基于人脸识别技术的高校考勤系统设计

孔国利， 许绘香

(郑州工程技术学院 信息工程学院，河南 郑州 450044)

随着大学生规模的不断壮大，大学原有的很多管理制度和教育理念，已越来越难以适应新形势的需要。大学生课堂考勤制度是课堂教学顺利开展的一项重要保障，是培养大学生良好的纪律意识、学习风气、意志品质和良好学习习惯的一项重要保障，同时也是及时了解课堂教学效果的一个重要途径。本文尝试对这些困扰进行分析，并提出了相应的解决途径。

1 人脸识别考勤系统的意义

考勤在学校里使用的主要目的是让学生按时上课、按时学习。通过考勤统计，学校可以了解各个班级的班风班貌，可以有效管理学生的上课情况，提升学生上课的效果，形成良好的上课氛围，老师和学生在一个良好的氛围内上课，上课效果和听课效果会有一个明显的提升，从而对教学也是一种促进。当前，社会上已应用的方法有：运用Arduino和RFID(radio frequency identification)射频标签结合创建签到记录[1]；通过内置蓝牙智能芯片的学生校园卡标识签到[2]；通过扫描指纹判断GPS 定位是否在指定范围内，尽而判断出席还是缺席[3]；结合RFID 技术和人脸识别进行在场确认等[4]。人脸对比[5-6]原理与五官识别相似，是对人脸轮廓矢量坐标的标注，可用于人脸美化，人脸对比在校园中可以起到防止无关人员进入学校和学生逃学警报的作用，有效保护学生的校内安全。

2 系统设计思路

为了保证系统能够长期、安全、稳定、可靠、高效地运行，系统应该满足以下性能需求。

1)系统处理的准确性和及时性。在系统设计和开发过程中，要考虑系统当前和将来可能承受的工作量，使系统的处理能力和响应时间能够满足学校对信息处理的需求。

2)系统的开放性和系统的可扩充性。人脸识别系统在开发过程中，应该充分考虑以后的可扩充性。

3)系统的易用性和易维护性。人脸识别考勤是直接面对使用人员的，这就要求系统能够提供良好的用户接口，易用的人机交互界面。

4)系统的标准性。系统在设计开发使用过程中都要涉及很多计算机硬件、软件，所有这些都要符合标准。

5)系统的先进性。一方面，通过系统的开放性和可扩充性，不断改善系统的功能；另一方面，应在考虑成本的基础上，尽量采用当前主流并先进且有良好发展前途的产品。

6)系统的响应速度。教学管理系统在日常处理中的响应速度为秒级，达到实时要求，以及时反馈信息。在进行统计分析时，根据所需数据量的不同而从秒级到分钟级，原则是保证操作人员不会因为速度响应影响工作效率。

3 硬件规划

通过在数据中心上部署服务器的解决方案，在保护现网存储设备投资的情况下，帮助学校增加业务系统的可靠性，提升业务系统的整体性能，实现业务系统的连续性保障，满足业务系统未来5～10年的发展需求。本次采用在云服务上部署可扩展的数据库服务器及应用服务器各一台，硬件架构图如图1所示。

图1 人脸识别系统硬件系统架构图Fig.1 Hardware architecture diagram of face recognition system

4 软件设计

1)数据库采用开源免费的MYSQL与HaoSQL-MongoDB数据库相结合的方式。MYSQL的特点是可以处理拥有上千万条记录的大型数据库、支持常见的SQL(structured query language)语句规范、可移植性高，安装简单小巧，运行效率良好，有丰富信息的网络支持，调试、管理、优化操作简单。

2)应用服务器采用Tomcat，满足JAVAEE运行所需的环境，具备免费、开源、支持最新标准、更新快、跨平台等诸多优点，兼有可扩展性和安全性。

3)开发工具采用Eclipse,具备四大优点:一是从编写、查错、编译、帮助等方面为Java语言贴身定做；二是可无限扩展的强大插件功能；三是有众多公司和组织的全面支持；四是开放、自由、免费。

4)数据库建模采用PowerDesigner。可以方便地进行各种数据库的设计，只需ODBC(open database connectivity)支持；可快速建表、按照模版生成设计文档，模版可以自己设计。

5 功能规划

人脸识别系统功能包含5个主要功能：

1)组织机构设置；

2)教职学人员档案维护；

3)人脸设备采集识别；

4)统计分析；

5)综合查询。

6 数据库设计规划

针对人脸识别功能设计，后台数据库建模如图2所示。

7 系统实施

7.1 设备接口规范

接口根地址为http://设备 ip 地址:8090/ 接口形式,通过 HTTP 请求的方式对外提供服务。 接口安全：初次调用接口需要先设置设备密码，后续调用任何接口都需要传入设备密码作为接口安全校验秘钥。

接口通用返回说明：

public class ResultInfo {

private Int result;//表示接口是否调通，1 成功，0 失败，通常只要设备服务器能响应，该值就为 1

private Boolean success;//此次操作是否成功，成功为 true，失败为 false

private T data;//接口返回的业务数据，类型可为数值、字符串或集合等

private String msg;//接口返回的信息，通常是错误类型码的原因信息

}

result表示接口是否调通，1表示成功，0表示失败，通常只要设备服务器能响应，该值就为1；success表示操作是否成功，成功为 true，失败为 false

图2 人脸识别系统数据库建模图Fig.2 Face recognition system database modeling diagram

7.2 接口调用流程

设备初始无密码，调用所有接口都需要传入密码参数；在设置设备密码接口，newPass 和 oldPass 传入一样的值，即成为设备密码，照片注册成功后，该注册照片会保存在设备内；可通过照片查询接口获得人员注册照片 url，访问 url 的照片时，设备需连网在线，且客户端与设备处于同一网段。人脸识别成功后，会显示注册人员的姓名；若填写了卡号，可直接刷对应卡号的卡进行识别，识别成功后会显示与该卡号对应的注册人员姓名，若设置了回调地址，人员识别成功后会向回调地址POST字段 ip、personId、time(识别时间)、deviceKey和type：face/card_0/1；若设置了公网回调地址，识别时设备离线或设备连局域网，则设备连公网后识别记录会上传到公网回调地址。

8 人脸识别软件配置及应用

8.1 系统数据设置

通过系统管理界面登录后，选择部门管理进行组织机构设置、配置用户权限、增加用户、为用户添加角色等事项。

8.2 基础数据设置

通过业务功能菜单对年级信息、专业信息、班级信息、实验室教室信息进行设置，如图3所示。

图3 人脸识别系统数据设置Fig.3 Face recognition system data settings

8.3 人脸识别设备管理、初始化

在考勤设备人脸识别设备管理中进行人脸设备的登记、注册、初始化、人脸注册等操作，如图4所示。

8.4 人脸识别

人脸识别数据的识别工作由系统自动完成，通过回调进行设备在线状况的监测、通过识别回调进行识别照片数据的记录等功能。

8.5 课程表设置

课程表设置功能为教务工作者提供高效的课程维护工具，可按照班级、教师、教室等不同角色维护课程信息，可以灵活配置相应的考勤策略，如图5所示。

图4 人脸识别设备管理Fig.4 Face recognition device management

图5 人脸识别课程设置Fig.5 Face recognition curriculum

8.6 数据查询与分析

系统提供了分析查询功能，可按照学生的各项信息进行综合查询；可按照学院、专业、班级、老师等维度进行分析。

9 应用展望

由于时间、环境等因素的限制，在照片识别准确度及识别效率方面要进一步提升和优化，系统中的模型还不够完善，还有很多深层次的分析尚待开发，系统数据的分析还需自动化、智能化[7]。有必要在这些方面作进一步研究，以更好地为决策提供支持，为工作的开展提供便利。