校園智能考勤系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

趙子民 明陽 劉卓 侯愛琴

摘 要：通過分析當前幾種主流考勤系統(tǒng)準確性、快速性、部署難易程度等方面難以兼顧的不足，文中提出一種基于WiFi定位與人臉識別結(jié)合的智能考勤系統(tǒng)。教師下達考勤命令，學(xué)生用智能手機進入系統(tǒng)進行簽到，可以準確記錄簽到時間。通過人臉識別確定身份的唯一性，進一步通過WiFi位置指紋精確定位確定了人員位置的唯一性，保證了簽到結(jié)果的真實性。系統(tǒng)同時具有面向教師與學(xué)生的信息查詢模塊，方便了教師實時導(dǎo)出考勤記錄以及學(xué)生實時查詢本人考勤記錄。

關(guān)鍵詞：考勤系統(tǒng);WiFi;位置指紋;人臉識別;查詢模塊;考勤記錄

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）09-00-02

0 引 言

如今，在高校里，課堂考勤已經(jīng)成了學(xué)生管理層面不可缺少的一環(huán)，直接決定了學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的好壞[1]。經(jīng)過抽樣調(diào)查統(tǒng)計，如今六成以上大學(xué)的課堂考勤方式依然為簡單的人工考勤，耗時長、準確性低、統(tǒng)計信息分散易丟失，且存在代到情況。其他的一些電子考勤系統(tǒng)，例如教師考勤機以及指紋考勤系統(tǒng)等也都存在耗時長以及部署難、成本高等缺點。此種情況下，設(shè)計實現(xiàn)一個兼具快速性、準確性，利用已有硬件設(shè)施的低成本考勤系統(tǒng)很有必要。

1 課堂考勤系統(tǒng)的性能指標

衡量一個課堂考勤系統(tǒng)的優(yōu)劣有三個關(guān)鍵維度[2]：準確性、快速性、部署難易程度。準確性是最關(guān)鍵、最基本的一個維度，它可分為三要素，即時間、地點、人物。只有保證這三者與課程表完全對應(yīng)才能保證考勤系統(tǒng)是有價值的并且可以投入使用;快速性決定了完成課堂考勤工作的時間，快速性好的考勤系統(tǒng)可以省下更多的課堂時間用于授課。

2 現(xiàn)有考勤系統(tǒng)

（1）人工考勤。此種考勤方式為上課的前幾分鐘教師或班長根據(jù)名單進行點名。缺點為耗費時間（平均50個人的班級需要2 min結(jié)束考勤），并且準確性低，存在人為代到的情況，考勤信息分散不利于統(tǒng)計且不利于保存;優(yōu)點為流程簡單，成本低。

（2）教師機考勤。此種方式邏輯簡單，學(xué)生依次去老師的設(shè)備上通過人臉識別等方式進行考勤，屬于串行考勤方式。優(yōu)點為準確性好，不需要部署硬件且成本低。缺點為甚至比人工考勤還要耗時并且一定程度上容易引起課堂秩序的混亂。各個教師統(tǒng)計出來的信息是獨立的，不利于發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值。

（3）指紋識別考勤系統(tǒng)[3-6]。此種方式使用較廣泛，但對考勤人員皮膚質(zhì)量要求較高，皮膚出現(xiàn)蛻皮等情況將無法進行指紋識別，所以該方式準確性一般。指紋識別考勤機為串行考勤，考勤人員需排隊，所以浪費時間，快速性差，且考勤需要額外部署考勤機等硬件，部署成本高。

（4）人臉識別考勤系統(tǒng)[6-7]。人臉識別考勤方式通過精確度較高的人臉識別技術(shù)，有效地解決了常規(guī)考勤方式人為代替考勤的問題，準確性高;但同指紋識別考勤系統(tǒng)一樣，存在快速性差及部署困難的缺點。

（5）基于WiFi定位+人臉識別考勤系統(tǒng)。本文提出的此種考勤方式，通過學(xué)生手持設(shè)備的WiFi定位結(jié)合人臉識別確定學(xué)生身份的唯一性，故保證了準確性高。考勤方式為并行考勤，所有人同時進行考勤工作，且服務(wù)器架構(gòu)支持高并發(fā)，故快速性好。本文以西北大學(xué)為例，此系統(tǒng)建立在現(xiàn)有的校園WiFi基站架構(gòu)之上，通過算法使原本為通信設(shè)計的WiFi熱點也可用來進行精確定位，不需要額外硬件部署，所以成本低，推廣使用簡單。

基于三種性能指標的幾種考勤系統(tǒng)性能比較見表1所列。

3 基于WiFi定位與人臉識別的考勤系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)組成

基于WiFi定位與人臉識別的考勤系統(tǒng)由考勤終端（智能手機）、人臉識別服務(wù)器、圖片服務(wù)器、分流服務(wù)器、中間服務(wù)器、考勤服務(wù)器以及WiFi基站組成。人臉識別服務(wù)器進行實時學(xué)生人臉判別，圖片服務(wù)器存放學(xué)生的人臉信息數(shù)據(jù)庫，分流服務(wù)器和中間服務(wù)器起到高并發(fā)負載均衡作用?？记诜?wù)器完成考勤工作并部署MySQL數(shù)據(jù)庫存儲學(xué)生考勤歷史信息?？记诮K端提供教師及學(xué)生登錄，與服務(wù)間采用C/S架構(gòu)，學(xué)生登錄可完成日常考勤及查詢本人歷史考勤信息，教師登錄可以根據(jù)需求查詢、修改、統(tǒng)計所轄班級所有學(xué)生的歷史考勤信息。

3.2 系統(tǒng)功能

（1）教師端：下達單次考勤命令;查詢所轄班級歷史考勤信息。

（2）學(xué)生端：完成日?？记?查看本人歷史考勤信息。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 考勤流程及實現(xiàn)

一節(jié)課開始教師登錄點擊一鍵考勤，學(xué)生拿出手機，登錄后點擊簽到，智能終端將打開前置攝像頭拍攝學(xué)生實時人臉圖片后發(fā)送到人臉識別服務(wù)器。人臉識別服務(wù)器根據(jù)學(xué)生登錄信息以及實時拍攝的人臉圖片向圖片服務(wù)器請求學(xué)生人臉圖片，并計算實時照片與存檔圖片的匹配度。若匹配度不符合要求，則簽到失敗并提示重新簽到，若符合要求，終端將調(diào)用定位模塊進行位置匹配。如位置符合要求則在考勤服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中添加此學(xué)生考勤成功信息，并同時將成功信息返回給終端，在終端顯示考勤成功;否則返回失敗信息顯示簽到失敗。如果有學(xué)生遲到后考勤成功，數(shù)據(jù)庫將記錄學(xué)生遲到信息。具體邏輯流程如圖1所示。

4.2 信息查詢流程及實現(xiàn)

系統(tǒng)有獨立的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，面向教師及學(xué)生，教師登錄系統(tǒng)可查看所轄某班級的整體考勤歷史信息、所轄某班級某個人的考勤歷史信息，并且可以下載匯總Excel表格以便對平時成績進行統(tǒng)計。學(xué)生登錄系統(tǒng)可查看并核對自己本學(xué)期的歷史考勤信息。

5 核心技術(shù)模塊實現(xiàn)

5.1 人臉識別

調(diào)用百度人臉識別接口，此接口通過提取人臉的特征，計算兩張人臉的相似度，從而判斷是否為同一個人，并給出相似度評分。在已知用戶ID的情況下幫助確認是否為用戶本人的對比操作，即1∶1身份驗證。接口同時采取了活體檢測技術(shù)，保證上傳“照片的照片”會被檢測到從而導(dǎo)致簽到失敗。

5.2 精確定位

本文提出的精確定位技術(shù)利用教室位置指紋信息[8]進行定位。以西北大學(xué)為例，因為每個教室已經(jīng)部署了相同品牌的無線接入點（Access Point，AP）以達到WiFi覆蓋及終端無縫漫游的效果，所以教學(xué)樓的每個教室都有唯一的位置指紋信息。無線AP周期性地發(fā)送一個beacon幀以告知周圍無線設(shè)備自己的存在（通常每隔100 ms發(fā)送一次）。beacon幀中包含無線AP的MAC地址，此MAC地址作為無線AP的身份標識，與幀中的RSS（信號強度）一起組成“位置指紋信息”。本考勤系統(tǒng)設(shè)計的位置指紋信息結(jié)構(gòu)如下：

本文提出的考勤系統(tǒng)中的精確定位不同于以往的WiFi精準定位，課堂考勤系統(tǒng)中的終端定位精度需求是定位到教室而非定位到室內(nèi)特定位置。一般的WiFi精準定位技術(shù)[9-10]是獲取實時位置指紋后，通過匹配數(shù)據(jù)庫中預(yù)先存儲好的最近鄰位置指紋信息以獲取當前位置;而本文的課堂考勤系統(tǒng)在獲取終端實時位置指紋后，判別該終端是否在正確的位置上。具體方法如下。

（1）離線階段。在每個教室中心位置多次采集位置指紋信息后取平均值，作為此教室的位置指紋，并存入數(shù)據(jù)庫。

（2）定位階段。根據(jù)學(xué)生移動終端上傳的實時采集到的位置指紋信息的值以及學(xué)生的登錄信息，在數(shù)據(jù)庫中查詢到學(xué)生上課的教室以及該教室對應(yīng)的預(yù)先存入的位置指紋信息的值，并計算其與移動端實時上傳位置指紋信息差值的絕對值，若在一閾值范圍內(nèi)，則判定考勤位置符合要求。

6 結(jié) 語

本文所提系統(tǒng)開發(fā)完成后，在西北大學(xué)多個教室測試了考勤系統(tǒng)的精準程度。實驗結(jié)果表明，軟件滿足了考勤系統(tǒng)的基本需要。

相比傳統(tǒng)考勤方式，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點。

（1）準確性高。系統(tǒng)采取一個55人班級做實驗，并事先安排5人用人臉照片進行人臉識別，另外5人在隔壁教室等非規(guī)定教室位置進行考勤。實驗結(jié)果為預(yù)先安排的10人均未通過考勤，且其他人員全部通過考勤，結(jié)果表明系統(tǒng)的準確性很高。

（2）快速性好。實驗結(jié)果表明平均55人的班級采用此系統(tǒng)考勤從考勤開始到考勤結(jié)束所需時間為15～20 s，所以系統(tǒng)快速性良好。

（3）不需要額外部署硬件。實驗環(huán)境的每個教室天花板的中心位置都已經(jīng)安裝了無線AP，此配置符合教室定位的要求，所以不需要部署硬件。

參 考 文 獻

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