基于人臉識(shí)別和藍(lán)牙定位的智能考勤助手的設(shè)計(jì)

邵輝

摘 要：針對(duì)當(dāng)前考勤工作中存在的時(shí)效性不強(qiáng)、工作復(fù)雜、記錄麻煩、修改查詢工作繁雜等情況，本系統(tǒng)提出并設(shè)計(jì)了一種基于人臉識(shí)別技術(shù)和本地藍(lán)牙實(shí)時(shí)定位技術(shù)的智能考勤助手，它通過紀(jì)律委員攜帶的藍(lán)牙終端模塊完成學(xué)生在教室范圍內(nèi)的定位，加上人臉識(shí)別辨識(shí)學(xué)生身份來完成學(xué)生的課堂考勤，有效地減輕了課堂考勤工作。本系統(tǒng)實(shí)施簡(jiǎn)單、方便、快捷，并且能夠?qū)?shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行電子化保存，為后續(xù)的考勤記錄的查詢、修改打下了很好的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)快速檢索、修改等功能。本系統(tǒng)的實(shí)施是智慧職教的重要組成部分，為職業(yè)院校的智慧管理提供了一種智慧考勤的管理方法。

關(guān)鍵詞：智慧職教 考勤 人臉識(shí)別 藍(lán)牙定位 大數(shù)據(jù)

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 中圖分類號(hào)：TP301.6

Design of Intelligent Attendance Assistant Based on Face Recognition and Bluetooth Positioning

SHAO Hui

（Guangdong Polytechnic Science and Technology， Zhuhai， Guangdong Province， 519090 China）

Abstract：Aiming at the current time and attendance work， the timeliness is not strong， the work is complicated， the record is troublesome， and the modification and query work is complicated. This system proposes and designs an intelligent attendance assistant based on face recognition technology and local bluetooth real-time positioning technology. The bluetooth terminal module carried by the disciplinary committee completes the positioning of the students in the classroom， and the face recognition recognizes the student's identity to complete the student's classroom attendance， which effectively reduces the classroom attendance work. The system is simple， convenient and fast to implement， and it can save the data electronically in time， laying a good foundation for subsequent inquiry and modification of attendance records， and can realize functions such as fast retrieval and modification. The implementation of this system is an important part of smart vocational education， and provides a smart attendance management method for the smart management of vocational colleges.

Key Words： Wisdom vocational education; Attendance; Face recognition; Bluetooth positioning; Big Data

當(dāng)前所有高校上課或多或少都會(huì)開展考勤工作，一般考勤工作由教師或者紀(jì)律委員來負(fù)責(zé)實(shí)施，通常此種考勤工作為人工進(jìn)行，紙質(zhì)記錄或者之后再進(jìn)行人工電子表格輸入記錄。因此當(dāng)前的考勤工作主要依靠教師或者紀(jì)律委員對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度以及學(xué)生自律，一旦教師或者紀(jì)律委員敷衍了事、學(xué)生故意采取多種手段欺騙均有可能導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤的考勤記錄。另外，因?yàn)槿斯た记诘挠涗浶枰筛魑唤處熁蛘呒o(jì)律委員按期上報(bào)，還需要針對(duì)是否請(qǐng)假等情況進(jìn)行核實(shí)認(rèn)定，如此才能真正對(duì)考勤情況進(jìn)行公示。因此人工考勤時(shí)效性不強(qiáng)，必須等待一段時(shí)間才能知道結(jié)果。此外，人工考勤因?yàn)榇蠖酁榧堎|(zhì)記錄，所以在存儲(chǔ)記錄、查詢記錄、修改記錄等方面都存在一定的困難。

目前很多高校都在推行智慧職教的建設(shè)工作，也取得了很多成績(jī)。依據(jù)智慧職教的思維，本文基于人臉識(shí)別技術(shù)和藍(lán)牙定位技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)智能考勤助手系統(tǒng)，提供給教師和學(xué)生使用，這樣不僅能幫助教師或者紀(jì)律委員直接快速地完成考勤工作，也方便學(xué)生使用，對(duì)于各種請(qǐng)假、考勤變更、考勤記錄查詢等工作都能更容易地進(jìn)行，從而極大地提高了學(xué)校的上課率，并保證教學(xué)的實(shí)施。

1 智慧職教

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和開展，智慧職教已經(jīng)在各職業(yè)院校興起。智慧職教^[1]利用現(xiàn)在發(fā)達(dá)的因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用最先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)和軟件等，實(shí)現(xiàn)校園的全面數(shù)字化。例如，在教學(xué)方面采用智慧課堂來完成教學(xué)任務(wù)、在實(shí)訓(xùn)方面采用智慧云實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)施線上線下一體化實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)、在教學(xué)辦公方面采用OA系統(tǒng)完成全面無紙化辦公、課堂考勤的記錄則采用智能考勤助手完成考勤工作記錄等。從而在傳統(tǒng)校園的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)能極大拓展校園時(shí)空維度的信息空間，其目的是提升傳統(tǒng)校園的效率、擴(kuò)展更多的功能、極大地方便師生教學(xué)和學(xué)習(xí)工作等。

基于這種理念構(gòu)建的校園信息化管理平臺(tái)，能加速數(shù)據(jù)輸入、檢索和分析，提高管理效率，也能降低管理成本。職業(yè)院校通過智慧職教能有效提高學(xué)生的成才期望值，培養(yǎng)更高素質(zhì)的人才^[2]。本文設(shè)計(jì)智慧職教中學(xué)生考勤助手功能，利用人臉識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙定位技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)一套適合考勤的智能考勤助手系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)采用^[3]人臉識(shí)別技術(shù)、本地藍(lán)牙實(shí)時(shí)定位技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等結(jié)合，有效突破以往人工考勤、微信考勤、Wi-Fi熱點(diǎn)考勤和GPS（基站）定位等考勤方式不準(zhǔn)確、容易被破解以及容易作弊等問題，讓職業(yè)院校的考勤工作更容易、更精準(zhǔn)、更高效。

2.1 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用很廣泛：包括監(jiān)控布控，例如實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)多路攝像機(jī)對(duì)數(shù)十萬布控對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別和報(bào)警提示;公安照片搜索系統(tǒng)，例如采用人臉識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)快速人臉檢索查找，充分體現(xiàn)科技強(qiáng)警的威力;門禁出入，優(yōu)勢(shì)在于非接觸操作而且直觀方便，便于事后查驗(yàn);身份識(shí)別，例如考場(chǎng)考生身份識(shí)別系統(tǒng)、公安局罪犯積分系統(tǒng)、學(xué)生考勤等。本系統(tǒng)利用了人臉識(shí)別技術(shù)^[4]來完成考勤工作。

系統(tǒng)中首先建立起所有學(xué)生的人臉數(shù)據(jù)庫(kù)，采集學(xué)生的人臉圖像，并將這些人臉分類標(biāo)號(hào)保存。然后利用手機(jī)攝像頭采集學(xué)生的人臉圖像，用來進(jìn)行模型訓(xùn)練以及系統(tǒng)的人臉預(yù)測(cè)。由于用手機(jī)攝像頭采集的人臉圖像存在很多問題，為提升識(shí)別正確率，利用尺度歸一化、圖像灰度化、灰度變換、圖像增強(qiáng)、圖像降噪等圖像處理算法進(jìn)行圖像預(yù)處理。

系統(tǒng)采用OpenCV^[5]算法來完成人臉識(shí)別，其中人臉特征提取和特征描述是人臉識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)。特征提取是指將圖像中人臉信息提取出來，判斷每個(gè)人臉的點(diǎn)是否屬于同一個(gè)人臉特征。其結(jié)果是把人臉上的點(diǎn)分為不同的子集，特征的好壞對(duì)泛化性能有至關(guān)重要的影響。然后通過訓(xùn)練不斷調(diào)整模型參數(shù)使得人臉針對(duì)模型達(dá)到最小誤差。

在進(jìn)行人臉識(shí)別時(shí)，實(shí)際上就是將待識(shí)別的人臉特征和數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的人臉特征模板進(jìn)行匹配，也即對(duì)人臉的身份信息進(jìn)行判斷，當(dāng)匹配度超過設(shè)定的閾值時(shí)，則可以認(rèn)為識(shí)別成功。本系統(tǒng)采用OpenCV中的Local Binary Pattern Histogram（LBPH）算法來完成人臉識(shí)別。

LBPH^[6]算法將檢測(cè)到的人臉分為一個(gè)個(gè)小單元，然后和已保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)小單元進(jìn)行比較，并對(duì)每個(gè)區(qū)域匹配值產(chǎn)生一個(gè)直方圖。其中predict（）函數(shù)返回包含兩個(gè)元素的數(shù)組：所識(shí)別個(gè)體的標(biāo)簽、信度評(píng)分。再設(shè)定一個(gè)置信度評(píng)分閾值用來判斷所識(shí)別的人臉的匹配度，如果為0則表示完全匹配。

2.2 本地藍(lán)牙實(shí)時(shí)定位技術(shù)

藍(lán)牙通信是一種短距離、低功耗的無線傳輸技術(shù)，目前在智能手機(jī)上應(yīng)用廣泛，基本上每臺(tái)智能手機(jī)都會(huì)有藍(lán)牙模塊。本系統(tǒng)采用可移動(dòng)的藍(lán)牙終端設(shè)備作為藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)并確保該接入點(diǎn)為主設(shè)備，然后將此局域網(wǎng)配置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，再通過檢測(cè)藍(lán)牙信號(hào)的強(qiáng)度來進(jìn)行用戶位置信息的判斷。因此，只要此可移動(dòng)的藍(lán)牙終端設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷。這種藍(lán)牙定位基于信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)指示RSSI定位原理，利用手機(jī)的藍(lán)牙定位，借助藍(lán)牙Beacon就可以實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位系統(tǒng)由手機(jī)終端、藍(lán)牙Beacon節(jié)點(diǎn)、藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)、無線局域網(wǎng)及后端數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成。具體做法是：由紀(jì)律委員隨身攜帶藍(lán)牙終端設(shè)備作為藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)帶入教室，并已完成設(shè)置Beacon和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)，然后在教室區(qū)域內(nèi)當(dāng)學(xué)生手機(jī)進(jìn)入Beacon信號(hào)覆蓋范圍后，手機(jī)就能感應(yīng)到Beacon的廣播信號(hào)，再測(cè)算出在某Beacon下的RSSI值通過藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)經(jīng)過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳送到后端數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過服務(wù)器內(nèi)置的定位算法測(cè)算出終端的具體位置。

而由紀(jì)律委員帶入教室的終端側(cè)定位系統(tǒng)事先已配置完畢，它由終端設(shè)備和Beacon組成，定位原理為：在教室里開啟終端以后，也即在教室區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)藍(lán)牙信標(biāo)，Beacon不斷向周圍廣播信號(hào)和數(shù)據(jù)包，學(xué)生攜帶手機(jī)進(jìn)入Beacon信號(hào)覆蓋的范圍，測(cè)出其在不同基站下的RSSI值，再通過手機(jī)內(nèi)置的定位算法測(cè)算出具體位置。

實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙定位以后，確保學(xué)生進(jìn)入教室，而為了防止由他人帶別人手機(jī)作弊，再根據(jù)人臉識(shí)別進(jìn)行考勤。兩大技術(shù)同時(shí)應(yīng)用，可以確保考勤的準(zhǔn)確率，并有效防止學(xué)生作弊，避免人工考勤的主觀性。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)最后完成的功能包括：課堂簽到、考勤統(tǒng)計(jì)、線上請(qǐng)假和活動(dòng)簽到。對(duì)于考勤統(tǒng)計(jì)，本系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，采用Echarts可視化，對(duì)考勤數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并以大屏方式進(jìn)行展示，如圖1所示。

對(duì)于課堂簽到、線上請(qǐng)假和活動(dòng)簽到，則可以通過公眾號(hào)或者小程序、APP等來進(jìn)行，學(xué)生只需打開公眾號(hào)或者小程序、APP其中的一種就可以完成簽到、請(qǐng)假等操作;教師則可以查看簽到情況、修改簽到情況、發(fā)起簽到等，實(shí)時(shí)掌握并管理課堂的考勤情況。如圖2所示為系統(tǒng)APP界面。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)通過人臉識(shí)別技術(shù)、本地藍(lán)牙實(shí)時(shí)定位技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能的考勤系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，教師不必再在課堂上專門花時(shí)間來進(jìn)行考勤工作，不必專門為學(xué)生的遲到、曠課和早退操心，只需隨時(shí)開啟考勤，學(xué)生即可在指定時(shí)間數(shù)秒完成，將課堂回歸到教學(xué)的功能，有效提高上課率。紀(jì)律委員也不必記錄班級(jí)上課考勤情況，特別是在有人情的時(shí)候有的紀(jì)律委員還不好應(yīng)對(duì)，一切以系統(tǒng)公平應(yīng)對(duì)，紀(jì)律委員的職責(zé)重心可以放在提醒、監(jiān)督以及攜帶設(shè)備上。而學(xué)生也由于系統(tǒng)的管理，會(huì)自覺上課，有效提高自身學(xué)習(xí)成績(jī)。

本系統(tǒng)的使用能有效提高各職業(yè)院校的上課率，進(jìn)而能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，促使學(xué)生努力學(xué)習(xí)，早日成長(zhǎng)為有用的人才。未來本系統(tǒng)還將繼續(xù)擴(kuò)展，以適應(yīng)更多需要利用考勤數(shù)據(jù)的場(chǎng)景，結(jié)合智慧職教促進(jìn)職業(yè)院校的智慧管理。

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