基于微信小程序的智能查寢系統(tǒng)

◆洪成龍 楊雄 吳秋悅

安全模型、算法與編程

基于微信小程序的智能查寢系統(tǒng)

◆洪成龍 楊雄通訊作者吳秋悅

（福州大學至誠學院 福建 350002）

為解決目前高校宿舍查寢制度的不足，本系統(tǒng)利用微信小程序、人臉識別技術和云計算服務平臺實現了一套智能查寢系統(tǒng)。本系統(tǒng)部署在阿里云ECS上，服務器環(huán)境是LAMP（Linux + Apache + MySQL + PHP），采用MVC架構模式設計，小程序及后臺管理系統(tǒng)的后端均使用ThinkPHP5框架，并使用百度大腦提供的在線人臉識別服務交互完成人臉數據庫的建立和人臉搜索M:N識別，實現了對合照中的學生人臉進行人臉識別以及匯總統(tǒng)計結果的功能。實驗表明，在一定的條件范圍內，本系統(tǒng)能夠達到實現應用的需求。

微信小程序；人臉識別技術；云平臺；晚間查寢

1 前言

查寢是教師確保學生夜間在校，保障學生安全的一種主要手段，但高校校園查寢一般是通過在特定時間內，以指紋打卡或人工查寢的方式來完成，且現有方式存在一些弊端，不能及時且真實地得到學生是否在寢的反饋，總是存在疏漏出錯的情況。查寢效率往往也不盡人意，針對校園宿舍查寢問題不少高校都極為困擾。以福州大學至誠學院計算機工程系為例，為了確保完全了解全系學生晚上的在校情況，規(guī)定晚上9點40分進行指紋打卡，10點半進行人工查寢。但是，指紋查寢易出現儀器失靈，有少部分人群指紋較淺或是手指濕潤等情況導致指紋極難識別，甚至還有指紋膜作假的情況出現，而且在晚上宿舍集中進出時間段，容易造成學生排隊等待打指紋，造成時間上的浪費與管理上的混亂；專人查寢耗時耗力，查寢頻率低效率低，而且無法保證所有學生在查寢時間仍在宿舍，且易出現查寢結束學生外出的情況，并不能有效防止學生外出。由于輔導員工作比較繁忙，對于所有宿舍的查寢往往會心有余而力不足，不能及時檢查所有宿舍。

為解決上述問題，有效彌補現有宿舍查寢制度的不足和薄弱環(huán)節(jié)，本文提出以微信小程序[1]作為輔導員和學生的主要使用平臺。相較于傳統(tǒng)APP，微信小程序無須安裝，即開即用，用完就走，不僅節(jié)省了用戶的手機內存和運行空間，也為用戶節(jié)省了在各類APP切換和進行復雜操作的時間。在本智能查寢小程序中，輔導員發(fā)布隨機限時查寢任務，學生可通過小程序在規(guī)定的時間范圍內，上傳帶有隨機數字的宿舍合照完成打卡。查寢時間截止后，對合照中的學生人臉進行人臉識別，幫助輔導員快速統(tǒng)計各個宿舍學生的查寢情況。本系統(tǒng)僅利用手機收集照片，而將圖像的人臉檢測與人臉搜索交由云計算服務平臺實現，并通過分布式的處理方法實現并行人臉身份驗證，大大提高晚間查寢的效率[2-4]。并且，本系統(tǒng)同時配備Web后臺管理系統(tǒng)，方便輔導員批量管理學生數據，直觀查看學生的查寢統(tǒng)計情況。

2 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)主要實現了基于微信小程序的智能查寢系統(tǒng)，具體包括智能查寢小程序和Web后臺管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要功能包括：學生信息管理、隨機或自定義抽取宿舍和查寢結果統(tǒng)計等功能。

輔導員首次使用，需要在Web后臺管理系統(tǒng)按照規(guī)定格式，批量導入學生姓名、學號、年級等信息，同時需要導入學生個人照片來創(chuàng)建學生人臉庫，以便查寢情況統(tǒng)計。之后在查寢時段，輔導員只需登錄小程序，設置查寢時間，選擇隨機或自定義抽取宿舍。同時輔導員可以通過一鍵提醒功能發(fā)送郵件提醒未簽到的宿舍學生，或是在班級群里通知已發(fā)布的查寢任務。被抽中的宿舍學生登錄小程序查看抽取記錄，并進行合照與上傳照片。學生上傳照片完成后，人臉識別功能開始鑒別圖像，判斷該宿舍是否簽到成功，將統(tǒng)計數據存儲到數據庫中。輔導員可以在查寢時間截止后，在指定頁面查看詳細的統(tǒng)計情況，包括未簽到的人員名單等。系統(tǒng)的總體功能如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)功能圖

2.1 系統(tǒng)架構

基于微信小程序的智能查寢系統(tǒng)采用MVC的架構模式設計，小程序以及后臺管理系統(tǒng)的后端均使用ThinkPHP5框架，后臺管理系統(tǒng)還使用了Layui前端UI框架。同時，將系統(tǒng)部署到阿里云ECS上，服務器的環(huán)境是LAMP（Linux + Apache + MySQL + PHP），并使用百度大腦提供的在線人臉識別服務交互完成人臉數據庫的建立和人臉搜索M:N識別，完成一次人臉識別的步驟為：

（1）輔導員設置查寢時間，隨機或自定義抽簽的宿舍名單。

（2）宿舍學生登錄小程序，拍照上傳合照，照片傳至服務器中保存，并將照片地址存在MySQL數據庫中。在學生上傳完畢后，讀取數據庫中的照片地址，通過調用接口，借助百度云人臉識別服務中的人臉搜索功能，檢測出合照中的所有的人臉范圍，并將這些區(qū)域人臉，以M:N在人臉數據庫中的指定用戶組進行搜索，搜索結果返回為JSON數據，數據中包括合照中，識別到的人臉數量，每張人臉在該照片中的范圍坐標，以及搜索到的在人臉數據庫中的學生信息。

（3）完成人臉搜索后，將JSON數據進行處理，與數據庫中的學生信息進行匹配，識別到的人臉則在數據庫中記為已簽，反之則記為未簽，最后輸出未簽到的學生詳情信息至小程序中。

2.2 小程序端設計

小程序學生端的主要功能是被抽到的宿舍全體成員進行合照，要求在規(guī)定的時間范圍內上傳照片，人臉識別功能將快速識別學生人臉，判斷是否缺勤后，進行匯總統(tǒng)計，將統(tǒng)計結果匯總到輔導員端。其實現效果如圖2和圖3所示：

圖2 小程序學生端查看詳細界面

圖3 小程序學生端上傳照片界面

匯總統(tǒng)計結果的思路是：根據查寢記錄的起止時間查找相應的宿舍號與該宿舍上傳的照片，如果該宿舍未上傳照片，自動將宿舍所有成員記為缺勤；若該宿舍成功上傳照片，調用百度API下M：N的人臉搜索功能，在該宿舍對應的人臉庫中進行搜索，成功搜尋到，則返回學號，將此學號下的本記錄記為已簽到，反之記為缺勤。根據數據庫中的記錄信息，返回缺勤人員信息以及查寢情況至小程序以及后臺管理系統(tǒng)。

2.3 后臺管理系統(tǒng)

后臺管理系統(tǒng)實現了批量導入、導出數據，添加、刪除、編輯、查詢學生相關信息，導入學生人臉照片創(chuàng)建人臉庫，如圖4所示，以及查看統(tǒng)計結果功能。

圖4 導入學生照片創(chuàng)建人臉庫

2.4 統(tǒng)計相關設計

統(tǒng)計前需要收集學生的人臉信息，通過百度人臉識別服務功能，創(chuàng)建人臉數據庫，后進行對宿舍合照的人臉搜索，判斷該生是否缺勤，得到查寢情況統(tǒng)計。以學生個人合照為例，實現的效果如圖5所示。

3 結語

本系統(tǒng)以高校智能查寢系統(tǒng)為出發(fā)點，為解決目前高校宿舍查寢制度存在的不足之處，基于微信小程序實現輔助輔導員進行晚間查寢。微信小程序界面友好，操作簡單，極大提高了查寢的效率與準確度，也使得人臉識別技術的應用得到了更大的推廣，對智能校園的發(fā)展有著積極的推動作用。

[1]李珊. 基于微信小程序的學生活動管理系統(tǒng)的設計與實現[D].廣東工業(yè)大學，2019.

[2]成偉.基于人臉識別學生宿舍管理系統(tǒng)設計[D].電子科技大學，2016.

[3]李鑫洪.推進高校教學管理平臺信息化現實問題探討——以智能手機為視角[J].中國教育信息化，2015（17）：53-55.

[4]王竹君. 基于人臉檢測的移動點名系統(tǒng)研究與實現[D].云南大學，2014.

福州大學至誠學院2020年國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（基于微信小程序的至誠學院智能查寢系統(tǒng)：202013470004）