人臉識(shí)別技術(shù)在清華大學(xué)教學(xué)管理中的應(yīng)用

宣華 鐘文鋒 陳衛(wèi)

摘 要：人臉識(shí)別技術(shù)在高校信息化中的應(yīng)用，不僅僅是技術(shù)上的創(chuàng)新和突破，更是教育信息化建設(shè)思路的突破與創(chuàng)新。2015年清華大學(xué)在高校信息化建設(shè)中首次引入人臉識(shí)別技術(shù)，通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)和智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自行注冊(cè)、自行辦理火車票優(yōu)惠卡充值、自行打印成績(jī)單、自行辦理在讀證明等各項(xiàng)業(yè)務(wù)。經(jīng)過(guò)四個(gè)學(xué)期的實(shí)際應(yīng)用，成效顯著，“刷臉”已成為智慧校園建設(shè)中不可缺少的智慧亮點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別；自助設(shè)備；用戶體驗(yàn)；教育信息化

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2018）11-0077-04

教育信息化在發(fā)展過(guò)程中已將社交化、個(gè)性化、開(kāi)放化、智能化等特點(diǎn)較為清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，智慧校園替代數(shù)字校園成為當(dāng)前教育信息化發(fā)展的主要趨勢(shì)。通過(guò)智慧校園平臺(tái)，形成教師、學(xué)生、教學(xué)資源、教學(xué)方法和教學(xué)管理為一體的智慧型校園生態(tài)圈，為校園提供透明化的管理、智能化的教學(xué)、跨時(shí)空的教研、探究式的學(xué)習(xí)和多元化的溝通，從而實(shí)現(xiàn)拓寬校園的時(shí)間和空間維度、擴(kuò)展傳統(tǒng)校園的業(yè)務(wù)功能、提高傳統(tǒng)校園的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字環(huán)境的應(yīng)用體系，使人們能夠快速、準(zhǔn)確地獲取校園中人、財(cái)、物和學(xué)、研、管業(yè)務(wù)過(guò)程中的信息，推動(dòng)學(xué)校進(jìn)行制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)教育信息化、決策科學(xué)化和管理規(guī)范化。[1]

2015年清華大學(xué)在高校信息化建設(shè)中首次引入人臉識(shí)別技術(shù)，借助科技進(jìn)步，不斷提高教學(xué)服務(wù)水平和教學(xué)管理質(zhì)量。人臉識(shí)別俗稱“刷臉”，是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)。人臉識(shí)別技術(shù)作為人工智能大腦的“眼睛”，近年來(lái)得到了快速發(fā)展。人臉識(shí)別技術(shù)的基本原理是用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并提取人臉圖像的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的特征模板進(jìn)行搜索匹配，通過(guò)設(shè)定一個(gè)閾值，當(dāng)相似度超過(guò)這一閾值，則把匹配得到的結(jié)果輸出。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)的方法，使得系統(tǒng)的人臉識(shí)別率與人類眼睛的識(shí)別率非常接近，甚至超過(guò)人眼識(shí)別率。[2]

人臉識(shí)別技術(shù)在高校信息化中的應(yīng)用，不僅僅是技術(shù)上的創(chuàng)新和突破，更是教育信息化建設(shè)思路的突破與創(chuàng)新。通過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)和智能設(shè)備，清華大學(xué)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自行注冊(cè)、自行辦理火車票優(yōu)惠卡充值、自行打印成績(jī)單、自行辦理在讀證明等各項(xiàng)業(yè)務(wù)。經(jīng)過(guò)四個(gè)學(xué)期的實(shí)際應(yīng)用，成效顯著，“刷臉”已成為智慧校園建設(shè)中不可缺少的智慧亮點(diǎn)。

一、“刷臉+身份認(rèn)證”，實(shí)現(xiàn)“實(shí)名實(shí)證實(shí)人”合一

數(shù)字校園的身份認(rèn)證已經(jīng)形成了線上用戶名/密碼，到線下刷校園一卡通的較為完善的身份認(rèn)證體系。但在智慧校園階段，隨著信息化從網(wǎng)絡(luò)空間向物理空間的延伸，越來(lái)越多的校園服務(wù)開(kāi)始要進(jìn)入線上信息處理和線下服務(wù)提供的融合階段，并通過(guò)多種智能設(shè)備進(jìn)行服務(wù)的送達(dá)，這使傳統(tǒng)讀取一卡通，并輸入用戶/密碼的認(rèn)證已經(jīng)不能滿足智慧校園建設(shè)的需求。

而基于人臉識(shí)別的身份方式隨著人臉識(shí)別成功率的提升，則日趨成為智慧校園身份認(rèn)證的最佳選擇。通過(guò)高清攝像頭現(xiàn)場(chǎng)采集人臉信息并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的學(xué)生照片進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)真人驗(yàn)證和人證的一致性驗(yàn)證，從而準(zhǔn)確、快速地識(shí)別身份，擺脫了傳統(tǒng)的人工審核帶來(lái)的人力和時(shí)間的浪費(fèi)。其特點(diǎn)之一是便捷性：用戶不需要再輸入繁瑣的用戶名密碼，也不需要專門配合人臉采集設(shè)備，幾乎可以在無(wú)意識(shí)的狀態(tài)下就完成認(rèn)證環(huán)節(jié)，大大提高了認(rèn)證便捷性；特點(diǎn)之二是非接觸性：用戶不需要和設(shè)備直接接觸就能夠完成認(rèn)證環(huán)節(jié)；特點(diǎn)之三是符合“以貌識(shí)人”的特性，以及操作簡(jiǎn)單、結(jié)果直觀、隱蔽性好等特點(diǎn)。

在清華大學(xué)教學(xué)樓的公共區(qū)，設(shè)置了多臺(tái)支持人臉識(shí)別認(rèn)證的教學(xué)管理自助設(shè)備。學(xué)生們只要將IC卡學(xué)生證放到讀卡機(jī)上刷一下，自助設(shè)備就會(huì)自動(dòng)讀取學(xué)生的學(xué)籍信息，并通過(guò)攝像頭抓取學(xué)生臉部圖像與學(xué)生證信息進(jìn)行人證合一比對(duì)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)2-5秒。為了保證效率，一旦人臉識(shí)別失敗，可以立即轉(zhuǎn)為輸入密碼登錄系統(tǒng)，但抓取的學(xué)生臉部圖像已經(jīng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)便于后期查詢處理。以往通過(guò)人工核查學(xué)生和學(xué)生證是否為同一人，但人眼識(shí)別無(wú)法確保持證人是學(xué)生本人，個(gè)別學(xué)生正是利用這一點(diǎn)由他人代行注冊(cè)。自啟用帶有人臉識(shí)別的自助設(shè)備之后，同學(xué)們感慨地說(shuō)：“進(jìn)入‘刷臉時(shí)代了，想要同學(xué)代注冊(cè)完全不可能了！”學(xué)生注冊(cè)等管理環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性得到了有效提高。

二、“刷臉+自助設(shè)備”，良好的用戶體驗(yàn)

智慧校園的建設(shè)理念是“以服務(wù)為核心、以管理為支撐”，能夠完成科學(xué)決策、管路邏輯、信息交換、資源組織、智能感知等工作。實(shí)質(zhì)上是對(duì)“以人為本”的理念的繼承與發(fā)展創(chuàng)新：通過(guò)與高校校園活動(dòng)進(jìn)行“深度融合”，瞄準(zhǔn)師生用戶的需求，傾聽(tīng)?zhēng)熒脩舻穆曇?，使用具有?jiǎn)單、便捷、極致體驗(yàn)感的新平臺(tái)，追求“用戶體驗(yàn)為王”，提供更多的好用的、易用的、以用戶至上的產(chǎn)品，提供良好的用戶體驗(yàn)。

清華大學(xué)自啟用24小時(shí)服務(wù)的“刷臉+自助設(shè)備”后，學(xué)生可在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)自己完成注冊(cè)、火車票優(yōu)惠次數(shù)充值、打印成績(jī)單、打印在讀證明等一系列手續(xù)，告別了排隊(duì)等候，打破了指定時(shí)間辦理指定事務(wù)的限制，原來(lái)需要跑多個(gè)地點(diǎn)才能辦完的事情，一臺(tái)終端設(shè)備就搞定了，大幅度提高了辦事效率，明顯提升了用戶體驗(yàn)。如圖1所示。

1.刷臉+注冊(cè)

在傳統(tǒng)注冊(cè)流程中，學(xué)生需到注冊(cè)中心服務(wù)大廳現(xiàn)場(chǎng)辦理注冊(cè)手續(xù)，工作人員先要見(jiàn)到學(xué)生本人后獲取姓名，并與系統(tǒng)中的姓名、照片進(jìn)行校對(duì)，然后完成刷卡、粘貼注冊(cè)標(biāo)簽、簽署注冊(cè)日期等操作。而通過(guò)自助設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)了人證合一、刷卡注冊(cè)有效期等操作，還實(shí)現(xiàn)了交費(fèi)代扣的判斷、返校時(shí)間的判斷、院系請(qǐng)假的審核等必要環(huán)節(jié)，如圖2所示。同時(shí)增加了帶有學(xué)校名稱、學(xué)生名稱和注冊(cè)日期的動(dòng)態(tài)二維碼下載功能，很好地取代了靜態(tài)注冊(cè)標(biāo)簽和人工簽署的注冊(cè)日期，注冊(cè)效率得以極大的提升。不但減輕了注冊(cè)中心和各院系的運(yùn)行壓力，而且增加了學(xué)生注冊(cè)的時(shí)間空間及靈活自主性，受到全校師生的普遍歡迎。

2.刷臉+火車票充值

按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定，家庭住址與學(xué)校不在同一地點(diǎn)而且沒(méi)有工資收入的高校學(xué)生，可憑其學(xué)生證購(gòu)買半價(jià)優(yōu)惠火車票，同時(shí)采用“學(xué)生購(gòu)票優(yōu)惠卡”對(duì)學(xué)生證進(jìn)行有效識(shí)別和管理。學(xué)生購(gòu)票優(yōu)惠卡采用電子標(biāo)簽技術(shù)制作，它是將集成電路芯片、發(fā)射天線、振蕩電容封裝在易損材料（紙）上而形成，其中寫入了學(xué)生姓名、身份證號(hào)碼、乘車區(qū)間、入學(xué)日期、優(yōu)惠次數(shù)等五項(xiàng)內(nèi)容。教育部和鐵道部規(guī)定：“火車票學(xué)生優(yōu)惠卡”每充值一次，能夠購(gòu)票四次，即每年可享受四次火車票優(yōu)惠，購(gòu)票四次之后，學(xué)生需持優(yōu)惠卡到學(xué)校有關(guān)部門再次充值。以往學(xué)生每年一次到注冊(cè)中心服務(wù)大廳，由工作人員核對(duì)學(xué)生身份信息后，手工進(jìn)行火車票優(yōu)惠卡的充值操作，效率較低?，F(xiàn)在，在帶有人臉識(shí)別的自助機(jī)上，學(xué)生可在全年的任何時(shí)間內(nèi)，自行完成火車票優(yōu)惠卡的次數(shù)查詢和充值操作，減少了學(xué)生的跑腿次數(shù)，豐富了學(xué)生的用戶體驗(yàn)。

3.刷臉+打印成績(jī)單

清華大學(xué)在自助系統(tǒng)的軟件層面，建成了一個(gè)底層的開(kāi)放平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)智能終端中的各類設(shè)備，如打印機(jī)、IC卡、攝像頭等。在平臺(tái)之上，整合與承載學(xué)校所有面向師生用戶的服務(wù)辦理過(guò)程，逐步將大量線下的服務(wù)場(chǎng)景遷移到自助智能終端上，實(shí)現(xiàn)線上辦理和線下服務(wù)的有機(jī)結(jié)合。在自助成績(jī)單的辦理流程中，提前完成線上的院系審核，同時(shí)融進(jìn)一卡通的收費(fèi)功能，學(xué)生即可通過(guò)任何一個(gè)自助終端實(shí)現(xiàn)成績(jī)單的官方打印，方便學(xué)生隨時(shí)辦理中英文各類成績(jī)單。如圖3所示。

4.刷臉+補(bǔ)辦IC卡學(xué)生證

IC卡學(xué)生證具有“校園一卡通”的功能和用途，主要體現(xiàn)在校園消費(fèi)和管理方面。在消費(fèi)方面，可直接支付校內(nèi)的各種費(fèi)用，如食堂就餐、商店購(gòu)物等等；在管理方面，可用于身份識(shí)別、圖書借閱、門禁出入、醫(yī)療信息等等。因此，校園卡既可以作為現(xiàn)代化的電子支付工具，又可以作為校內(nèi)個(gè)人身份的證明。但學(xué)生如果不小心丟失了IC卡學(xué)生證，又是在非工作時(shí)間無(wú)法及時(shí)補(bǔ)辦，后果則可想而知：學(xué)生可能會(huì)吃不上飯（餐卡）進(jìn)不了門（門禁）。此時(shí)，通過(guò)刷臉自助補(bǔ)辦IC卡學(xué)生證是一個(gè)安全可靠、方便快捷的選擇。

此外，在不斷擴(kuò)展服務(wù)場(chǎng)景的過(guò)程中，智能終端也集成了多種支付手段，例如支付寶、微信等。跟我們?cè)跈C(jī)場(chǎng)等消費(fèi)場(chǎng)所看到的一樣，刷下二維碼就可以完成支付過(guò)程。所以，學(xué)生不再為丟失IC卡學(xué)生證而尷尬。及時(shí)自助補(bǔ)辦功能提供了良好的用戶體驗(yàn)。

三、“刷臉+多方配合”，智慧校園的智慧亮點(diǎn)

1.高新技術(shù)與頂層設(shè)計(jì)的配合與創(chuàng)新

智慧校園建設(shè)的最終目的是開(kāi)放教育生態(tài)，利用新興信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性教學(xué)與人才培養(yǎng)。在智慧校園的建設(shè)過(guò)程中，信息技術(shù)既作為一種手段服務(wù)于現(xiàn)代教育教學(xué)和教育管理，同時(shí)又助推著教學(xué)模式的變革，信息技術(shù)可以說(shuō)是高校實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性教學(xué)、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化人才培養(yǎng)的重要支撐。

智慧校園建設(shè)是一盤棋，需要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，進(jìn)行校級(jí)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。需要全校各單位、各部門高度協(xié)同，需要跨部門、跨層級(jí)的業(yè)務(wù)流程優(yōu)化和整合，追求智慧化和智能化，追求用戶的極佳體驗(yàn)感。

目前，人臉識(shí)別系統(tǒng)無(wú)疑是最新穎、安全穩(wěn)定、成熟可靠，同時(shí)又具有良好用戶體驗(yàn)感的身份識(shí)別技術(shù)。2016年3月16日，在德國(guó)漢諾威IT博覽會(huì)上，馬云在發(fā)表完主旨演講后，當(dāng)場(chǎng)刷自己的臉給嘉賓購(gòu)買了禮物，整個(gè)過(guò)程都在大屏幕上顯示?！巴庑侨恕瘪R云刷臉支付，瞬間成為開(kāi)幕式亮點(diǎn)。不少觀眾在社交媒體上激動(dòng)地討論這一刻，有網(wǎng)友說(shuō)“刷臉的時(shí)代真的到了！”未來(lái)的高校構(gòu)建以人臉識(shí)別為唯一標(biāo)識(shí)的實(shí)名制認(rèn)證平臺(tái)，能夠解決以往校內(nèi)服務(wù)中跨層級(jí)、跨行業(yè)、跨部門的繁瑣業(yè)務(wù)流程、重復(fù)身份認(rèn)證及信任鏈條證明等諸多問(wèn)題。例如，通過(guò)人臉識(shí)別登錄圖書館管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖書借閱、瀏覽等功能；通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)，代替餐廳的手工刷卡消費(fèi)；通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)，解決IC卡丟失而進(jìn)不去宿舍門的問(wèn)題等等，如圖4所示。

2.管理與技術(shù)的配合與創(chuàng)新

管理與技術(shù)的緊密配合是構(gòu)建智慧校園的基本保證，將管理信息化和教育信息化進(jìn)行融合，確立全新的治理體系和技術(shù)架構(gòu)，是深化高等教育改革發(fā)展的一個(gè)重要舉措。清華大學(xué)在研發(fā)以人臉識(shí)別為核心的教務(wù)自助設(shè)備中，教學(xué)管理部門和信息化技術(shù)部門緊密配合、團(tuán)結(jié)協(xié)作、銳意創(chuàng)新，共同設(shè)計(jì)線上線下融合的服務(wù)模式，在學(xué)?，F(xiàn)有的教務(wù)系統(tǒng)中進(jìn)行改造擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)自助注冊(cè)等一系列教務(wù)管理的自助功能。首先通過(guò)管理人員提出詳細(xì)需求，再經(jīng)管理人員和技術(shù)支持人員聯(lián)合組織進(jìn)行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后由技術(shù)支持人員確定技術(shù)方案、進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、完成系統(tǒng)測(cè)試、培訓(xùn)管理人員、移交管理部門并負(fù)責(zé)維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于管理和技術(shù)方面的種種原因，管理人員往往缺乏對(duì)信息邏輯關(guān)系的認(rèn)識(shí)，而技術(shù)人員又往往缺乏對(duì)管理需求的深刻理解。因此研發(fā)過(guò)程不是在一個(gè)簡(jiǎn)單的“開(kāi)環(huán)”狀態(tài)下進(jìn)行，而是在一個(gè)循序漸進(jìn)的“閉環(huán)”狀態(tài)下完成的。這就要求管理人員和技術(shù)支持人員經(jīng)常保持溝通，相互理解，相互尊重，相互支持，團(tuán)結(jié)一致，最終達(dá)到預(yù)期的管理目標(biāo)。

3.軟件與硬件的配合與創(chuàng)新

目前的校園內(nèi)常用的智能終端一般都是專用終端，例如一卡通圈存設(shè)備、自主打印設(shè)備、自主交費(fèi)設(shè)備等，每類終端往往只能處理特定的業(yè)務(wù)，存在硬件集成度低，通用性差等缺陷。清華大學(xué)自主設(shè)計(jì)的終端設(shè)備是一個(gè)通用的自主設(shè)備平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的終端硬件和軟件，并與管理理念相結(jié)合，形成線下線上融合的服務(wù)模式。在硬件層面，協(xié)調(diào)人臉識(shí)別公司、自助機(jī)公司、校園卡公司、火車票刷卡機(jī)供應(yīng)商等廠家，形成了一個(gè)通用、可拓展的自主設(shè)備硬件平臺(tái)；在軟件層面，建成一個(gè)能夠驅(qū)動(dòng)各類智能終端設(shè)備的底層開(kāi)放平臺(tái)，為未來(lái)新設(shè)備的接入奠定了基礎(chǔ)；在軟硬件平臺(tái)之上，整合與梳理面向師生用戶的服務(wù)流程，設(shè)計(jì)線上線下的融合場(chǎng)景，進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的改造擴(kuò)建，實(shí)現(xiàn)了自助注冊(cè)等相關(guān)流程的優(yōu)化，并為后續(xù)新出現(xiàn)的服務(wù)項(xiàng)目預(yù)留了接入接口，從而有效提升了用戶體驗(yàn)，大大降低了管理成本。

四、結(jié)束語(yǔ)

智慧校園建設(shè)是一個(gè)廣泛而深刻的命題，在當(dāng)前高校中受到廣泛關(guān)注。然而教育實(shí)現(xiàn)信息化并不是一蹴而就的，需要一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，并且在這個(gè)過(guò)程中，遵循著一定的規(guī)律及路徑，階段性是其主要特征。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)日新月異的今天，高速發(fā)展的人臉識(shí)別技術(shù)將會(huì)有更廣闊的舞臺(tái)來(lái)展現(xiàn)其價(jià)值。也許就在明天，人臉將成為我們電子生活中的重要名片和標(biāo)簽。人臉識(shí)別技術(shù)將體現(xiàn)在我們生活的方方面面，改變我們的生活方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣東興，吳海燕，袁芳，付小龍.校智慧校園成熟度模型與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2017， 38（2）：1-4.

[2]楊賽，趙春霞，劉凡，陳峰.一種基于多種特征融合的人臉識(shí)別算法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2017， 29（9）：1-4.

（編輯：王曉明）