基于身份證和人臉雙重識別技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭偉潔，植凱吉，白瑀皓，王 興

(太原科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，太原 030024)

0 引言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能門禁系統(tǒng)作為安全防護(hù)領(lǐng)域不可或缺的一個(gè)組成部分，工廠、酒店、小區(qū)等領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用。而市場是保障出入口安全防范管理的有效解決方式，因而得到人們越來越廣泛的關(guān)注。當(dāng)前智能門禁系統(tǒng)在一些生活場景上大多數(shù)的解鎖方式安全性較低、不易管理，且無法實(shí)現(xiàn)實(shí)名制管理。針對該問題，研究設(shè)計(jì)了一種基于身份證和人臉雙重識別技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)，利用身份證的唯一性、權(quán)威性、安全性以及可存儲性等特點(diǎn)，采用RFID射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)名制開鎖。通過寬度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對人臉進(jìn)行圖像識別特征值的采集，解決人臉識別過程中的快速跟蹤和快速識別問題。研制后臺云管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控管理。此智能門禁系統(tǒng)可自動(dòng)完成人員身份識別，隨時(shí)記錄各類人員的出入情況并進(jìn)行圖像監(jiān)控，有效地保護(hù)控制區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)財(cái)產(chǎn)不受非法侵犯，并對異常情況進(jìn)行報(bào)警處理。用戶可采用密碼、身份證、人臉識別、機(jī)械鑰匙應(yīng)急開鎖、APP臨時(shí)密碼下發(fā)等多種開鎖方式。

1 智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 智能門禁系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上，主要由系統(tǒng)服務(wù)端、門禁管理服務(wù)端、電子鎖等組成，其中電子鎖為核心部分，由門鎖、身份證閱讀器、門禁控制器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、蜂鳴器及備用電源等組成。而門禁控制器主要實(shí)現(xiàn)身份證信息的讀取、人臉識別、報(bào)警處理以及開門處理。該門禁系統(tǒng)由身份識別單元部分、處理與控制單元部分、電子鎖與執(zhí)行單元部分、傳感與報(bào)警單元部分、線路及通訊單元部分、管理與設(shè)置單元部分組成。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理示意圖

針對不同的應(yīng)用場景可采取不同的認(rèn)證方式，在較為固定的場所，可將用戶的人臉信息提前錄入，進(jìn)行人臉識別從而加快通過效率。而對于用戶不固定、流動(dòng)性較大的場所則采用身份證和人臉雙重識別。雙重識別一方面可有效提高用戶的通過效率，另一方面可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)名制管理，有效地解決了常規(guī)門禁系統(tǒng)的安全性問題。在對用戶進(jìn)行身份證識別的過程中，識別成功則進(jìn)行開門處理，顯示錯(cuò)誤信息該系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警處理。而在人臉識別的過程中，識別成功進(jìn)行開門處理，若識別失敗將進(jìn)行身份證識別，最終若任然顯示錯(cuò)誤信息則進(jìn)行報(bào)警處理。軟件主程序流程如圖2所示。

圖2 軟件主程序流程

1.2 門禁系統(tǒng)工作流程

該門禁系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)總體劃分為感知層、接入層、應(yīng)用層、平臺層、基礎(chǔ)設(shè)施層共5個(gè)層次。1)感知層可實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)的控制以及攝像頭的監(jiān)控管理；2)接入層可使用WiFi、藍(lán)牙、3G/4G/5G等方式實(shí)現(xiàn)無線連接；3)應(yīng)用層是面向功能的一個(gè)平臺，在本系統(tǒng)中主要是通過INTERNET實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)管理端與手機(jī)客戶端連接。從而使管理員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程后臺管理，如權(quán)限管理、用戶管理、區(qū)域管理、安全管理、后臺審核、系統(tǒng)監(jiān)控等；4)平臺層是應(yīng)用層與基礎(chǔ)設(shè)施層之間的橋梁，是為服務(wù)提供開發(fā)、運(yùn)行和管控環(huán)境的一個(gè)中間件功能層次。它利用基礎(chǔ)設(shè)施層的能力面向上層應(yīng)用提供服務(wù)，基于基礎(chǔ)設(shè)施層的資源管理能力提供一個(gè)高可用、可伸縮且易于管理的與中間件平臺；5)基礎(chǔ)設(shè)施層則主要解決資源的虛擬化和自動(dòng)化管理問題，將經(jīng)過虛擬化的計(jì)算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源以基礎(chǔ)設(shè)施的方式通過網(wǎng)絡(luò)提供給用戶使用和管理。智能門禁系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果如圖4所示。

圖3 智能門禁系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖4 實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果照片

1.3 管理端設(shè)計(jì)

該門禁系統(tǒng)對管理員進(jìn)行權(quán)限分配，實(shí)現(xiàn)多級管理。用戶無需自建平臺，通過Web即可訪問云平臺，登錄管理員賬號實(shí)現(xiàn)對門禁、人員信息等的統(tǒng)一管理，降低用戶成本。

智能門鎖相關(guān)參數(shù)如下：

1)智能門禁控制器相關(guān)參數(shù)配置，系統(tǒng)初始化時(shí)，控制主板會(huì)逐一檢查網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID讀寫器工作、安全模塊供電參數(shù)(3.3 V/5 V)←(是否正常，若不正常，發(fā)出低電壓警報(bào))。網(wǎng)絡(luò)模塊初始化，配置SSL的秘鑰及公鑰。使用https通信(wifi：連接AP 自動(dòng)輸入 密碼連接AP 連通網(wǎng)絡(luò)；有線網(wǎng)絡(luò)：查詢路由器是否正常，其次由路由器分配網(wǎng)絡(luò)ip，連接tcp服務(wù)器或者直接連接服務(wù)器。ping通后，建立心跳包 保持長久連接 及實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。由路由器配置ip地址**.**.**.** 服務(wù)器訪問端口為8 080。網(wǎng)絡(luò)請求參數(shù)初始化 Lockld = RO014&type = 1&content = ORDER

Lockld：控制器唯一id type：網(wǎng)絡(luò)獲取命令類型 content：請求內(nèi)容

所有網(wǎng)絡(luò)請求均以這請求格式和請求參數(shù)。系統(tǒng)復(fù)位斷開所有的邏輯線路，完全重新連接邏輯線路初始化相同(硬件復(fù)位)。

網(wǎng)絡(luò)初始化成功后會(huì)獲取服務(wù)器系統(tǒng)時(shí)間保證門禁控制器時(shí)鐘與服務(wù)器同步。

2)智能門禁控制器輸Ⅳ輸出端口的設(shè)置，控制器的串口配置網(wǎng)絡(luò)模塊。單片機(jī)與網(wǎng)絡(luò)模塊由串口通信。

當(dāng)從服務(wù)器收到***信息時(shí)開啟(繼電器)電機(jī)實(shí)現(xiàn)開鎖、關(guān)鎖。

互鎖條件：低壓警告、主動(dòng)鎖定、設(shè)備強(qiáng)破互鎖。

3)人員屬性信息的配置，如用戶身份證的效期、合法性、權(quán)限以及用戶所屬時(shí)段等。

2 身份識別設(shè)計(jì)

2.1 身份證識別模塊

2.1.1 RFID技術(shù)

RFID是一種利用射頻信號的空間耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳輸并通過所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行目標(biāo)識別的自動(dòng)識別技術(shù)，是本門禁系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。身份證識別電子標(biāo)簽是近距離識別，即使用耦合方式進(jìn)行無線傳輸信息。該門禁系統(tǒng)的RFID模塊主要由身份證、身份證讀寫設(shè)備以及管理系統(tǒng)組成。讀取個(gè)人身份信息的設(shè)備將自動(dòng)讀取刷卡人身份證信息，并將采集到的信息上傳至門禁控制板。門禁控制設(shè)備安裝于電子鎖門附近，用來接收用戶身份證信息和后臺管理端的指令并執(zhí)行，對用戶身份證信息鑒權(quán)是否開門，存儲刷卡人記錄，上報(bào)主機(jī)用戶信息。系統(tǒng)服務(wù)端用作控制門禁控制板，實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶身份證信息，同時(shí)也可以依照用戶的不同要求設(shè)置好門禁權(quán)限等開門的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，如果需要查看進(jìn)出門記錄時(shí)也可以選擇連接本系統(tǒng)的后臺服務(wù)端。

2.1.2 身份證識別防碰撞算法

本門禁系統(tǒng)的RFID系統(tǒng)由身份證、身份證信息處理器和電子鎖管理系統(tǒng)共同組成。FID讀寫器正常情況下，一個(gè)時(shí)間點(diǎn)只能對磁場中的一張RFID卡進(jìn)行讀寫操作，但在實(shí)際應(yīng)用場景中經(jīng)常有多張身份證同時(shí)進(jìn)入讀寫器的射頻場，導(dǎo)致一個(gè)讀寫器多個(gè)應(yīng)答器，無法正確識別出一個(gè)應(yīng)答器的情況，即產(chǎn)生碰撞現(xiàn)象，出現(xiàn)通信方面的沖突產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致傳輸失敗，致使門禁系統(tǒng)無法正常工作。為此，必須采用防碰撞算法來防止碰撞的產(chǎn)生。

門禁系統(tǒng)使用二進(jìn)制樹防碰撞算法來有效解決多張身份證識別過程中的碰撞問題，該算法基于樹分叉搜索算法實(shí)現(xiàn)，目的在于從多個(gè)電子標(biāo)簽中篩選出所需電子標(biāo)簽。

二進(jìn)制樹型搜索算法核心原理為把會(huì)發(fā)生碰撞的電子標(biāo)簽進(jìn)行逐次的劃分，不斷地縮將要識別的數(shù)量范圍，最終達(dá)到僅剩唯一一個(gè)回應(yīng)的情況。識別方式是閱讀器向作用區(qū)域內(nèi)所有電子標(biāo)簽發(fā)送帶有某一限制條件的詢問命令，所有符合條件的電子標(biāo)簽進(jìn)行響應(yīng)并向閱讀器返回信息，若相應(yīng)不唯一則發(fā)生了碰撞。閱讀器分析所有符合條件的電子標(biāo)簽的返回信息，若發(fā)生碰撞，則檢測所有碰撞位置，并根據(jù)返回信息修改限制條件，再次發(fā)送詢問命令。重復(fù)發(fā)送詢問命令，重復(fù)進(jìn)行識別過程，直至有且唯一有一個(gè)電子標(biāo)簽進(jìn)行響應(yīng)，既無碰撞發(fā)生。

在該算法的使用中，需要閱讀器能夠檢測出所有碰撞的比特的確切位置，而Manchester編碼剛好能做到這點(diǎn)，若多個(gè)電子標(biāo)簽同一時(shí)間發(fā)送不同的數(shù)位，即收到的上升沿和下降沿將會(huì)互相抵消，不發(fā)生變化的情況不允許發(fā)生，否則會(huì)被作為錯(cuò)誤信號。采用此方式可以依照位來追蹤到?jīng)_突的發(fā)生。所以在二進(jìn)制搜索算法中選用Manchester編碼，如圖5所示。

圖5 Manchester編碼

通過二進(jìn)制搜索算法識別X個(gè)電子標(biāo)簽所用的次數(shù)與編碼值和標(biāo)簽間發(fā)生碰撞的位置均相關(guān)。最少的搜索次數(shù)為2X-1，最多的搜索次數(shù)為2X+1，即搜索次數(shù)Y滿足如式(1)所示：

2X-1 ≤Y≤ 2X+1

(1)

而平均次數(shù)M與讀寫器作用區(qū)域內(nèi)電子標(biāo)簽總數(shù)N相關(guān)如式(2)所示：

M(N)=N+1

(2)

假設(shè)算法執(zhí)行效率為α，在算法執(zhí)行過程中，一共Ln個(gè)時(shí)隙，識別n個(gè)應(yīng)答器。

表示算法的執(zhí)行效率。因此二進(jìn)制樹防碰撞算法可以在短時(shí)間內(nèi)有效解決多張身份證進(jìn)入一個(gè)身份證閱讀器導(dǎo)致碰撞的問題。

算法流程如下：

1)把位于沖突電子標(biāo)簽拆分為兩不部分用0和1表示。

2)先對0進(jìn)行檢查，如果沒有出現(xiàn)沖突情況，就將其標(biāo)記為正確情況，如果出現(xiàn)沖突情況就進(jìn)行再劃分,將0劃分為00以及01。

3)依次類推，通過此種算法即可查詢出0的所有情況，然后按照上述的步驟檢查1。

板柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行沖切承載力的抗震驗(yàn)算，且應(yīng)計(jì)入不平衡彎矩引起的沖切。為了防止強(qiáng)震作用下樓板脫落，穿過柱截面的板底兩個(gè)方向的鋼筋的受拉承載力應(yīng)滿足該層樓板重力荷載代表值作用下的柱軸力設(shè)計(jì)值，一般來講，抗剪栓釘?shù)目箾_切效果優(yōu)于抗沖切鋼筋。

模型圖如圖6所示。

圖6 算法模型圖

2.2 人臉識別模塊

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擁有良好的圖像識別能力，通過權(quán)值共享來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，其采用的算法不同于普通人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，故在圖像識別方面，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比于其他人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正確率明顯高出許多。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用池化操作進(jìn)行特征提取，由于池化具有平移不變性，所以可以最大限度保留圖像特征，同時(shí)降低了計(jì)算量。

本系統(tǒng)采用一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，對被測人的姿勢、神態(tài)和背景環(huán)境等因素不敏感，而且該模型訓(xùn)練時(shí)間短、計(jì)算量小，不需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)便可以達(dá)到較高的識別精度。對人臉圖像的處理中，卷積的操作本質(zhì)上是一種濾波操作，定義以下參數(shù)：W為權(quán)重，p為偏置，h代表激活函數(shù)則在數(shù)字圖像處理中所用到的離散卷積公式如式(3)所示：

(0≤m

(3)

卷積原理如圖7所示。

圖7 卷積原理圖

卷積操作完成后，對圖像新提取的特征進(jìn)行池化操作，其目的在于對卷積提取的圖像特征進(jìn)行降維操作，使得特征精簡化，有助于獲得更優(yōu)秀的性能，圖8為最大值池化及其結(jié)果，池化尺寸為2×2，步長為2。

圖8 最大池化及其結(jié)果

在人臉識別處理過程中，對人臉圖像進(jìn)行描述的方式一般為提取圖像特征點(diǎn)，但每個(gè)特征點(diǎn)又需要描述該特征點(diǎn)的128維的向量，就導(dǎo)致一幅人臉識別圖像中特征點(diǎn)所需的存儲量過于大，所以要對人臉圖像進(jìn)行降維操作。降低原始輸入維度，其中一種方式是最小化輸入x和它的重構(gòu)r(x)之間的距離，如式(4)、(5)所示：

(4)

s.t.WTW=D,

(5)

其中:r(x)=WWTX,i表示第i個(gè)樣本，j表示第j個(gè)特征，主成分由XTX的特征向量給出，所以得出公式(6)：

XTX=WΛWT

(6)

其中:ω1表示第k個(gè)主成分，λk則表示對應(yīng)ωk的相關(guān)度，通過計(jì)算輸入數(shù)據(jù)所占的百分比l來確定k如式(7)所示：

(7)

系統(tǒng)學(xué)習(xí)的正交和線性變換矩陣W將輸入數(shù)據(jù)x的投影結(jié)果用z來表示。因此，采用PCA算法作為降維方法，盡可能地保留數(shù)據(jù)中的信息。采用嶺回歸方法，通過求最小值，進(jìn)而求出網(wǎng)絡(luò)的輸出層權(quán)重如式(8)所示：

(8)

其中：γ表示對輸出層權(quán)重W平方和的約束．當(dāng)γ=0時(shí)，則該問題變?yōu)樽钚《朔▎栴}，若γ→∞，那么權(quán)重則近似為零．故可得出權(quán)重的計(jì)算公式如式(9)所示：

W=(γD+XXT)-1XTY

(9)

本文基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)寬度學(xué)習(xí)系統(tǒng)，輸入圖像通過寬度學(xué)習(xí)系統(tǒng)方法映射到特征向量x中，同時(shí)采用PCA來學(xué)習(xí)映射矩陣。而后利用輸入圖像映射，采取卷積與最大池化操作提取增強(qiáng)神經(jīng)節(jié)點(diǎn)。將PCA應(yīng)用于合并后的特征圖，提取增強(qiáng)特征。多次重復(fù)此過程，可以得到更深層次的特征。本文采用隨機(jī)生成的卷積核與最大池化操作，通過嶺回歸方法更新權(quán)重W。

2.3 異常情況報(bào)警處理

當(dāng)門禁控制器檢測到異常情況時(shí)，如被檢測用戶身份異常、強(qiáng)制開門、門禁控制器或讀寫器防拆除線斷開等，則會(huì)發(fā)出警報(bào)信號并上傳管理端。門禁報(bào)警系統(tǒng)還會(huì)對身份證的合法性、權(quán)限、時(shí)段、有效期、是否為掛失卡等進(jìn)行判斷，只有符合條件的身份證才會(huì)開門，同時(shí)會(huì)將有關(guān)信息記錄在后臺的管理系統(tǒng)。

將安裝門磁或探測器。一旦門被異常打開時(shí)，探測器或門磁探測到動(dòng)作，立即立即輸出信號產(chǎn)生報(bào)警，聯(lián)動(dòng)報(bào)警設(shè)備或現(xiàn)場警號，并在總站管理系統(tǒng)上會(huì)有明顯顯示所在各門鎖的報(bào)警信息。

3 系統(tǒng)通信及命令設(shè)計(jì)

3.1 通信方式

本系統(tǒng)采用5G Wi-Fi通信，傳統(tǒng)無線路由器只有2.4 G頻段的 WIFI信號，因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)設(shè)備多使用2.4 G頻段，用戶較多時(shí)，干擾較大，不能保障足夠的穩(wěn)定性，會(huì)直接影響該系統(tǒng)之間的通信。5G作為即將普及的新一代無線通信技術(shù)，具有高帶寬、高可靠、低時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，5G Wi-Fi信號頻帶寬、無線環(huán)境干凈、干擾少、網(wǎng)速穩(wěn)定、能夠保障傳輸質(zhì)量，將其用于該系統(tǒng)能夠讓通信性能提高。

3.2 通信協(xié)議

超文本傳輸協(xié)議HTTP是互聯(lián)網(wǎng)上使用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具有通信開銷小、簡單快速、成本低、使用靈活、節(jié)省傳輸時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，但是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是明文傳輸?shù)?，未加密，因此采用HTTP協(xié)議傳輸信息容易被監(jiān)聽、被偽裝、被篡改，為了保證傳輸信息的安全性，本系統(tǒng)采用由網(wǎng)景公司設(shè)計(jì)的SSL(Secure Sockets Later)協(xié)議用于對HTTP協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，也就是使用HTTPS協(xié)議，該協(xié)議能夠讓信息加密，防監(jiān)聽、防偽裝、防篡改，提高了本系統(tǒng)信息傳遞過程的安全性。該門禁系統(tǒng)通信原理如圖9所示。

圖9 門禁系統(tǒng)通信原理圖

3.3 服務(wù)端配置

3.3.1 服務(wù)器系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)根據(jù)所需要的程序、數(shù)據(jù)庫類型、性能好壞、操作熟悉的程度等情況采取了一般電腦普遍采用的Windows系統(tǒng)。為了承載更多鎖并發(fā)請求，擬采用服務(wù)器CPU芯數(shù)4核、4 g內(nèi)存、500 G硬盤，10 Mbps帶寬，這樣的服務(wù)器配置可容納并發(fā)量是500，完全可以解決鎖并發(fā)請求問題。

3.3.2 服務(wù)器環(huán)境配置

本系統(tǒng)選擇wed服務(wù)器，在所選操作系統(tǒng)安裝云服務(wù)器之后，根據(jù)本系統(tǒng)的需求配置所需的運(yùn)行環(huán)境，對Tomcat、mysql等進(jìn)行安裝與配置。

3.3.3 服務(wù)器HTTPS訪問設(shè)計(jì)

對HTTPS訪問請求進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用系統(tǒng)的ip地址73.28.81.45和采用的端口號433設(shè)計(jì)URL為：https://73.28.81.45:433/網(wǎng)頁的相對路徑，具體實(shí)例如下：https://94.45.27.46:443/eletronicLock/index.htm。

為訪問請求設(shè)計(jì)3個(gè)請求參數(shù)，lockid用來表示鎖的ID號，type用來表示請求的類型，content用來表示請求的內(nèi)容,例子如下:

lockid=L0001&type=1&content=ORDER

電子鎖功能指令集如表1所示。

表1 電子鎖功能指令集

具體服務(wù)器端訪問設(shè)計(jì)如表2所示。

3.3.4 命令說明

(1)獲取命令

https://ip:port/lock/index.htm?type=1&id=L0001&content=ORDER

命令信息幀格式如表3所示。

說明:返回字符串，按順序執(zhí)行。

+命令數(shù)目+命令1|命令2|命令3|......|命令n+@返回的例子:00510000001L0001A51018319991103 222X00000000000000|10000002L0001 B00000000000000000012345600000000|10000003L00011000|10000004L00012000

該字符串說明如表4所示。

表2 請求及參數(shù)說明表

表3 命令信息幀格式

(2)命令寫回:

https://ip:port/lock/index.htm?type=2&id=L0001&content=10000001

說明:寫回成功執(zhí)行的命令，返回錯(cuò)誤碼。

(3)開門日志:https://ip:port/lock/index.htm?type=3&id=L0001&content=0654321(0+密碼方式)https://ip:port/lock/index.htm?type=3&id=L0001& content=151018319991103222X(1+身份證號方式)

說明:獲得對應(yīng)電子鎖的開門情況，無返回值。

(4)低電量警報(bào):https://ip:port/lock/index.htm?type=4&id=L0001&comtent=LOWVATTERY

說明:對應(yīng)鎖已低電壓，報(bào)警，無返回值。

表4 命令示例說明

4 調(diào)度方法設(shè)計(jì)

門禁系統(tǒng)作為一種實(shí)時(shí)系統(tǒng)，要求在一定的時(shí)間范圍內(nèi)確保最后結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，而調(diào)度算法的設(shè)計(jì)對整個(gè)門禁系統(tǒng)的性能來說起著至關(guān)重要的作用，它決定著在多任務(wù)環(huán)境下任務(wù)執(zhí)行的順序以及獲得CPU資源后能夠執(zhí)行的時(shí)間長度。 根據(jù)不同的優(yōu)先級分配方法，基于優(yōu)先級的調(diào)度算法可分為靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級算法。靜態(tài)調(diào)度較簡單但缺乏靈活性，不利于系統(tǒng)擴(kuò)展；動(dòng)態(tài)調(diào)度有足夠的靈活性處理系統(tǒng)的變化，但需要消耗更多的資源。但不論是靜態(tài)調(diào)度還是動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)都將優(yōu)先執(zhí)行優(yōu)先級別比較高的任務(wù)。如果在進(jìn)行基于優(yōu)先級的調(diào)度時(shí)只按照優(yōu)先級別的高低進(jìn)行處理，則會(huì)存在突發(fā)高優(yōu)先級的情況，這樣低優(yōu)先級的任務(wù)則會(huì)等待很長時(shí)間。

所以本文提出一種基于優(yōu)先級的周期性多任務(wù)調(diào)度算法，對門禁系統(tǒng)中處于不同優(yōu)先級的任務(wù)選取恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間片作為周期，以相應(yīng)固定的時(shí)間片為一個(gè)基本單位從而進(jìn)行周期性的調(diào)度，通過這種調(diào)度方法既可以保證實(shí)時(shí)響應(yīng)性能，也可以使處于較低優(yōu)先級的任務(wù)有機(jī)會(huì)盡快執(zhí)行，從而提高了實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的整體控制性能，保障整個(gè)門禁系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

當(dāng)用戶接收到請求時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至緩沖隊(duì)列當(dāng)中，進(jìn)而分類器對其進(jìn)行分類并劃分好優(yōu)先級，最終由解調(diào)器進(jìn)行整體的調(diào)度。具體的工作原理如圖10所示。

圖10 周期性調(diào)度算法

在周期性多任務(wù)調(diào)度算法中，多個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級是不同的，將會(huì)按照所劃分的時(shí)間片周期性的對這多個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。通過周期性多任務(wù)調(diào)度算法可以有效地使低優(yōu)先級的任務(wù)得到盡快執(zhí)行的機(jī)會(huì)，縮短了執(zhí)行過程中的延遲時(shí)間，提高了低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行效率，從而保障了整個(gè)門禁系統(tǒng)控制的有效性。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本系統(tǒng)對人臉識別模塊進(jìn)行了測試，驗(yàn)證不同條件下人臉識別功能的識別率。

在人臉有遮擋的測試中，選取30名同學(xué)進(jìn)行實(shí)時(shí)人臉遮擋測試，分別遮擋眼睛與下巴，每個(gè)人檢測5次(每遮擋眼睛一次和下巴一次，同時(shí)檢測到面部并保持3 s記作一次有效檢測)，測試結(jié)果如表5所示。

表5 人臉遮擋測試結(jié)果

對上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，本文所設(shè)計(jì)智能門禁系統(tǒng)的人臉識別功能可以對絕大部分側(cè)臉和遮擋人臉正確驗(yàn)證，在識別時(shí)間上可以控制到0.5～1 s之間，速度快且精度高，契合門禁系統(tǒng)的安全性與高效性需求。

同時(shí)通過實(shí)物操作，對本系統(tǒng)的通信與調(diào)度方法進(jìn)行了測試，驗(yàn)證指令類型與運(yùn)行狀態(tài)如圖11所示。

圖11 驗(yàn)證指令類型與運(yùn)行狀態(tài)

對各指令進(jìn)行了依次驗(yàn)證，同時(shí)本系統(tǒng)測試過程中系統(tǒng)通信正常，驗(yàn)證了本系統(tǒng)的可行性，符合門禁系統(tǒng)所需的通信高效性與穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種智能門禁系統(tǒng)，利用RFID 射頻識別技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對身份證個(gè)人信息采集，從而有效地解決身份證刷卡開鎖的問題，并結(jié)合寬度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對人臉進(jìn)行圖像識別特征值的采集，解決人臉識別過程中的快速跟蹤和快速識別問題，實(shí)現(xiàn)雙重認(rèn)證實(shí)名制開鎖。通過構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)電子鎖云管理平臺，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線對電子鎖的網(wǎng)絡(luò)化管理，可連接手機(jī) APP、微信小程序、公安系統(tǒng)等。提出一種基于優(yōu)先級的周期性多任務(wù)調(diào)度算法，有效的提高實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的整體控制性能，切實(shí)保障整個(gè)門禁系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該智能門禁系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理以及實(shí)名化開鎖，并廣泛應(yīng)用于銀行、酒店、公寓以及校園等多領(lǐng)域應(yīng)用。