智慧校園背景下人臉識(shí)別平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用

楊宏偉 杜彬 劉淑梅 滕建

摘? ?要：人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)了智慧校園建設(shè)。基于人工智能技術(shù)的人臉識(shí)別應(yīng)用結(jié)合活體檢測(cè)在智慧教學(xué)環(huán)境、管理、服務(wù)以及信息化安全保障中發(fā)揮了重要作用。文章總結(jié)了人臉識(shí)別技術(shù)在高校的應(yīng)用場(chǎng)景，探究了人臉識(shí)別平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，詳述了人臉識(shí)別技術(shù)在校園中的智慧應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智慧校園;人臉識(shí)別;人臉迎新;公安核驗(yàn);數(shù)據(jù)共享

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）11-0080-03

一、引言

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)的迅速發(fā)展，智能時(shí)代已悄然到來(lái)。2018年國(guó)家教育部及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委出臺(tái)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》[1]及《智慧校園總體框架》政策及標(biāo)準(zhǔn)。各高校深入思考和全面開(kāi)展教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃，大力實(shí)施和提升智慧校園建設(shè)。[2]在技術(shù)和應(yīng)用方面，高校大力推進(jìn)大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用，把先進(jìn)的技術(shù)融合到校園基礎(chǔ)設(shè)施、智慧教學(xué)環(huán)境、資源、管理、服務(wù)以及信息化安全保障系統(tǒng)等高校智慧校園的方方面面，全面提高科研和教學(xué)的質(zhì)量和服務(wù)水平。[3]基于人臉識(shí)別的智慧教學(xué)、智慧簽到、智慧安防、智慧門禁、身份認(rèn)證等應(yīng)用是智慧校園的主要建設(shè)內(nèi)容之一。

“刷臉”作為師生接受度最高、最自然、最直觀的可視化生物識(shí)別技術(shù)，與智慧校園融合構(gòu)成的智慧應(yīng)用，為校園師生的生活、工作管理和學(xué)習(xí)帶來(lái)高效、安全與便利。

二、智慧校園人臉識(shí)別的現(xiàn)狀

人臉識(shí)別技術(shù)隨著硬件運(yùn)算速度的提升，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本的降低，云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，加快了應(yīng)用的步伐。[4]人臉識(shí)別技術(shù)在智慧校園的具體應(yīng)用可以概括為下面幾點(diǎn)。

（1）身份核驗(yàn)：通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)人臉活體檢測(cè)、身份證識(shí)別和人臉對(duì)比，并將這些算法靈活組合以完成基于人臉的師生實(shí)名認(rèn)證，抵御各種作弊行為，確保師生是“真人”且為“本人”。

（2）閘機(jī)通行：將人臉識(shí)別功能集成到閘機(jī)中，快速錄入人臉信息，師生“刷臉”通行，可以解決師生進(jìn)行刷卡消費(fèi)、進(jìn)入宿舍等操作時(shí)，校園卡忘帶、丟失以及被盜等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)校園多場(chǎng)景門禁通行。

（3）校園安防：結(jié)合人臉識(shí)別技術(shù)，監(jiān)控校園人流密集的場(chǎng)合，完成對(duì)人流的自動(dòng)識(shí)別和追蹤，同時(shí)標(biāo)記存在安全隱患的行為及區(qū)域，并發(fā)出告警提醒，加強(qiáng)場(chǎng)所的安全管理，降低人工監(jiān)督成本。

（4）人臉考勤：包括移動(dòng)考勤、攝像頭無(wú)感知考勤、一體機(jī)考勤等方式。通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)準(zhǔn)確識(shí)別簽到學(xué)生身份，實(shí)現(xiàn)1秒內(nèi)快速認(rèn)證，有效防止學(xué)生在上課或考試時(shí)出現(xiàn)代打卡等作弊行為。

（5）人臉教學(xué)：是通過(guò)捕捉學(xué)生上課學(xué)習(xí)的表情姿態(tài)視頻并進(jìn)行分析，判斷知識(shí)點(diǎn)教學(xué)效果的實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)，輔助教師動(dòng)態(tài)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)方式或進(jìn)度。[5]

筆者作為學(xué)校信息化建設(shè)參與者，結(jié)合學(xué)校自身實(shí)際工作需求，對(duì)人臉識(shí)別平臺(tái)的具體建設(shè)內(nèi)容和智慧應(yīng)用加以闡述。

三、人臉識(shí)別平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

1.人員管理功能

平臺(tái)把管理的人員分為校內(nèi)和校外兩大類。校內(nèi)人員數(shù)據(jù)來(lái)自學(xué)校數(shù)據(jù)共享中心，平臺(tái)通過(guò)對(duì)接數(shù)據(jù)共享中心從中獲取學(xué)校的組織架構(gòu)和全校師生的基本信息，如學(xué)號(hào)、姓名、所在部門、學(xué)生學(xué)籍等，并實(shí)現(xiàn)人員信息自動(dòng)更新。平臺(tái)還提供了校外人員訪客體系，對(duì)校外人員的增加、編輯、導(dǎo)入進(jìn)行分類管理及有效期設(shè)置，對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行人臉識(shí)別應(yīng)用，提供組織架構(gòu)、設(shè)定標(biāo)簽、成員等靈活的人員選擇方式。如對(duì)學(xué)校組織架構(gòu)下所選擇的特定部門及人員設(shè)定靜態(tài)標(biāo)簽，對(duì)滿足自定義字段篩選條件的人員設(shè)定動(dòng)態(tài)標(biāo)簽，進(jìn)而使用這些標(biāo)簽完成基于人臉識(shí)別的活動(dòng)簽到、考勤等智慧應(yīng)用。

2.人臉管理功能

人臉管理由采集和識(shí)別兩部分組成。平臺(tái)調(diào)用百度提供的離線采集SDK，集成了人臉檢測(cè)、人臉追蹤、人臉采集等功能，從而快速獲取高質(zhì)量人臉圖片并配合API接口，高效搭建基于人臉識(shí)別的各種應(yīng)用場(chǎng)景。在人臉采集中，設(shè)計(jì)了精細(xì)的參數(shù)設(shè)置界面，用來(lái)調(diào)整人臉采集的精準(zhǔn)度。為了師生使用方便，平臺(tái)與企業(yè)微信進(jìn)行了對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了師生通過(guò)手機(jī)自主采集人臉照片，支持一個(gè)人多張人臉圖像，同時(shí)支持照片人工審核，并在照片采集過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了不審核、人工審核、公安審核幾種不同照片采集的處理邏輯。平臺(tái)通過(guò)離線識(shí)別SDK，實(shí)現(xiàn)對(duì)身份證照片、現(xiàn)場(chǎng)拍攝的真人照片、生活照片、準(zhǔn)考證照片等各類采集照片進(jìn)行1∶1人臉驗(yàn)證（或稱人臉對(duì)比），判斷同一人兩張照片信息的真實(shí)性。支持（1∶N）人臉查找和人臉識(shí)別能力，即從人臉圖庫(kù)中找到與當(dāng)前人臉相符合的圖像，并進(jìn)行匹配，判讀出“我是誰(shuí)”。公安核驗(yàn)是指通過(guò)調(diào)用公安人臉核驗(yàn)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的各類照片或抓拍獲取的照片與身份證小圖的核驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)人證統(tǒng)一的自動(dòng)核驗(yàn)。

對(duì)每個(gè)使用者進(jìn)行人臉比對(duì)、人臉識(shí)別、公安核驗(yàn)等操作后，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了結(jié)果信息比對(duì)。對(duì)比對(duì)結(jié)果錯(cuò)誤的人員，通過(guò)添加人員白名單及配置相應(yīng)的人臉識(shí)別閾值參數(shù)，處理非本人的照片被誤識(shí)別或本人照片識(shí)別度低的情況。

3.物聯(lián)及小應(yīng)用管理功能

本功能模塊通過(guò)對(duì)采集終端設(shè)備的管理和使用實(shí)現(xiàn)了智能簽到、智能通行和智能考勤等。①智能簽到實(shí)現(xiàn)了在會(huì)議或活動(dòng)中的“刷臉”簽到管理。管理員先在平臺(tái)建立會(huì)議或活動(dòng)標(biāo)簽，配置采集終端設(shè)備號(hào)、簽到時(shí)間范圍，設(shè)置會(huì)議或活動(dòng)組織者和參加人員。然后參加人員在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)移動(dòng)采集終端進(jìn)行簽到。同時(shí)平臺(tái)通過(guò)與企業(yè)微信對(duì)接，會(huì)議組織者在移動(dòng)端實(shí)時(shí)查看參加會(huì)議或活動(dòng)的人員簽到情況并通過(guò)郵箱導(dǎo)出具體人員簽到信息。②智能通行實(shí)現(xiàn)了某時(shí)間、出或入某個(gè)閘機(jī)的師生信息記錄，并通過(guò)企業(yè)微信推送給本人和班級(jí)輔導(dǎo)員或?qū)W生導(dǎo)師。③智能考勤實(shí)現(xiàn)了學(xué)生“刷臉”進(jìn)行公安核驗(yàn)并簽到的考試場(chǎng)景。本模塊不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能通行、智能簽到和智能考勤的通行、簽到，對(duì)考勤人員的學(xué)工號(hào)、姓名進(jìn)行“刷臉”的詳細(xì)記錄，還通過(guò)和數(shù)據(jù)中心對(duì)接，進(jìn)一步在統(tǒng)計(jì)結(jié)果中展示了詳細(xì)的人員身份、人員類型、組織單位等信息。

本模塊專門為學(xué)校的迎新工作設(shè)計(jì)了迎新大屏。將新生報(bào)到數(shù)據(jù)以餅狀圖、柱狀圖和曲線圖等多種展現(xiàn)方式投放到迎新數(shù)字大屏。圖表以不同維度直觀顯示新生報(bào)到信息，如總體報(bào)到率、各時(shí)段報(bào)到率、生源地分布、各學(xué)院報(bào)到率、各學(xué)院性別分布、留學(xué)生和港澳臺(tái)新生情況等，供迎新現(xiàn)場(chǎng)師生在線查看。

4.接口管理功能

平臺(tái)能夠支持向全校其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)放API接口。接口請(qǐng)求方式統(tǒng)一使用application/json請(qǐng)求。提供的接口包括師生管理、人臉拍照、人臉采集、人臉識(shí)別、圖像識(shí)別、簽到管理、考勤管理、通行管理等應(yīng)用。為了安全訪問(wèn)接口，通過(guò)后臺(tái)配置服務(wù)器訪問(wèn)權(quán)限，設(shè)置接口訪問(wèn)權(quán)限及調(diào)用人員范圍。為進(jìn)一步保證接口運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)了日志安全審核，管理員從后臺(tái)能夠查看每個(gè)應(yīng)用的照片下發(fā)情況，成功失敗數(shù)量、失敗原因;能夠監(jiān)控全校與平臺(tái)相關(guān)接口的使用支撐情況及相關(guān)統(tǒng)計(jì)，包括調(diào)用量、失敗量、失敗率、服務(wù)應(yīng)用數(shù)等;能夠查詢每個(gè)應(yīng)用調(diào)用該接口的具體數(shù)據(jù)。

四、人臉識(shí)別平臺(tái)應(yīng)用

1.迎新

針對(duì)迎新需求，利用人臉采集功能獲取新生照片并在企業(yè)微信中加入照片采集功能鏈接，以便新生在移動(dòng)端更容易拍攝和上傳照片。平臺(tái)給新生提供制作一寸和二寸的標(biāo)準(zhǔn)照片應(yīng)用，以方便新生制作標(biāo)準(zhǔn)照片并上傳。為了更準(zhǔn)確識(shí)別新生身份，使用公安核驗(yàn)對(duì)采集的新生照片進(jìn)行身份識(shí)別。新生現(xiàn)場(chǎng)報(bào)到時(shí)，使用核驗(yàn)后的照片與現(xiàn)場(chǎng)拍攝的人臉照片比對(duì)，這樣不僅加快了原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)人工身份識(shí)別報(bào)到的速度，還更精確地識(shí)別了學(xué)生的身份，保證了線上和線下注冊(cè)環(huán)節(jié)的順利與安全。

在報(bào)到現(xiàn)場(chǎng)，人臉識(shí)別設(shè)備識(shí)別出新生的學(xué)號(hào)信息，確認(rèn)報(bào)到后，通過(guò)迎新大屏對(duì)新生報(bào)到情況進(jìn)行多維度的分析和展現(xiàn)。為了方便新生輔導(dǎo)員及時(shí)掌握所帶學(xué)生報(bào)到情況，同時(shí)與企業(yè)微信對(duì)接，為各職能部門、新生輔導(dǎo)員分配了查詢統(tǒng)計(jì)新生報(bào)到數(shù)據(jù)的權(quán)限。輔導(dǎo)員在移動(dòng)端同步查看所帶班級(jí)各類新生已報(bào)到和未報(bào)到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、每個(gè)新生具體報(bào)到信息等。將新生所關(guān)心的數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)端進(jìn)行個(gè)性化展示，比如新生中最小年齡、最高身高、男女生比率、同生日、十二星座等個(gè)性化數(shù)據(jù)。人臉識(shí)別平臺(tái)提高了新生現(xiàn)場(chǎng)報(bào)到效率，讓新生更深切體驗(yàn)到大數(shù)據(jù)、人工智能在身邊的應(yīng)用。

2.研究生復(fù)試

因受疫情影響，研究生復(fù)試采用遠(yuǎn)程視頻面試。人臉識(shí)別平臺(tái)設(shè)計(jì)了四個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)新生核驗(yàn)。①系統(tǒng)登錄授權(quán)，平臺(tái)對(duì)接校內(nèi)統(tǒng)一認(rèn)證，采用單點(diǎn)方式登錄，并根據(jù)學(xué)院建立權(quán)限組，把復(fù)試教師放入各權(quán)限組，做到分部門管理核實(shí)研究生新生身份。②照片核驗(yàn)，學(xué)院負(fù)責(zé)人確認(rèn)學(xué)生名單后，將姓名、身份證號(hào)導(dǎo)入平臺(tái)。在面試時(shí)，選擇所核驗(yàn)的新生并將視頻截屏照片傳入平臺(tái)中，進(jìn)行公安核驗(yàn)。③核驗(yàn)結(jié)果記錄，完成核驗(yàn)后，平臺(tái)直接反饋核驗(yàn)結(jié)果，告知核驗(yàn)負(fù)責(zé)人員人證比對(duì)結(jié)果，并記錄本次核驗(yàn)記錄。對(duì)個(gè)別未通過(guò)的照片可明確反饋核驗(yàn)失敗原因。④照片比對(duì)，針對(duì)公安接口比對(duì)核驗(yàn)失敗的學(xué)生，可通過(guò)報(bào)名照片與視頻截屏照片進(jìn)行比對(duì)。平臺(tái)為基于公安人臉核驗(yàn)的研究生線上復(fù)試錄取工作提供了有力支撐，并被其他高校所借鑒。

3.身份識(shí)別

基于人臉識(shí)別直接、友好、方便的特點(diǎn)，統(tǒng)一身份認(rèn)證中心對(duì)接人臉識(shí)別平臺(tái)，為師生提供了最容易被接受的生物特征認(rèn)證方式。實(shí)現(xiàn)了兩種人臉識(shí)別接口，分別是公安認(rèn)證接口與人臉比對(duì)接口。在師生進(jìn)行人臉識(shí)別時(shí)，若人臉識(shí)別平臺(tái)中已有此人人臉信息，則身份認(rèn)證中心采集人臉后與平臺(tái)中的人臉信息進(jìn)行比對(duì);若平臺(tái)中無(wú)此人人臉信息，則身份認(rèn)證中心使用采集的人臉信息、居民身份證號(hào)和姓名調(diào)用公安接口進(jìn)行人臉核驗(yàn)。若人臉核驗(yàn)通過(guò)，則本次核驗(yàn)所采集的人臉信息自動(dòng)存儲(chǔ)至人臉識(shí)別平臺(tái)，用于后續(xù)人臉核驗(yàn)的人臉比對(duì)，這種方案可大大降低人臉核驗(yàn)使用成本，有效應(yīng)對(duì)了大多數(shù)人臉識(shí)別使用場(chǎng)景下的“冷啟動(dòng)”問(wèn)題。

針對(duì)教務(wù)處、研究生院和招生辦提出的身份比對(duì)需求，學(xué)校信息辦和招生辦設(shè)計(jì)了身份識(shí)別流程：結(jié)合平臺(tái)提供的人臉照片管理、人臉對(duì)比和公安核驗(yàn)功能，先手工對(duì)新生準(zhǔn)考證照片進(jìn)行公安核驗(yàn)，然后導(dǎo)入人臉識(shí)別平臺(tái)，在新生報(bào)到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)簽到設(shè)備進(jìn)行活體檢測(cè)和人臉比對(duì)，從而高效率地幫助招生辦完成新生準(zhǔn)考證照片、身份證、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)到三重身份的身份識(shí)別。教務(wù)處和研究生院通過(guò)人臉比對(duì)中的批量比對(duì)功能，快速準(zhǔn)確地對(duì)入學(xué)照片和畢業(yè)照片進(jìn)行“本人”比對(duì)，極大提高了管理工作效率。

五、結(jié)語(yǔ)

人臉識(shí)別技術(shù)具備便捷性、全面性、真實(shí)性等特點(diǎn)，近幾年在高校的智慧校園項(xiàng)目中廣泛使用。本研究結(jié)合學(xué)校自身智慧校園建設(shè)，詳細(xì)描述了人臉識(shí)別平臺(tái)的具體建設(shè)內(nèi)容及其在提高校園工作和安全管理效率方面的智慧應(yīng)用。在建設(shè)和應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)的同時(shí)，還要建立完善的個(gè)人信息安全保護(hù)措施，讓師生成為高校“刷臉”新風(fēng)潮的真正受益者。

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（編輯：王天鵬）