基于LBS限位和人臉識(shí)別的高?？记趹?yīng)用

胡威

（哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 山東省榮成市 264300）

1 引言

學(xué)生是一類較為特殊的社會(huì)群體，自我管理能力發(fā)展并不均衡，需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的管理。同時(shí)，大學(xué)階段正處青年一代發(fā)展的關(guān)鍵期，大學(xué)生活又相對(duì)自由，通過優(yōu)化的課堂考勤，可以有效地提高高校的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。由此看來，在教育教學(xué)中，考勤是必不可少的重要環(huán)節(jié)之一。

21世紀(jì)，人工智能在不同的領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，越來越多的人們享受到了人工智能帶來的福利，其中就包括了人臉識(shí)別技術(shù)。隨著大數(shù)據(jù)共享時(shí)代的來臨，人臉識(shí)別將會(huì)在這場(chǎng)新一代技術(shù)革命時(shí)期里大有作為。人臉識(shí)別亦稱作面部識(shí)別，它是近年來發(fā)展迅速的基于人的臉部特征信息的生物識(shí)別技術(shù)[1]。現(xiàn)如今，人臉識(shí)別打卡已經(jīng)大幅度取代了傳統(tǒng)的考勤方式，但目前現(xiàn)有的打卡軟件大都存在代替簽到、異地簽到、無法限位、二維碼失效等問題。針對(duì)這些問題，我們進(jìn)行了相關(guān)的線下調(diào)查活動(dòng)。在調(diào)查活動(dòng)中我們發(fā)現(xiàn)，超過85%的老師都遭遇過學(xué)生利用技術(shù)漏洞偽造考勤信息導(dǎo)致考勤信息失真的情況，需要再次進(jìn)行人為檢查，耽誤大量時(shí)間，降低了簽到效率。由此看出，一款能夠完成準(zhǔn)確考勤的軟件將會(huì)被高校師生所期待。

因此，我們?cè)陂_發(fā)的校園服務(wù)平臺(tái)中增加了高校學(xué)生考勤管理子系統(tǒng)。它是一款基于LBS 限位和人臉識(shí)別的考勤系統(tǒng)，通過LBS 即地理定位，確保學(xué)生必須在相關(guān)范圍內(nèi)進(jìn)行簽到，解決了異地簽到的問題；通過人臉識(shí)別檢測(cè)，保證了簽到者信息的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，防止了代替簽到情況的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)考勤，更好地完成對(duì)高校學(xué)生的考勤管理工作。

2 相關(guān)技術(shù)

2.1 LBS

基于位置的服務(wù)（Location Based Services，LBS），是利用各類型的定位技術(shù)來獲取定位設(shè)備當(dāng)前的所在位置，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向定位設(shè)備提供信息資源和基礎(chǔ)服務(wù)。LBS 首先讀者可利用定位技術(shù)確定自身的空間位置，隨后讀者便可通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)來獲取與位置相關(guān)資源和信息。LBS 服務(wù)中融合了移動(dòng)通訊、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、空間定位、位置信息、大數(shù)據(jù)等多種信息技術(shù)，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和交互，使用戶可以通過空間定位來獲取相應(yīng)的服務(wù)[2]。在本考勤系統(tǒng)中，通過LBS 技術(shù)獲取到簽到者的地理經(jīng)緯度信息，以判斷其是否處于合法的簽到位置。而且隨著定位技術(shù)的趨于成熟，定位結(jié)果已然具有了較好的準(zhǔn)確性和可靠性，可以很好地應(yīng)用在本系統(tǒng)中。

2.2 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別是一種依據(jù)人的面部特征(如統(tǒng)計(jì)或幾何特征等)，自動(dòng)進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)。它通過圖像采集、人臉提取、人臉特征提取一系列過程得到人臉特征數(shù)據(jù)，然后將其與數(shù)據(jù)庫中相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配得到其相似度，通過設(shè)定一個(gè)閾值，將相似度與這一閾值進(jìn)行比較，來對(duì)人臉的身份信息進(jìn)行判斷。隨著生物識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，在保證識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上其對(duì)比的速度也有了大幅度的提高。應(yīng)用于本系統(tǒng)中，可以迅速、準(zhǔn)確地對(duì)簽到者的身份信息進(jìn)行判斷，防止代替簽到情況的發(fā)生。

圖1：三層架構(gòu)示意圖

圖2：考勤任務(wù)發(fā)布流程

圖3：學(xué)生簽到流程

2.3 微信小程序

微信小程序是近期新興的一種無需下載即可使用的微信載體應(yīng)用，可以在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，同時(shí)具有出色的使用體驗(yàn)，一經(jīng)上線就開始快速發(fā)展普及，得到了用戶的一致好評(píng)，現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)均漸趨于成熟。開發(fā)方式通過微信開發(fā)者工具進(jìn)行編碼，采用一種類HTML+CSS+JS 的語言進(jìn)行前端開發(fā)，借助豐富的組件庫和API 庫可輕松快速地完成前端功能實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)使用微信小程序?yàn)檩d體，簡化開發(fā)流程，在不占用用戶手機(jī)空間的情況下為用戶提供更美好的體驗(yàn)。

3 架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，三層架構(gòu)區(qū)分層次的目的是為了 “高內(nèi)聚，低耦合”。開發(fā)人員分工更明確，將精力更專注于應(yīng)用系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)邏輯的分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)，加快項(xiàng)目的進(jìn)度，提高了開發(fā)效率，有利于項(xiàng)目的更新和維護(hù)工作[3]。三層架構(gòu)將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。

表現(xiàn)層是與用戶進(jìn)行直接交互的頁面，用來獲取用戶操作，并以清晰明了的形式向用戶展示相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在本系統(tǒng)中主要用于展示考勤的任務(wù)信息以及結(jié)束后的結(jié)果信息。

表1：人臉對(duì)比API 參數(shù)表

表2：成功返回關(guān)鍵參數(shù)表

業(yè)務(wù)邏輯層主要為系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和解析，通過HTTPS 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與 JSON 數(shù)據(jù)格式進(jìn)行服務(wù)器與客戶端的信息交互。其中HTTPS 協(xié)議不僅兼容了HTTP 協(xié)議簡單快速、無連接、無狀態(tài)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在數(shù)據(jù)安全性上更加強(qiáng)大。JSON 數(shù)據(jù)格式較之XML 在數(shù)據(jù)有效性方面有了很大提高，在同等數(shù)據(jù)量情況下，其傳輸速率更快，帶給用戶更好的使用體驗(yàn)。

數(shù)據(jù)訪問層主要用于存儲(chǔ)考勤任務(wù)和結(jié)果以及用戶登錄所需的相關(guān)信息，提供了對(duì)數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改和查詢操作，并向上一層反饋相關(guān)結(jié)果。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 運(yùn)行流程

教師登錄系統(tǒng)后，填寫考勤項(xiàng)目、截止時(shí)間等考勤信息，選擇任務(wù)群體，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)獲取考勤點(diǎn)的位置信息并計(jì)算出合適的打卡范圍完成考勤任務(wù)的發(fā)布工作。如圖2所示。

學(xué)生到達(dá)相關(guān)考勤點(diǎn)后登錄系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)提示其具有考勤任務(wù)，進(jìn)入可顯示相關(guān)考勤信息并呈現(xiàn)人臉掃描窗口，學(xué)生保持自己的面部位于掃描窗口內(nèi)點(diǎn)擊打卡按鈕，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入地理定位模塊，對(duì)學(xué)生打卡處進(jìn)行定位，如定位結(jié)果處于考勤位置的置信區(qū)間，進(jìn)入人臉識(shí)別模塊，否則提示位置偏離，打卡失??；如人臉對(duì)比成功，則打卡成功，否則提示信息錯(cuò)誤，打卡失敗。考勤時(shí)間結(jié)束后，相關(guān)老師可以查看簽到結(jié)果。如圖3所示。

4.2 登錄/注冊(cè)模塊

教師信息會(huì)由教務(wù)信息直接導(dǎo)入系統(tǒng)，教師只需填寫與其微信進(jìn)行綁定即可。學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)后，填寫自己的學(xué)號(hào)、姓名、院系等信息，然后進(jìn)行人臉的采集完成注冊(cè)并自動(dòng)完成與其微信的綁定。

登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)微信為用戶分配的唯一標(biāo)識(shí)自動(dòng)完成登錄。

4.3 地理定位模塊

地理定位模塊使用的微信小程序官方定位API。首先，在初次調(diào)用時(shí)，調(diào)用 wx.authorize 傳入地理定位相關(guān)參數(shù)進(jìn)行用戶授權(quán)，授權(quán)成功之后調(diào)用庫中wx.getLocation()獲取到用戶經(jīng)緯度信息。

4.4 人臉對(duì)比模塊

如表1所示，人臉對(duì)比模塊使用的是Face++的人臉識(shí)別API。首先會(huì)根據(jù)用戶微信登錄的標(biāo)識(shí)獲取到用戶注冊(cè)時(shí)的人臉URL，然后將獲取到的人臉緩存地址與正確人臉URL 以POST 方式請(qǐng)求API 服務(wù)，后臺(tái)將兩個(gè)人臉進(jìn)行比對(duì)，來判斷是否為同一個(gè)人，返回比對(duì)結(jié)果置信度和不同誤識(shí)率下的閾值。本系統(tǒng)選取萬分之一誤識(shí)率下的閾值作為參照標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)置信度大于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即認(rèn)為用戶信息正確，予以進(jìn)一步操作，否則將會(huì)進(jìn)行錯(cuò)誤提示。如表2所示。

4.5 結(jié)果反饋模塊

該模塊的功能是將學(xué)生的考勤打卡情況以表格的形式展現(xiàn)出來，教師可以通過反饋的結(jié)果進(jìn)行學(xué)生考勤情況的統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來激活了各個(gè)行業(yè)的改革動(dòng)力，軟件考勤的方式也正在逐漸取代傳統(tǒng)的人工點(diǎn)名考勤的方式，但是受環(huán)境和技術(shù)的影響，第一代的傳統(tǒng)考勤軟件難免會(huì)存在著代替簽到、異地簽到、無法限位、二維碼失效等問題。現(xiàn)如今，步入智能時(shí)代已然吹響戰(zhàn)歌，智能技術(shù)的妥善應(yīng)用將為我們解決傳統(tǒng)軟件所存在的問題。我們的考勤系統(tǒng)順應(yīng)時(shí)代浪潮，使用LBS和人臉識(shí)別相結(jié)合的方式，提高考勤效率，確?？记诮Y(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為高校學(xué)生的考勤活動(dòng)提供雙重保障，受到了高校教師的一致好評(píng)。

隨著智能領(lǐng)域研究的不斷深入，智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)不斷擴(kuò)大，各個(gè)行業(yè)也即將迎來智能化變革，促使我們的社會(huì)步入智能時(shí)代。