智能無(wú)人監(jiān)考考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

李川

摘要：針對(duì)考試過(guò)程中人力、教室等資源的緊缺，考試時(shí)間不靈活等問題，在應(yīng)用智能化在線考試系統(tǒng)、人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、智能手環(huán)、數(shù)字視頻監(jiān)控等技術(shù)的基礎(chǔ)上、提出一種智能無(wú)人監(jiān)考考試系統(tǒng)模型。該系統(tǒng)通過(guò)指紋識(shí)別技術(shù)確認(rèn)考生身份、通過(guò)智能化在線考試系統(tǒng)隨時(shí)考試、通過(guò)人臉識(shí)別及智能手環(huán)進(jìn)行考試監(jiān)控。使用該系統(tǒng)，可以節(jié)約資源，提高效率，同時(shí)保證了考試的公平公正性。

關(guān)鍵詞：OJ；人臉識(shí)別；指紋識(shí)別；智能手環(huán)

中圖分類號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）30-0193-03

Abstract：In view of the shortage of resources such as manpower and classrooms during the examination process， and the examination time is not flexible， based on the application of intelligent online judge system， face recognition， fingerprint recognition， smart bracelet， digital video surveillance and other technologies， an intelligent unsupervised exam system model is proposed . The system recognizes the identity of candidates through fingerprint recognition technology， tests at any time through the intelligent online judge system， and conducts examinations through face recognition and smart bracelets. Using this system can save resources， improve efficiency， and ensure the fairness and impartiality of the test.

Key words：OJ； Face recognition； fingerprint recognition； smart bracelet

考試是評(píng)估學(xué)生知識(shí)掌握程度及教師教學(xué)效果的重要指標(biāo)，目前大部分考試方式為筆試，傳統(tǒng)的筆試考試方式組織實(shí)施簡(jiǎn)單，但也存在試卷保密安全隱患、過(guò)程煩瑣、人為因素干預(yù)較多、耗費(fèi)資源較多的問題[1]。隨著中國(guó)教育現(xiàn)代化的發(fā)展，傳統(tǒng)筆試形式急需改革，無(wú)紙化的智能考試系統(tǒng)是高等教育考試發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能考試系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)組卷、閱卷的方式 ，保障了考試的公平性和安全性。自動(dòng)組卷、自動(dòng)閱卷系統(tǒng)現(xiàn)階段已有比較成熟的系統(tǒng)，但在考試運(yùn)行過(guò)程中考試監(jiān)督也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而現(xiàn)階段一般的智能考試系統(tǒng)還需要人工監(jiān)考，這不僅浪費(fèi)了人力資源和物質(zhì)資源，而且不能隨時(shí)考試。如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)考且能保證考試質(zhì)量成為智能考試系統(tǒng)中一個(gè)重要問題。

在傳統(tǒng)考試過(guò)程中，也有過(guò)無(wú)人監(jiān)考的考試，一般都是利用考生的誠(chéng)信素養(yǎng)來(lái)保證考試的公平公正性，這種模式在學(xué)生整體素養(yǎng)較高的情況下有一定的可行性，但實(shí)際上，班級(jí)學(xué)生素養(yǎng)水平參差不齊，傳統(tǒng)的無(wú)人監(jiān)考模式是很難實(shí)施的[2]。

現(xiàn)階段有人提出把人臉識(shí)別技術(shù)運(yùn)用在考試當(dāng)中，解決考試監(jiān)督問題。一個(gè)視頻采集設(shè)備只能跟蹤一個(gè)人，但一般考試都是多個(gè)人同時(shí)考，這種模式需要多個(gè)視頻采集設(shè)備追蹤不同的對(duì)象，這顯然不合理，且?guī)缀鯚o(wú)法實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)以上問題，本文提出一種基于人體生物特征識(shí)別技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)等技術(shù)的一種智能無(wú)人監(jiān)考考試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)考且能保證考試質(zhì)量。

使用本系統(tǒng) ，考生可以隨時(shí)到考場(chǎng)參加考試，從而將一些考生生病、與其他課程考試沖突等因素造成的問題簡(jiǎn)單化解，而且也解決了大考時(shí)教室資源緊缺的問題。

1 智能無(wú)人監(jiān)考考試系統(tǒng)研究

1.1指紋識(shí)別技術(shù)

指紋識(shí)別技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行指紋識(shí)別的一種方法。指紋識(shí)別相對(duì)于其他生物特征鑒別技術(shù)（語(yǔ)音識(shí)別、虹膜識(shí)別等），具有高可靠性，低差錯(cuò)率等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種理想的身份認(rèn)證技術(shù)，應(yīng)用面十分廣泛[3]。

指紋識(shí)別技術(shù)主要包括指紋采集技術(shù)和指紋識(shí)別技術(shù)。人體指紋是終生不變的且每個(gè)人的指紋具有唯一性。指紋識(shí)別系統(tǒng)根據(jù)指紋的基本特征對(duì)指紋圖案進(jìn)行劃分包括BasicRidgePattern、CoreArea、PatternArea、Delta、RidgeCount等，對(duì)每一部分分別進(jìn)行識(shí)別，另外再通過(guò)局部特征的識(shí)別進(jìn)行唯一性確認(rèn)。一般局部特征識(shí)別是通過(guò)紋線端點(diǎn)和分叉點(diǎn)這兩類特征識(shí)別，因其在指紋中出現(xiàn)的概率大、固定不變、容易獲取且具有唯一性[4]。

1.2人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)就是根據(jù)給定圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行身份識(shí)別的技術(shù)，是一門綜合性應(yīng)用技術(shù)，涵蓋了信號(hào)處理、圖像處理、模式識(shí)別等多種技術(shù)[5]。人臉識(shí)別一般過(guò)程為給定一個(gè)靜止或視頻圖像（也可以是真人），利用人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)比給定圖像中的人是否存在。人臉識(shí)別技術(shù)的主要包括五點(diǎn)內(nèi)容，如表1所示。

以上五點(diǎn)內(nèi)容在建立人臉識(shí)別系統(tǒng)時(shí)至少要包括人臉檢測(cè)、人臉表征及人臉鑒別三部分，人臉識(shí)別的主要過(guò)程如圖1所示。

人臉識(shí)別的工作流程具體步驟如下：

（1）視頻采集處理程序?qū)o定圖像進(jìn)行圖像采集。

（2）人臉檢測(cè)，從采集到的圖像中檢測(cè)定位人臉，去背景圖像信息僅保留人臉圖像部分。

（3）對(duì)人臉圖像進(jìn)行歸一化操作，再進(jìn)行人臉特征提取。

（4）人臉識(shí)別，根據(jù)人臉表征進(jìn)行人臉鑒別。

1.3智能手環(huán)

智能手環(huán)是一種隨身穿戴的智能設(shè)備，可以提供很多日常服務(wù)的功能[7]，常見的功能如下：

（1）震動(dòng)喚醒，智能手環(huán)內(nèi)置了震動(dòng)組件，可以通過(guò)該功能設(shè)置時(shí)鐘振動(dòng)喚醒用戶。

（2）記錄睡眠，通過(guò)用戶在睡前和醒后的操作，記錄睡眠數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)人體生物運(yùn)動(dòng)特征記錄用戶每天行走的步數(shù)。

（4）記錄膳食，根據(jù)用戶用餐記錄分析攝入能量。

（5）心率測(cè)量，檢測(cè)用戶即時(shí)心率。

（6）其他功能，除了以上基本功能以外，智能手環(huán)內(nèi)置傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)作的偵測(cè)、內(nèi)置的軟件系統(tǒng)同樣也可以提供更多功能，內(nèi)置的GPS連接器，可以隨時(shí)準(zhǔn)確定位。

1.4 智能化OJ系統(tǒng)

OJ系統(tǒng)指的是基于Web的在線考試系統(tǒng)，其主要功能包括[8]：

學(xué)生端的主要功能：

個(gè)人登錄：考生可通過(guò)輸入學(xué)號(hào)、姓名登錄考試系統(tǒng)，通過(guò)科目選擇進(jìn)行相關(guān)考試；

信息修改：考生可以在該系統(tǒng)修改個(gè)人信息；

試卷生成：該系統(tǒng)能夠通過(guò)考生選擇的科目進(jìn)行試卷的隨機(jī)生成，并在考生進(jìn)行考試時(shí)將考卷全屏顯示；

考試計(jì)時(shí)：實(shí)現(xiàn)考試倒計(jì)時(shí)。在時(shí)間結(jié)束之前，考生可自行提交考卷，若時(shí)間結(jié)束，考生仍未完成作答，將自動(dòng)提交試卷；

答案核對(duì)：在試卷提交之后，系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)閱卷，并給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)；

成績(jī)查詢：考生可登錄系統(tǒng)查看個(gè)人以往所有考試成績(jī)、排名及成績(jī)等級(jí)。

管理員端的主要功能包括：

試卷的隨機(jī)生成：通過(guò)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)課程隨機(jī)生成試卷；

用戶管理：可對(duì)考生的信息進(jìn)行添加、修改、刪除等操作；

考生信息導(dǎo)入：可通過(guò)導(dǎo)入Excel表格錄入考生名單，在特殊情況下，也支持手動(dòng)錄入；

成績(jī)導(dǎo)出：將考生的考試成績(jī)可以按不同系別、科目、班級(jí)進(jìn)行導(dǎo)出，完成成績(jī)單打印工作；

成績(jī)分析：通過(guò)考生的最終成績(jī)，給出等級(jí)劃分；

考卷的二次評(píng)判：教師可以通過(guò)成績(jī)單來(lái)調(diào)取考生試卷，修改試卷評(píng)分，防止系統(tǒng)錯(cuò)判、誤判，并修改最終成績(jī)，實(shí)現(xiàn)在線考試系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)。

2 智能無(wú)人監(jiān)考考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能無(wú)人監(jiān)考考試系統(tǒng)，包括身份認(rèn)證單元、信號(hào)屏蔽單元、視頻監(jiān)控單元、過(guò)程監(jiān)控單元、廣播單元、處理單元，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，身份認(rèn)證單元包括指紋識(shí)別模塊和人臉識(shí)別模塊，身份認(rèn)證單元用于識(shí)別考試身份。每次考試將考生信息及考試安排等信息錄入考試模塊中，考生在自己所參加考試開始時(shí)間前30分鐘期間，通過(guò)人臉識(shí)別或指紋識(shí)別驗(yàn)證身份，通過(guò)處理單元判定身份合法后，方可進(jìn)入考場(chǎng)。身份不合法強(qiáng)行進(jìn)入考場(chǎng)者，無(wú)法進(jìn)行考試。

信號(hào)屏蔽單元用于屏蔽考場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)設(shè)備的信號(hào)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)屏蔽模塊可以屏蔽各種移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的手機(jī)信號(hào)。

視頻監(jiān)控單元用于考場(chǎng)情況監(jiān)督，開始考試5分鐘后，在線考試管理系統(tǒng)按預(yù)定的座位統(tǒng)計(jì)登錄考試人員，視頻監(jiān)控模塊統(tǒng)計(jì)考場(chǎng)實(shí)際考試人員，如發(fā)現(xiàn)有考試系統(tǒng)中的統(tǒng)計(jì)與視頻監(jiān)控中的統(tǒng)計(jì)不符，立即向不符的桌面發(fā)送警告，并將警告信息發(fā)送給廣播單元。另外，視頻監(jiān)控還用于考試過(guò)程中違紀(jì)作弊監(jiān)控。

過(guò)程監(jiān)控單元用于考試過(guò)程監(jiān)督，考試中，每位考生佩戴智能手環(huán)，當(dāng)智能手環(huán)離開人體超過(guò)30秒，考試管理系統(tǒng)向考生桌面發(fā)送警告消息，若在1分鐘內(nèi)還未佩戴，記為違紀(jì)，考試系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)束該考生考試。考試采用單人單桌，間距超過(guò)50厘米，若在開始過(guò)程中，智能手環(huán)檢測(cè)到該考生距離考試機(jī)超過(guò)50厘米的時(shí)間超過(guò)1分鐘，考試系統(tǒng)向該考試機(jī)發(fā)送警告消息，發(fā)出警告后1分鐘考生還未歸位，自動(dòng)結(jié)束該考生，并記為違紀(jì)。

廣播單元用于考場(chǎng)的廣播通知，其中，警告模塊用于處理單元向違紀(jì)考生發(fā)出違紀(jì)廣播通知，考試指令模塊用于處理單元向考場(chǎng)發(fā)送考試指令。

處理單元用于各種數(shù)據(jù)信息的處理，對(duì)應(yīng)的考試模塊用于制定考試試卷、統(tǒng)一開考、統(tǒng)一結(jié)束考試、自動(dòng)評(píng)分等，處理模塊用于各模塊之間的信息收發(fā)、處理等。

3 實(shí)施測(cè)試

參見圖2，智能無(wú)人監(jiān)考考試系統(tǒng)，包括身份認(rèn)證單元、信號(hào)屏蔽單元、視頻監(jiān)控單元、過(guò)程監(jiān)控單元、廣播單元、處理單元。

身份認(rèn)證單元中指紋識(shí)別模塊可以使用帶網(wǎng)絡(luò)或wifi功能的指紋打卡考勤機(jī)，人臉識(shí)別模塊可以使用人臉識(shí)別考勤機(jī)，或者整個(gè)身份認(rèn)證單元采用指紋人臉混合識(shí)別考勤機(jī)。

信號(hào)屏蔽單元中的信號(hào)屏蔽模塊可以使用手機(jī)信號(hào)屏蔽器 ，可以屏蔽2g+3g+4g+wifi信號(hào)。

視頻監(jiān)控單元中的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控模塊可以使用具有人臉識(shí)別功能的智能網(wǎng)絡(luò)攝像系統(tǒng)。

過(guò)程監(jiān)督單元中的智能手環(huán)模塊可以使用帶藍(lán)牙、GPS定位的智能手環(huán)。

廣播單元中的警告模塊和考試指令模塊可以通過(guò)處理模塊將消息通過(guò)考場(chǎng)廣播播放。

處理單元中的考試模塊可以是在線考試系統(tǒng)，包括隨機(jī)組卷、安排座位、分發(fā)試卷、結(jié)束考試、自動(dòng)評(píng)分等功能；處理模塊可以是一部分處理程序，包括各單元之間的通信、消息收發(fā)等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

1）使用本系統(tǒng)，考生可以隨時(shí)到考場(chǎng)參加考試，從而將一些考生生病、與其他課程考試沖突等因素造成的問題簡(jiǎn)單化解，而且也解決了大考時(shí)教室資源緊缺的問題。

2）節(jié)省了人工監(jiān)控資源，一般期末大考，教師面臨監(jiān)考、閱卷、日常工作等多重工作任務(wù)，省去監(jiān)考這項(xiàng)工作，可以極大地減輕教師工作壓力。

3）保證了考試的公平公正性，人工監(jiān)考人為因素難以控制，智能無(wú)人監(jiān)考系統(tǒng)排除了人為因素，可確?？荚嚨墓焦?/p>

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【通聯(lián)編輯：唐一東】