基于人臉圖像的考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

代美茹 王法勝

摘要：為了解決傳統(tǒng)的考勤方式存在的問題，縮短課堂考勤時(shí)間，提高考勤效率，設(shè)計(jì)了基于人臉圖像的考勤系統(tǒng)。系統(tǒng)基于百度人工智能開放平臺(tái)提供的人臉識(shí)別接口，采用MVC設(shè)計(jì)模式，高效整合服務(wù)器、瀏覽器和數(shù)據(jù)庫(kù)，具有清晰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過(guò)提交人臉圖像進(jìn)行注冊(cè)，教師通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集人臉圖像進(jìn)行考勤。教師可通過(guò)相應(yīng)接口查看課堂考勤結(jié)果，并匯總統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)的紙質(zhì)考勤和指紋考勤存在的問題，為高校課堂管理提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：考勤;課堂管理;人臉圖像;MVC設(shè)計(jì)模式;人臉識(shí)別

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）21-0005-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 背景

高校課堂是大學(xué)生端正思想、學(xué)習(xí)知識(shí)、提升修養(yǎng)、樹立合法正確人生觀、價(jià)值觀、世界觀的主要場(chǎng)所。作為當(dāng)代大學(xué)生，我們應(yīng)當(dāng)按時(shí)到達(dá)課堂、積極參與課堂考勤與教學(xué)活動(dòng)，主動(dòng)維持課堂教學(xué)秩序，響應(yīng)高校建設(shè)優(yōu)良學(xué)風(fēng)的制度，同時(shí)也有利于我們自身紀(jì)律意識(shí)的養(yǎng)成。但是就目前高校形勢(shì)而言，學(xué)生基數(shù)大，教室分布范圍極廣，且學(xué)生流動(dòng)性強(qiáng)，傳統(tǒng)的考勤方式存在著工作量大、人手不充足、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)困難、管理效率低下等問題，學(xué)生缺勤狀況頻頻出現(xiàn)，甚至存在代上課代考勤現(xiàn)象，導(dǎo)致不良學(xué)風(fēng)的形成，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)與高校的形象建立。

在傳統(tǒng)的考勤方式里，人工點(diǎn)名、打卡考勤和指紋考勤各自占有了重要地位。人工點(diǎn)名雖然可以靈活運(yùn)用，但是需要的人力資本太大，且統(tǒng)計(jì)不便。打卡考勤雖然便于統(tǒng)計(jì)，但是無(wú)法根除代打卡、代考勤問題的出現(xiàn)。指紋簽到雖然利用了人體生物特征，不會(huì)出現(xiàn)代考勤的狀況，但是遇到指紋淺、破損指紋或者干燥天氣等無(wú)法識(shí)別的情況，也會(huì)產(chǎn)生一些需要特殊處理的問題。人臉考勤運(yùn)用了人體生物特征技術(shù)，不但具有標(biāo)記唯一的特點(diǎn)，而且易于管理，便于統(tǒng)計(jì)，并且準(zhǔn)確度、實(shí)時(shí)性和可操作性都具有一定保證，相對(duì)于傳統(tǒng)考勤方式，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

2 系統(tǒng)分析

基于人臉圖像的考勤系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：登錄模塊部分、學(xué)生模塊部分、教師模塊部分以及管理員模塊部分。登錄模塊部分包括學(xué)生、教師、管理員三種目標(biāo)角色的登錄功能;學(xué)生模塊部分包括人臉注冊(cè)、查看個(gè)人課程信息、查看個(gè)人考勤信息以及修改密碼功能;教師模塊部分包括課堂考勤、查看個(gè)人所教授課程信息，查看、修改課程考勤信息，修改密碼;管理員模塊部分包括查看、修改、刪除學(xué)生信息、教師信息、課程信息與考勤信息，同時(shí)也可對(duì)人臉庫(kù)進(jìn)行相關(guān)管理：人臉注冊(cè)，人臉更新，復(fù)制用戶，刪除用戶，創(chuàng)建學(xué)院，刪除學(xué)院，學(xué)院列表查詢，人臉?biāo)阉?。系統(tǒng)用例圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用MVC設(shè)計(jì)模式，視圖層由JSP結(jié)合HTML，css，JavaScript技術(shù)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互，從模型中獲取數(shù)據(jù)向用戶進(jìn)行展示，同時(shí)也能將用戶請(qǐng)求傳遞給控制層進(jìn)行處理。當(dāng)模型發(fā)生變化時(shí)，視圖層對(duì)用戶界面進(jìn)行同步更新，從而保持與模型數(shù)據(jù)的一致性。控制層由Servlet實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)應(yīng)用程序中處理用戶交互的部分，他負(fù)責(zé)從視圖中讀取數(shù)據(jù)，控制用戶輸入并向模型發(fā)送數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)邏輯層從控制層接收數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則協(xié)調(diào)模型層對(duì)象完成業(yè)務(wù)邏輯操作，返回控制層需要數(shù)據(jù)。

DAO層將從業(yè)務(wù)邏輯層接收到的命令執(zhí)行，對(duì)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)信息表進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)增刪改查。在本系統(tǒng)中，學(xué)生DAO層、教師DAO層、管理員DAO層、課程DAO層、考勤DAO層分別負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)信息表的查詢、修改、刪除操作。實(shí)體類封裝各個(gè)實(shí)體模型對(duì)象，執(zhí)行實(shí)體對(duì)象業(yè)務(wù)邏輯操作，在本層中封裝Student、Teacher、Manager、Classl、Attendance五個(gè)實(shí)體類。

3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的角色分為教師、學(xué)生和管理員。三種角色可分別通過(guò)登錄模塊進(jìn)入系統(tǒng)，學(xué)生通過(guò)登錄模塊登錄成功以后，可以執(zhí)行人臉注冊(cè)操作，通過(guò)上傳個(gè)人清晰無(wú)遮擋的正面照片，調(diào)用AI開放平臺(tái)API，向平臺(tái)人臉庫(kù)中注冊(cè)用戶人臉。同時(shí)也可執(zhí)行查看課程信息、考勤信息，修改密碼與注銷登錄操作;教師在登錄后，將課上通過(guò)攝像設(shè)備采集的多人圖片上傳至系統(tǒng)，服務(wù)器通過(guò)調(diào)用AI開放平臺(tái)的API與人臉庫(kù)中的人臉進(jìn)行比對(duì)搜索操作，并返回比對(duì)成功的人臉信息列表，將該人臉信息列表ID同數(shù)據(jù)庫(kù)中的學(xué)生信息進(jìn)行比較搜索并返回至前端;管理員可通過(guò)操作數(shù)據(jù)庫(kù)的增刪改查來(lái)操作管理學(xué)生信息表、教師信息表、課程信息表以及考勤信息表，同時(shí)也可調(diào)用相應(yīng)API對(duì)人臉庫(kù)進(jìn)行相關(guān)操作。系統(tǒng)的模塊層次如圖2所示。

系統(tǒng)在Eclipse平臺(tái)開發(fā)，基于B/S架構(gòu)，運(yùn)行維護(hù)比較便捷，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的用戶角色，在不同的地點(diǎn)、利用不同的接人方式、對(duì)共同的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和操作。運(yùn)用MVC設(shè)計(jì)模式，完成系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用HTML、CSS、JavaScript等技術(shù)編寫JSP頁(yè)面;Java語(yǔ)言進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)處理。AI開放平臺(tái)選用“百度智能云”，與其他平臺(tái)相比，它可以在待識(shí)別的圖片中存在多張人臉的情況下，支持在一個(gè)人臉庫(kù)中，一次請(qǐng)求，同時(shí)返回圖片中所有人臉的識(shí)別結(jié)果（M：N模式），圖片支持PNG、JPG、JPEG、BMP等多種圖片格式。

4 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

4.1 學(xué)生端功能實(shí)現(xiàn)

學(xué)生模塊主界面采用綠色作為主色調(diào)，采用Frameset框架進(jìn)行嵌套搭建，頂部為Banner及信息提示區(qū)，底部為版權(quán)信息區(qū)，主體部分采用中心1200像素區(qū)域作為安全區(qū)以避免不同瀏覽器的兼容問題，左側(cè)為縱向?qū)Ш?，單擊后相?yīng)信息會(huì)在右側(cè)區(qū)域進(jìn)行顯示。

4.1.1人臉注冊(cè)

進(jìn)行課堂考勤之前，學(xué)生必須將人臉信息注冊(cè)至人臉庫(kù)，要求采用清晰無(wú)遮擋人臉正面照片來(lái)進(jìn)行注冊(cè)，邏輯實(shí)現(xiàn)時(shí)序圖如圖3所示。 人臉注冊(cè)需要將人臉I(yè)D（學(xué)號(hào)）、學(xué)院以及人臉圖片路徑作為參數(shù)傳人，調(diào)用API成功注冊(cè)以后會(huì)彈出提示框提示操作結(jié)果，運(yùn)行界面圖如圖4所示。

4.1.2查看課程信息，考勤信息

學(xué)生可以查看自己專業(yè)所要學(xué)習(xí)的課程信息和自己個(gè)人的考勤信息，把查詢課程信息請(qǐng)求發(fā)送至控制層，在控制層調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層find0方法，利用DAO層與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，獲得課程信息并返回，時(shí)序圖如圖5所示。

“查看課程信息”導(dǎo)航與“查看考勤信息”導(dǎo)航均以該學(xué)生的學(xué)號(hào)為基礎(chǔ)進(jìn)行查詢，展示結(jié)果為學(xué)生個(gè)人信息，不會(huì)涉及其他學(xué)生信息，安全性較高，運(yùn)行界面圖如圖6、7所示。

4.2 教師模塊功能實(shí)現(xiàn)

4.2.1查看課程信息

教師可以在“查看課程信息”導(dǎo)航里查看自己所教授的課程，將教師查詢課程信息請(qǐng)求發(fā)送給控制層，在控制層調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層listAIlO方法，利用DAO層與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，獲得課程信息并返回?！安榭凑n程信息”導(dǎo)航會(huì)顯示教師所教授課程的所有信息，包括課程號(hào)、課程名稱、教工號(hào)、教師姓名與課程專業(yè)。如圖8所示。

4.2.2 查看、修改考勤信息

教師可以在“查看考勤信息”導(dǎo)航中可查看自己所教授的課程的學(xué)生考勤信息，將教師查詢/修改課程信息請(qǐng)求發(fā)送給控制層，在控制層調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層listAIlO/update0方法，利用DAO層與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，完成相關(guān)操作并返回。時(shí)序圖如圖9所示。

如果識(shí)別有誤，教師可在“查看考勤信息”查看自己課程內(nèi)學(xué)生的考勤情況，并及時(shí)予以修正，部分相關(guān)運(yùn)行界面圖如圖10、11所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于人臉圖像的考勤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生、教師端的人臉注冊(cè)和考勤功能，界面設(shè)計(jì)美觀，操作簡(jiǎn)便，能夠提高高校課堂管理和教學(xué)過(guò)程管理的效率。本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試并部署運(yùn)行，其功能能夠滿足高校教學(xué)運(yùn)行需求，并且具有較強(qiáng)的易用性。在下一步工作中，將開發(fā)系統(tǒng)的移動(dòng)端，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的使用效率。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

基金項(xiàng)目：遼寧省自然科學(xué)基金指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019-ZD-0171）;大連市青年科技之星項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2017RQ151）;大連民族大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YB2019105）

作者簡(jiǎn)介：代美茹（1997-），女（回族），河北滄州人，學(xué)士，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用;王法勝（1983-），通訊作者，副教授，博士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)視覺。