主動(dòng)式二維碼考勤系統(tǒng)研究

魏為民，陳 鶴，王 芳

(1.上海電力學(xué)院，上海 200090;2.上海市天乘信息科技有限公司，上海 200120)

出勤是教師課堂或企業(yè)管理中的重要組成部分，同時(shí)也是衡量學(xué)生或員工的學(xué)習(xí)或工作狀態(tài)的重要依據(jù).目前主要的考勤方式有紙質(zhì)考勤、ID/IC卡考勤、指紋識別考勤、虹膜識別考勤、人臉識別考勤等.紙質(zhì)考勤是一種傳統(tǒng)的考勤方式，往往需要預(yù)先統(tǒng)計(jì)好出勤人員的名單，印刷成冊.考勤者通過點(diǎn)名的方式進(jìn)行人工考勤，在此過程中，無論事先的人員統(tǒng)計(jì)還是事后的人員比對，都需要投入相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪Τ杀?，人為干擾因素較大.ID/IC卡考勤方式引用了新型磁卡技術(shù)，對于考勤使用者相當(dāng)友好，但存在先期投資大的弊端.公司或企業(yè)使用該考勤方式，需要一套完整的設(shè)計(jì)方案，包括刷卡機(jī)的采購安裝、ID/IC卡片的制作，以及后臺(tái)軟件的設(shè)計(jì)和報(bào)表的生成等，該設(shè)計(jì)方案具有高度定制性，故需要不菲的投入.指紋識別考勤、虹膜識別考勤、人臉識別考勤等方式則采用了更加先進(jìn)的考勤技術(shù).上述考勤方式統(tǒng)稱為被動(dòng)的考勤方式，雖然技術(shù)升級提高了身份比對的安全性，但在方法上沒有脫離點(diǎn)名的實(shí)質(zhì)，不適合大規(guī)模人員的出勤與考勤.而且在實(shí)際使用的過程中，都需要支出硬件成本和人工成本，如紙張、刷卡機(jī)、指紋識別機(jī)、虹膜識別機(jī)、人臉識別機(jī)等，從而提高了使用者的使用門檻.

隨著智能手機(jī)的興起，Android和 IOS智能手機(jī)的普及為傳統(tǒng)考勤系統(tǒng)提供了一個(gè)新的契機(jī)，如利用智能手機(jī)結(jié)合二維碼進(jìn)行考勤.文獻(xiàn)[1]提到了Android系統(tǒng)下二維碼圖片的生成和辨識，該文獻(xiàn)著重說明了二維碼的圖像處理，但在考勤方式的分析和改進(jìn)上沒有深入探討.文獻(xiàn)[2]中使用了二維碼技術(shù)，通過對考勤卡片的重新構(gòu)造，新增了二維碼模塊，并通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行圖像識別.該文獻(xiàn)中建立的模型，只是在卡片的設(shè)計(jì)上添加了二維碼模塊，但仍然是一種采用刷卡方式的被動(dòng)考勤，沒能解決傳統(tǒng)考勤系統(tǒng)的不足.文獻(xiàn)[3]在考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上已經(jīng)初具模型，但沒有很好地解決數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和考勤安全性的問題.文獻(xiàn)[4]研究的重點(diǎn)在于硬件設(shè)備設(shè)計(jì)，雖然名稱叫做主動(dòng)式考勤系統(tǒng)，但實(shí)際上仍是一種出勤者被考察的被動(dòng)式檢測方式.它是一種機(jī)器檢測上的主動(dòng)，而不是一種方法上的主動(dòng).另外，該系統(tǒng)使用了較多的硬件設(shè)備，門檻較高，實(shí)用性有待商榷.文獻(xiàn)[5]以二維碼圖片為空間錨片，進(jìn)行相對位置估算，實(shí)現(xiàn)了指向交互。

1 主動(dòng)式二維碼考勤

為了克服傳統(tǒng)被動(dòng)式考勤方式的缺陷和不足，筆者提出了一種新型考勤方式——主動(dòng)式二維碼考勤方式.該考勤模型主要包括智能手機(jī)終端和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器兩個(gè)部分.其流程如下:首先，考勤者通過智能手機(jī)終端生成二維碼考勤圖片，并上傳考勤消息;其次，出勤者通過智能手機(jī)終端進(jìn)行二維碼掃描，并上傳出勤信息;最后，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器收到兩次消息，比對無誤后完成考勤.其過程如圖 1 所示.[6-10]

這種考勤方式的最大優(yōu)勢:一是考勤雙方均使用智能手機(jī)進(jìn)行交互，因智能手機(jī)的普及性，故可大大節(jié)省硬件支出成本;二是這種考勤方式是一種真正意義上的主動(dòng)式考勤，相比于傳統(tǒng)被動(dòng)式考勤方式，在速度方面有了一個(gè)幾何級數(shù)的躍升，尤其考勤者可以通過投影二維碼圖片進(jìn)行群體考勤，節(jié)省了排隊(duì)考勤時(shí)所需的大量時(shí)間.

圖1 主動(dòng)式二維碼考勤流程

1.1 速度分析

在被動(dòng)式考勤過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象.如紙質(zhì)考勤中的點(diǎn)名、ID/IC卡考勤中的排隊(duì)打卡等.這些現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于可檢測考勤行為的資源較少.而主動(dòng)式考勤不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象.在主動(dòng)式考勤過程中，考勤者可以通過投影二維碼圖片，簡化考勤階段的工作量.出勤者主動(dòng)掃描二維碼圖片，進(jìn)行主動(dòng)式的考勤行為，使原本聚集的考勤行為分散到每一個(gè)出勤者.通過這種分散作用，大大緩解了考勤資源需求的壓力.

考勤者變掃描磁卡為投影二維碼圖片，大大減少了工作量.出勤者由刷卡變?yōu)樗⒍S碼，工作量前后相當(dāng).這種考勤方式不僅在整體上減少了工作量，還從根本上消除了由于等待而產(chǎn)生的擁擠現(xiàn)象，是考勤速度的第一次飛躍.此外，主動(dòng)式考勤，消除了出勤者之間的相互排斥，將原本互斥的事件變?yōu)橄嗷オ?dú)立的事件，加快了考勤的速度.考勤行為的同步執(zhí)行性，是考勤速度的第二次飛躍.

由于考勤的速率得到幾何級數(shù)的提高，主動(dòng)式考勤方式非常適合于大范圍的考勤.

1.2 硬件投入分析

主動(dòng)式考勤方式的實(shí)現(xiàn)，需要智能手機(jī)的支持.我們通過開發(fā)不同的手機(jī)終端軟件，實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端間的互聯(lián).而信息化時(shí)代，智能手機(jī)作為新一代重要的智能產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?因此，考勤系統(tǒng)所需的硬件成本，就轉(zhuǎn)化到智能手機(jī)之中，大大減少了使用者的投入.如果考勤者和出勤者都使用了軟件終端，那么整個(gè)考勤行為均可以在手機(jī)上完成，節(jié)省了刷卡機(jī)等硬件設(shè)備的成本投入.

由于硬件零成本的特性，主動(dòng)式考勤方式的門檻更低，可適用于不同規(guī)模的考勤.

2 主動(dòng)式二維碼考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 協(xié)議模型

在手機(jī)與服務(wù)器端的交互過程中，需要對主動(dòng)式二維碼考勤模型中使用到的結(jié)構(gòu)和協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，如交互協(xié)議和數(shù)據(jù)格式等.在主動(dòng)式二維碼考勤模型中，不論終端還是服務(wù)器端，均使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)議，可將服務(wù)器端和終端所需字段全部覆蓋，如表1所示.

表1 二維碼數(shù)據(jù)協(xié)議

如果終端和服務(wù)器端的交互過程中沒有用到協(xié)議的相關(guān)部分，則不出現(xiàn)相應(yīng)字段.

手機(jī)終端上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器端，例如發(fā)送的數(shù)據(jù)包(十六進(jìn)制)為“9F01019F02123456789-F039F049123812738712389F051293892998213981-9283913912839128399F06201406021530309F0712-31239123890182391239110923819239F08499F094-99F1090ecce8d5dad4396f681182cd478902c9FFF”，則其含義如表2所示.

服務(wù)器端接收到該數(shù)據(jù)，解析執(zhí)行完成后，向終端發(fā)送另一個(gè)數(shù)據(jù)包:“9F01029F08499F09509-F10cce8d5d390ed439d478902c6f681182c9FFF”，其含義如表3所示.

表2 終端上傳數(shù)據(jù)包解析

表3 服務(wù)器端回傳數(shù)據(jù)包解析

2.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與安全性分析

可靠性問題是考勤行為中必須關(guān)注的重要問題.其核心在于，考勤行為是否能夠代表考勤事實(shí)的發(fā)生.本文提出的主動(dòng)式考勤方式中，該核心問題分成了傳輸安全性和判定準(zhǔn)確性兩個(gè)具體問題.

(1)考勤數(shù)據(jù)的傳輸安全性 本文中建立的主動(dòng)式二維碼考勤模型使用了握手協(xié)議方法實(shí)現(xiàn)考勤完成標(biāo)識信息的上傳.該握手協(xié)議方法類似于TCP 3次握手的流程.當(dāng)手機(jī)終端需要上傳數(shù)據(jù)時(shí)，首先向服務(wù)器端發(fā)送請求數(shù)據(jù)，同時(shí)陷入等待響應(yīng)狀態(tài).當(dāng)服務(wù)器端處理完該數(shù)據(jù)線程后，會(huì)向手機(jī)終端發(fā)送事件完成標(biāo)識符.手機(jī)終端接收到該協(xié)議字符后，解鎖響應(yīng)狀態(tài)，從而完成整個(gè)終端行為.在這種握手流程設(shè)計(jì)下，不會(huì)出現(xiàn)手機(jī)顯示成功，而服務(wù)器端沒有數(shù)據(jù)的情況.同時(shí)，如果服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理不成功，也不會(huì)完成該次考勤行為.

(2)考勤行為的判定準(zhǔn)確性 本文建立的主動(dòng)式二維碼考勤模型，為避免遠(yuǎn)程違規(guī)簽到這一問題提供了完備的解決方案.出勤者使用手機(jī)終端進(jìn)行掃描時(shí)，會(huì)自動(dòng)獲取手機(jī)的地理位置信息.獲取的方式有優(yōu)先基站定位、GPS定位、WIFI定位等，可以準(zhǔn)確定位地理位置，從而確?？记诘臏?zhǔn)確性和真實(shí)性.

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

為了研究主動(dòng)式考勤和被動(dòng)式考勤的區(qū)別，我們采用實(shí)驗(yàn)的方式來進(jìn)行驗(yàn)證.通過在不同人數(shù)下考勤總時(shí)間的變化，可以發(fā)現(xiàn)兩種考勤方式的考勤時(shí)間隨人數(shù)變化的規(guī)律.將刷卡考勤作為被動(dòng)式考勤的代表，二維碼考勤作為主動(dòng)式考勤的代表.在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，刷卡考勤中每個(gè)人刷卡所用時(shí)間大致相同，考勤總時(shí)間隨人數(shù)的增加呈線性增加，且由于排隊(duì)而產(chǎn)生的額外時(shí)間也不斷增加;在二維碼考勤中，考勤者發(fā)布二維碼圖片的時(shí)間大致相同，出勤者掃碼及后臺(tái)記錄所用時(shí)間呈曲線上升趨勢，且趨勢漸緩.具體數(shù)據(jù)見表4.由此，得到時(shí)間隨人數(shù)變化的曲線如圖2所示.

表4 被動(dòng)式刷卡考勤與主動(dòng)式二維碼考勤的時(shí)間對比

圖2 主動(dòng)式與被動(dòng)式考勤隨人數(shù)變化的用時(shí)對比

由圖2可以看出，考勤人數(shù)較少時(shí)，由于主動(dòng)式二維碼考勤需要考勤者發(fā)布信息，故刷卡考勤用時(shí)較短;大規(guī)模考勤時(shí)，主動(dòng)式二維碼考勤用時(shí)遠(yuǎn)小于被動(dòng)式刷卡考勤.

4 結(jié)語

本文論述了被動(dòng)式考勤和主動(dòng)式考勤的特性，并對這兩種方法進(jìn)行了深入比較.提出了一種主動(dòng)式二維碼考勤系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的手機(jī)終端和服務(wù)器端進(jìn)行了詳細(xì)論述，并給出了詳細(xì)的交互協(xié)議和通訊示例.該系統(tǒng)具有開放式模型特性，可以不斷進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)充.本文提出的主動(dòng)式二維碼考勤系統(tǒng)，由于其高速率、低投入的特性，可滿足不同規(guī)模的考勤.與傳統(tǒng)考勤設(shè)備兼容及該系統(tǒng)的繼續(xù)優(yōu)化，是下一階段的研究重點(diǎn).

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