获得门禁操作者以及进入单元门人员的画面；后置摄像头用于拍摄单元门内一定空间范围的监控视频，从中获得离开单元门人员的画面；主控制芯片还从前置摄像头和后置摄像头拍摄的画面中提取进入、离开单元门人员的人体形象特征，并且根据拍摄时间记录下该人员的进出时间；所述物联网通信模块接入物联网，实现门禁装置与数据集中装置的数据传输，将采集的人体形象特征上传给数据集中装置。
优选的是，所述视频监视装置具体包括：人物目标识别模块、人物目标特征提取模块、目标轨迹分析模块以及物联网通信模块；所述人物目标识别模块用于从各帧画面当中提取人体形象区域，并且将各帧画面中位置连续的人体形象区域识别为同一个人物目标；人物目标特征提取模块用于获得该人物目标的着装颜色特征，并且从各帧画面中选择具有可识别面部画面区域的视频帧，提取该人物目标的面部特征信息，从而获得该人物目标的人体形象特征；目标轨迹分析模块用于根据各帧画面被识别的同一个人物目标的位置连续变化，提取该人物目标的移动轨迹，并且根据移动轨迹的起点位置或终点位置，确认该人物目标的关联房间号码；所述物联网通信模块用于接入物联网，并且将采集的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码上传给数据集中装置。
优选的是，所述面部特征信息是面部区域的每个子区域图像纹理特征值的直方图数据。
进一步优选的是，所述面部特征信息以如下方式获取：将整个面部区域的外接矩形分解为N×N个子区域；针对其中每一个子区域，为该子区域内的每一个像素提取以该像素为中心像素、包括该像素左上、上、右上、右、右下、下、左下、左侧相邻像素的3×3像素块；该中心像素的图像纹理特征值Tc为：
其中ic表示中心像素的像素灰度值，ip表示相邻像素的像素灰度值，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序，p的取值依次由1至8；且
优选的是，所述着装颜色特征以如下方式获取：统计身体区域的颜色区间分布直方图；根据颜色区间分布直方图，获取其中分布像素数量最多的若干个颜色区间作为主颜色成分，将主颜色成分作为身体区域的着装颜色特征。
优选的是，所述身体形态特征以如下方式获取：取得人体形象区域的外接矩形，并根据该外接矩形获取其中心点；提取该人体形象区域的边缘像素；建立以该中心点为起点、以每个边缘像素为终点的特征矢量，人体形象区域的全部特征矢量集合为特征矢量组，作为身体形态特征。
优选的是，所述数据集中装置包括：物联网基站单元、数据集中器单元、数据存储器单元、数据关联单元以及远程通信单元；所述物联网基站单元用于在住宅单元的范围内覆盖物联网无线信号；所述数据集中器单元通过物联网接收所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数；所述数据存储器单元用于存储所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数；所述数据关联单元用于识别所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数之间的相关性，整合并在所述数据存储器单元中存储信息关联性登记；所述远程通信单元把所述信息关联性登记远程发送到大数据汇聚分析平台。
优选的是，所述数据关联单元对由门禁装置提取的进入和离开单元门人员的面部特征信息、着装颜色特征与由视频监视装置提取的人物目标的面部特征信息、着装颜色特征进行比对，判断二者是否对应同一个人物对象；在确认对应同一个人物对象的情况下，数据关联单元为该人物对象分配一个人物对象标识号，并且针对该人物对象标识号登记其面部特征信息；并且，数据关联单元根据门禁装置登记的该人物对象的单元门进出时间，并根据视频监视装置上传的该人物对象的移动轨迹信息以及关联房间号码，登记该人物对象进出单元门时间记录、人物对象单元内的移动时间及移动楼层记录、人物对象关联房间号码、进出关联房间的时间记录，从而整合出该人物对象的信息关联性登记。
优选的是，所述大数据汇聚分析平台包括：人员大数据仓库和数据分析服务器；人员大数据仓库用于对由各个数据集中装置上传的辖区内每栋住宅每个单元的信息关联性登记进行存储；所述数据分析服务器用于实现与人员管理相关的大数据分析。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统。本发明以进出住宅小区单元的人员为对象，利用小区单元部署的门禁装置、视频监视装置等设备进行人员画面拍摄，进而执行人员面部、着装和身体特征的提取与识别，获取人员特征信息、关联信息、行为模式信息；本系统将上述信息汇聚到大数据平台，实现人员信息的大数据分析，建立人员行为画像，进行住宅房间特征识别，为政府机关、社区物业等单位的社会综合管理和公共服务提供支持。本发明能够全面获取、识别多种类型的人员信息，特别是挖掘潜在的对人员管理有价值的信息，实现多元化的大数据分析；本发明可以减少对居民正常生活节奏的影响，借助部署在住宅小区的物联网设备，潜在式地完成人员信息的采集、识别和分析。
附图说明
图1为本发明的住宅门禁系统整体结构示意图；
图2为本发明的住宅门禁系统的门禁装置结构示意图；
图3为本发明的住宅门禁系统的视频监视装置结构示意图；
图4为本发明的住宅门禁系统的数据集中装置结构示意图；
图5为本发明的住宅门禁系统的大数据汇聚分析平台结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的一种实现人员大数据采集的住宅门禁系统。本系统包括：安装在小区住宅每个单元门的门禁装置101、安装在住宅每一层走廊并且拍摄范围覆盖该层公共空间的视频监视装置102、位于住宅每一层或者每个单元的物联网仪表接口装置103、在住宅每个单元的通信机房安装的数据集中装置104以及大数据汇聚分析平台105。
门禁装置101是具有门锁控制、可视对讲、监控拍摄以及物联网通信功能的智能设备。如图2所示，门禁装置101包括电子门锁101A、数字按键101B、读卡器或指纹识别器101C、对讲机101D、前置摄像头101E、后置摄像头101F、物联网通信模块101G以及主控制芯片101H。电子门锁101A可在主控制芯片101H的信号控制下锁闭或者打开单元门。数字按键101B用于输入房间号码。根据输入的房间号码，主控制芯片101H启动对讲机101D，并且通过前置摄像头101E拍摄操作者画面，实现与指定房间的可视语音对讲。数字按键101B还可以用于输入密码，主控制芯片101H通过与预置的密码进行比对实现密码开锁。读卡器或指纹识别器101C可以读取操作者持有的出入卡卡号或者扫描操作者指纹，主控制芯片101H通过比对预置的卡号或业主指纹信息，实现刷卡开锁或者指纹开锁。主控制芯片101H还可以利用前置摄像头101E拍摄的操作者画面，识别当前门禁操作者的面部特征信息，与预置的业主面部特征信息比对，实现面部身份识别开锁。这样，登记过面部特征的业主就可以利用数字按键101B输入自家房间号码，然后面对前置摄像头101E验证面部，从而实现开锁。该门禁装置的前置摄像头101E拍摄方向面向单元门门外，用于拍摄单元门外一定空间的监控视频，从中可以获得门禁操作者以及进入单元门人员的画面。后置摄像头101F拍摄方向面向单元门门内，拍摄单元门内一定空间范围的监控视频，从中可以获得离开单元门人员的画面。主控制芯片101H获得前置摄像头101E和后置摄像头101F采集的画面；从前置摄像头101E拍摄的当前操作者画面中提取门禁操作者的面部特征信息，用于上述面部身份识别开锁；还从前置摄像头101E和后置摄像头101F采集的画面中提取进入、离开单元门人员的人体形象特征，并且根据拍摄时间记录下该人员的进出时间。门禁装置的物联网通信模块101G利用ZigBee、NB-IoT、GPRS、WI-FI等通信协议接入物联网，实现门禁装置与本单元数据集中装置104的数据传输。主控制芯片101H通过该物联网通信模块101G，将所述人体形象特征通过物联网上传给数据集中装置104。
主控制芯片101H提取的人体形象特征包括进入、离开单元门人员的面部特征信息、着装颜色特征、身体形态特征。对于前置摄像头101E和后置摄像头101F拍摄的进入、离开单元门人员的画面，主控制芯片101H首先识别其中存在的人体形象区域，并且将该人体形象区域进一步分解为面部区域和身体区域。人体形象区域的识别可以通过运动区域检测基础上的轮廓提取和分类机识别方法来实现；即，利用摄像头拍摄的前、后帧画面差分计算获取运动区域；利用梯度判断等算法提取运动区域轮廓；以运动区域轮廓的外接矩形中心点为起点、运动区域轮廓边缘像素为终点建立矢量组；将该矢量组带入SVM分类器，识别该运动区域是否是人体形象区域；进而根据经验头身比，将人体形象区域切分为面部区域和身体区域。
主控制芯片101H从面部区域提取的面部特征信息为面部区域图像纹理特征值，纹理特征值对于光照变化不敏感，因此可以很好的适应门禁装置环境光照变化差异大的实际条件；纹理特征值对于面部图像拍摄角度偏移也具有比较强的适应性，因此通过单元门的人员即便面部相对于门禁装置存在一定程度内的倾斜也不影响识别。面部区域图像纹理特征值的计算方法如下：
将整个面部区域的外接矩形分解为N×N个子区域，N的取值范围为5-20；针对其中每一个子区域，为该子区域内的每一个像素提取以该像素为中心像素、包括该像素左上、上、右上、右、右下、下、左下、左侧相邻像素的3×3像素块；该中心像素的图像纹理特征值Tc为：
其中ic表示中心像素的像素灰度值，ip表示相邻像素的像素灰度值，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序，p的取值依次由1至8；且
也就是说，在3×3像素块内，以中心像素的灰度值为阈值，将相邻的8个像素的灰度值与其进行比较，若相邻像素灰度值大于等于中心像素灰度值，则该相邻像素被标记为1，否则该相邻像素标记为0。这样，3×3像素块内的8个相邻像素经比较可产生8个数值为0或者1的标记，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序将相邻像素对应的标记排列为一个8位的二进制数，该8位二进制数转化为十进制即为Tc，作为中心像素的图像纹理特征值，并用这个值来反映该像素块的纹理信息。对于N×N个子区域中的每一个子区域，获得其中每一个像素的图像纹理特征值，进而进行该子区域像素图像纹理特征值的直方图统计，获得每个子区域的直方图数据；将全部子区域的直方图数据组合在一起，形成的数据集合作为面部区域的面部特征信息。
进而，主控制芯片101H统计身体区域的颜色区间分布直方图，即将身体区域每个像素的颜色值归入色域中的一个颜色区间，统计每个颜色区间上分布的像素数量，形成颜色区间分布直方图；根据颜色区间分布直方图，获取其中分布像素数量最多的L个颜色区间，将这些颜色区间作为主颜色成分，其中L的取值为10-20；将主颜色成分作为身体区域的着装颜色特征。
主控制芯片101H还取得人体形象区域的外接矩形，并根据该外接矩形获取其中心点；进而，主控制芯片101H利用梯度判断等边缘识别算法提取该人体形象区域的边缘像素；建立以该中心点为起点、以每个边缘像素为终点的特征矢量，人体形象区域的全部特征矢量集合为特征矢量组，作为身体形态特征。该身体形态特征可以用于对乘坐轮椅、肢体残疾、高月份孕妇、幼儿等特殊形态人群的分类识别。
本系统的视频监视装置102一方面用于实现安全监控功能，有助于物业管理部门及时发现失火、盗窃等异常情况。另一方面，视频监视装置102用于拍摄人员监控画面，该人员监控画面表示了进入本住宅单元的人员在进入某个房间之前在住宅公共空间中的活动情况。同样，视频监视装置102可以从该人员监控画面当中提取上述人体形象特征，包括人员的面部特征信息、着装颜色特征、身体形态特征。由于人员在住宅公共区域的活动范围很大，受到拍摄位置的制约，视频监视装置102难以像门禁装置101那样总是获得面积较大且较清晰的人员面部画面，且随着人员由远及近或由近及远的移动，各帧画面当中人体形象区域的大小、位置、形状都不断改变，在很多帧画面当中人员的面部画面区域是不可识别的，不过时间上相邻的各帧画面当中同一个人物目标的人体形象区域在位置上彼此存在连续性。另外，虽然各帧画面中同一个人的面部特征信息、身体形态特征变化比较大，但着装颜色特征会保持稳定。视频监视装置102如图3所示，具体包括：人物目标识别模块102A、人物目标特征提取模块102B、目标轨迹分析模块102C以及物联网通信模块102D。人物目标识别模块102A，用于从各帧画面当中提取人体形象区域，并且将各帧画面中位置连续的人体形象区域识别为同一个人物目标；可以根据各帧画面人体形象区域中心点的位置，将相邻两帧画面中中心点位置距离在预定阈值以内的人体形象区域识别为同一个人物目标。人物目标特征提取模块102B，用于获得该人物目标的着装颜色特征，并且从各帧画面中选择具有可识别面部画面区域的视频帧，提取该人物目标的面部特征信息；具体来说，人物目标特征提取模块102B根据各帧画面中同一个人物目标的人体形象区域，通过统计颜色区间分布的直方图，提取其着装颜色特征；进而，人物目标特征提取模块102B根据各帧画面中同一个人物目标的人体形象区域，确定其中面部区域的大小，当面部区域大小符合预定标准，则认定其属于可识别面部画面区域，从该区域提取该人物目标的面部特征信息。目标轨迹分析模块102C根据各帧画面被识别的同一个人物目标的位置连续变化，提取该人物目标的移动轨迹，根据移动轨迹的起点位置或终点位置，确认该人物目标对应的房间号码，从而为该人物目标关联对应的房间号码。物联网通信模块102D接入物联网，并且将本视频监视装置102采集的人物目标的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联的房间号码通过物联网上传给数据集中装置104。
物联网仪表接口装置103连接本住宅单元的智能计量表，例如具有通信功能的水、电和燃气表，按照固定时间间隔定期采集智能计量表的读数；并且该装置接入物联网，将采集的计量表读数通过物联网上传给数据集中装置104。通过一定时间间隔内计量表读数的变化程度，可以间接反映对应房间的人员居住状况。
数据集中装置104如图4，包括物联网基站单元104A、数据集中器单元104B、数据存储器单元104C、数据关联单元104D以及远程通信单元104E。物联网基站单元104A用于在本住宅单元的范围内覆盖物联网无线信号，从而使得门禁装置101、视频监视装置102、物联网仪表接口装置103可以接入物联网，从而将数据上传给该数据集中装置104；物联网基站单元104A可以基于ZigBee、NB-IoT、GPRS、WI-FI等通信协议覆盖本单元，并允许和承载本单元门禁装置101、视频监视装置102、物联网仪表接口装置103的接入。数据集中器单元104B通过物联网接收门禁装置101、视频监视装置102、物联网仪表接口装置103上传的信息，包括门禁装置101上传的人体形象特征，视频监视装置102上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码，物联网仪表接口装置103上传的计量表读数，并且把这些信息存到数据存储器单元104C。数据关联单元104D用于识别门禁装置101上传的人体形象特征，视频监视装置102上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码，物联网仪表接口装置103上传的计量表读数之间的相关性，为以上信息整合信息关联性登记，将信息关联性登记数据存储在数据存储器单元104C。远程通信单元104E基于3G或4G通信技术接入广域网络，把数据存储器单元104C存储的信息关联性登记远程发送到大数据汇聚分析平台105。
具体介绍一下数据关联单元104D对门禁装置101上传的人体形象特征，视频监视装置102上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码，物联网仪表接口装置103上传的计量表读数的相关性识别过程。如上文所述，门禁装置101提取了每个进入和离开单元门人员的面部特征信息、着装颜色特征；视频监视装置102上传的人体形象特征包括人物目标的着装颜色特征和面部特征信息；数据关联单元104D对进入和离开单元门人员的面部特征信息、着装颜色特征与人物目标的面部特征信息、着装颜色特征进行比对，判断二者是否对应同一个人物对象；比对的具体过程是：设进出单元门人员面部特征信息表示为Fi,j,其中，i＝1,2,3,……N×N表示将面部区域分解出来的N×N个子区域,j表示该子区域统计出来的图像纹理特征值直方图中的每一列，Fi,j表示第i个子区域直方图第j列的值；同理，视频监视装置提取的人物目标的面部特征信息表示为Mi,j，Mi,j表示第i个子区域直方图第j列的值；则面部特征信息差异度S表示为
其中，αi表示N×N个子区域中每个子区域的权重值，在眼睛、嘴巴等关键位置处的子区域权重值更大。如果计算出来的差异度S小于第一阈值，则确认进出单元门人员与视频监视装置提取的人物目标属于同一个人物对象。如果差异度S大于等于第一阈值但小于第二阈值，则取得进出单元门人员与视频监视装置提取的人物目标的着装颜色特征，比较二者的主颜色成分是否重合，如果重合则确认进出单元门人员与视频监视装置提取的人物目标属于同一个人物对象。如果差异度S大于第二阈值，或者S虽然大于等于第一阈值且小于第二阈值但是二者主颜色成分不重合，则认定进出单元门人员与视频监视装置提取的人物目标不是同一个人物对象。在确认对应同一个人物对象的情况下，数据关联单元104D为该人物对象分配一个人物对象标识号，并且针对该人物对象标识号登记其面部特征信息；并且，数据关联单元104D根据门禁装置101登记的该人物对象的单元门进出时间，并根据视频监视装置102上传的该人物对象的移动轨迹信息以及关联房间号码，登记该人物对象进出单元门时间记录、人物对象单元内的移动时间及移动楼层记录、人物对象关联房间号码、进出关联房间的时间记录，从而整合出该人物对象的信息关联性登记。数据关联单元104D还根据门禁装置101提取身体形态特征的特征矢量组，将该特征矢量组代入经过训练的SVM分类器，识别是否属于乘坐轮椅、肢体残疾、高月份孕妇、幼儿等特殊人群分类；如果识别该人物对象属于特殊人群，则在该人物对象的信息关联性登记中记录特殊人群类型标志。另外，对于每一次识别出来的人物对象，首先将其面部特征信息与已经登记的人物对象的面部特征信息进行比对，判断当前识别的人物对象是否已经具有信息关联性登记；如果没有信息关联性登记，则为当前识别的人物对象新建一个信息关联性登记；反之，如果前识别的人物对象已经有了信息关联性登记，则在该登记中记录本次的进出单元门时间记录、单元内的移动时间及移动楼层记录、关联房间号码、进出关联房间的时间记录。数据关联单元104D还针对每个房间整合信息关联性登记，包括该房间关联的人物对象标识号、每个人物对象进出关联房间的时间记录、以及该房间的计量表读数记录。
大数据汇聚分析平台105是负责一定辖区范围内的住宅人员大数据汇聚和分析的云端数据中心。大数据汇聚分析平台105通过广域网络接收辖区范围内的全部数据集中装置104所上传的信息关联性登记数据。如图5所示，大数据汇聚分析平台105包括人员大数据仓库105A和数据分析服务器105B。人员大数据仓库105A用于对由各个数据集中装置104上传辖区内每栋住宅每个单元的信息关联性登记数据进行存储，从而该人员大数据仓库105A中汇聚了海量的人员信息记录，包括人物对象进出单元门时间记录、人物对象单元在单元内的活动记录、人物对象关联房间号码的记录、人物对象进出关联房间的时间记录、人物对象的特殊人群标记；还包括辖区住宅每个房间相关联的人物对象记录、人员进出房间时间记录、计量表读数记录。数据分析服务器105B以该人员大数据仓库105A当中存储的海量人员信息记录为基础，实现与人员管理相关的大数据分析。具体来说，数据分析服务器105B可以执行人物对象行为画像的建立与分析，根据每个被登记的人物对象，根据该人物对象所有的进出单元门时间记录、单元内活动记录、关联房间号码记录、进出关联房间时间记录以及特殊人群标记，统计这些记录的分布规律，提取该人物对象行为进出单元、进出关联房间主要分布的时间段，人物对象在单元公共区域内活动的时间长度和轨迹长度，人物对象关联的房间数量等维度特征，建立人物对象行为画像。根据该人物对象行为画像可以有效甄别不同类型的人员，例如，如果某个人物对象行为画像反映出该任务对象在住宅单元公共区域内活动的时间长度和轨迹长度明显长于正常分布区间，则该人物对象很可能并不是普通住宅居民，而有可能是在住宅公共区域从事张贴分发广告等行为的人员。数据分析服务器105B还可以针对每个房间进行指标统计分析，统计每个房间关联的人物对象数量、人物对象进出该房间的时间分布以及水电气用量，进而根据指标统计分析结果执行异常监控；比如如果某个房间关联的人物对象数量明显高于正常数量，或者人物对象进出该房间的时间分布与常规时间分布偏离度高，或者水电气用量明显高于正常范围，则该房间有可能属于群租房屋或者是住宅私自从事商业经营的房屋，相关管理部门可以对该房屋进行必要的检查探访。数据分析服务器105B还可以分类提取具有特殊标记的人物对象以及对应的关联房间号码，从而给予个性化的公共或物业服务，例如在意外灾害时给予优先救助。
本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，包括：门禁装置、视频监视装置、物联网仪表接口装置、数据集中装置以及大数据汇聚分析平台；其特征在于：
所述门禁装置安装在小区住宅每个单元门，用于门锁控制、可视对讲以及监控拍摄进入和离开单元门人员的画面；从拍摄的画面中提取进入和离开单元门人员的人体形象特征，所述人体形象特征包括面部特征信息、着装颜色特征、身体形态特征，并且根据拍摄时间记录下该人员的进出时间；通过物联网通信将所述人体形象特征通过物联网上传给所述数据集中装置；
视频监视装置用于拍摄进入住宅单元的人员在住宅公共空间中活动的人员监控画面，从所述人员监控画面当中提取人物目标，获得人物目标的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码，通过物联网上传给所述数据集中装置；
物联网仪表接口装置连接本住宅单元的智能计量表，用于按照固定时间间隔定期采集智能计量表的读数，并且将采集的计量表读数通过物联网上传给数据集中装置；
数据集中装置用于在本住宅单元的范围内覆盖物联网，通过物联网接收并且存储所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数；识别所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数之间的相关性，整合并存储信息关联性登记；接入广域网络并且将所述信息关联性登记远程发送到大数据汇聚分析平台；
大数据汇聚分析平台用于通过广域网络接收并存储辖区范围内的全部数据集中装置所上传的所述信息关联性登记，应用所述信息关联性登记进行与人员管理相关的大数据分析。
2.根据权利要求1所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述门禁装置包括：电子门锁、数字按键、读卡器或指纹识别器、对讲机、前置摄像头、后置摄像头、物联网通信模块以及主控制芯片；电子门锁可以在主控制芯片的控制下锁闭或者打开单元门；数字按键用于输入房间号码和密码；主控制芯片根据输入的房间号码启动对讲机，并且通过前置摄像头拍摄操作者画面，实现与指定房间的可视语音对讲；主控制芯片还将输入的密码与预置密码进行比对，实现密码开锁；读卡器或指纹识别器可以读取操作者持有的出入卡卡号或者扫描操作者指纹，主控制芯片通过将读取的出入卡卡号或者扫描的操作者指纹与预置卡号或业主指纹信息比对，实现刷卡开锁或者指纹开锁；主控制芯片利用前置摄像头拍摄的操作者画面，识别当前门禁操作者的面部特征信息，与预置的业主面部特征信息比对，实现面部身份识别开锁；前置摄像头用于拍摄单元门外一定空间的监控视频，从中获得门禁操作者以及进入单元门人员的画面；后置摄像头用于拍摄单元门内一定空间范围的监控视频，从中获得离开单元门人员的画面；主控制芯片还从前置摄像头和后置摄像头拍摄的画面中提取进入、离开单元门人员的人体形象特征，并且根据拍摄时间记录下该人员的进出时间；所述物联网通信模块接入物联网，实现门禁装置与数据集中装置的数据传输，将采集的人体形象特征上传给数据集中装置。
3.根据权利要求1所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述视频监视装置具体包括：人物目标识别模块、人物目标特征提取模块、目标轨迹分析模块以及物联网通信模块；所述人物目标识别模块用于从各帧画面当中提取人体形象区域，并且将各帧画面中位置连续的人体形象区域识别为同一个人物目标；人物目标特征提取模块用于获得该人物目标的着装颜色特征，并且从各帧画面中选择具有可识别面部画面区域的视频帧，提取该人物目标的面部特征信息，从而获得该人物目标的人体形象特征；目标轨迹分析模块用于根据各帧画面被识别的同一个人物目标的位置连续变化，提取该人物目标的移动轨迹，并且根据移动轨迹的起点位置或终点位置，确认该人物目标的关联房间号码；所述物联网通信模块用于接入物联网，并且将采集的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码上传给数据集中装置。
4.根据权利要求1所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述面部特征信息是面部区域的每个子区域图像纹理特征值的直方图数据。
5.根据权利要求4所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述面部特征信息以如下方式获取：将整个面部区域的外接矩形分解为N×N个子区域；针对其中每一个子区域，为该子区域内的每一个像素提取以该像素为中心像素、包括该像素左上、上、右上、右、右下、下、左下、左侧相邻像素的3×3像素块；该中心像素的图像纹理特征值Tc为：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>p</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>8</mn> </munderover> <msup> <mn>2</mn> <mrow> <mi>p</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mi>S</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中ic表示中心像素的像素灰度值，ip表示相邻像素的像素灰度值，按照左上、上、右上、右、右下、下、左下、左的顺序，p的取值依次由1至8；且
<mrow> <mi>S</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>&lt;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
6.根据权利要求1所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述着装颜色特征以如下方式获取：统计身体区域的颜色区间分布直方图；根据颜色区间分布直方图，获取其中分布像素数量最多的若干个颜色区间作为主颜色成分，将主颜色成分作为身体区域的着装颜色特征。
7.根据权利要求1所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述身体形态特征以如下方式获取：取得人体形象区域的外接矩形，并根据该外接矩形获取其中心点；提取该人体形象区域的边缘像素；建立以该中心点为起点、以每个边缘像素为终点的特征矢量，人体形象区域的全部特征矢量集合为特征矢量组，作为身体形态特征。
8.根据权利要求1所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述数据集中装置包括：物联网基站单元、数据集中器单元、数据存储器单元、数据关联单元以及远程通信单元；所述物联网基站单元用于在住宅单元的范围内覆盖物联网无线信号；所述数据集中器单元通过物联网接收所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数；所述数据存储器单元用于存储所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数；所述数据关联单元用于识别所述门禁装置上传的人体形象特征、所述视频监视装置上传的人体形象特征、移动轨迹信息以及关联房间号码、所述物联网仪表接口装置上传的计量表读数之间的相关性，整合并在所述数据存储器单元中存储信息关联性登记；所述远程通信单元把所述信息关联性登记远程发送到大数据汇聚分析平台。
9.根据权利要求8所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述数据关联单元对由门禁装置提取的进入和离开单元门人员的面部特征信息、着装颜色特征与由视频监视装置提取的人物目标的面部特征信息、着装颜色特征进行比对，判断二者是否对应同一个人物对象；在确认对应同一个人物对象的情况下，数据关联单元为该人物对象分配一个人物对象标识号，并且针对该人物对象标识号登记其面部特征信息；并且，数据关联单元根据门禁装置登记的该人物对象的单元门进出时间，并根据视频监视装置上传的该人物对象的移动轨迹信息以及关联房间号码，登记该人物对象进出单元门时间记录、人物对象单元内的移动时间及移动楼层记录、人物对象关联房间号码、进出关联房间的时间记录，从而整合出该人物对象的信息关联性登记。
10.根据权利要求1所述的实现人员大数据采集分析的住宅门禁系统，其特征在于：所述大数据汇聚分析平台包括：人员大数据仓库和数据分析服务器；人员大数据仓库用于对由各个数据集中装置上传的辖区内每栋住宅每个单元的信息关联性登记进行存储；所述数据分析服务器用于实现与人员管理相关的大数据分析。
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