基于人脸识别和蓝牙定位的智能考勤助手的设计

邵辉

摘 要：针对当前考勤工作中存在的时效性不强、工作复杂、记录麻烦、修改查询工作繁杂等情况，本系统提出并设计了一种基于人脸识别技术和本地蓝牙实时定位技术的智能考勤助手，它通过纪律委员携带的蓝牙终端模块完成学生在教室范围内的定位，加上人脸识别辨识学生身份来完成学生的课堂考勤，有效地减轻了课堂考勤工作。本系统实施简单、方便、快捷，并且能够对数据及时进行电子化保存，为后续的考勤记录的查询、修改打下了很好的基础，可以实现快速检索、修改等功能。本系统的实施是智慧职教的重要组成部分，为职业院校的智慧管理提供了一种智慧考勤的管理方法。

关键词：智慧职教 考勤 人脸识别 蓝牙定位 大数据

文献标识码：A 中图分类号：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

当前所有高校上课或多或少都会开展考勤工作，一般考勤工作由教师或者纪律委员来负责实施，通常此种考勤工作为人工进行，纸质记录或者之后再进行人工电子表格输入记录。因此当前的考勤工作主要依靠教师或者纪律委员对工作认真负责的态度以及学生自律，一旦教师或者纪律委员敷衍了事、学生故意采取多种手段欺骗均有可能导致出现错误的考勤记录。另外，因为人工考勤的记录需要由各位教师或者纪律委员按期上报，还需要针对是否请假等情况进行核实认定，如此才能真正对考勤情况进行公示。因此人工考勤时效性不强，必须等待一段时间才能知道结果。此外，人工考勤因为大多为纸质记录，所以在存储记录、查询记录、修改记录等方面都存在一定的困难。

目前很多高校都在推行智慧职教的建设工作，也取得了很多成绩。依据智慧职教的思维，本文基于人脸识别技术和蓝牙定位技术设计了一个智能考勤助手系统，提供给教师和学生使用，这样不仅能帮助教师或者纪律委员直接快速地完成考勤工作，也方便学生使用，对于各种请假、考勤变更、考勤记录查询等工作都能更容易地进行，从而极大地提高了学校的上课率，并保证教学的实施。

1 智慧职教

随着5G网络的建设和开展，智慧职教已经在各职业院校兴起。智慧职教^[1]利用现在发达的因特网为基础，采用最先进的数字化技术和软件等，实现校园的全面数字化。例如，在教学方面采用智慧课堂来完成教学任务、在实训方面采用智慧云实训平台实施线上线下一体化实训教学任务、在教学办公方面采用OA系统完成全面无纸化办公、课堂考勤的记录则采用智能考勤助手完成考勤工作记录等。从而在傳统校园的基础上构建一个能极大拓展校园时空维度的信息空间，其目的是提升传统校园的效率、扩展更多的功能、极大地方便师生教学和学习工作等。

基于这种理念构建的校园信息化管理平台，能加速数据输入、检索和分析，提高管理效率，也能降低管理成本。职业院校通过智慧职教能有效提高学生的成才期望值，培养更高素质的人才^[2]。本文设计智慧职教中学生考勤助手功能，利用人脸识别技术、蓝牙定位技术和大数据技术开发一套适合考勤的智能考勤助手系统。

2 系统关键技术

本系统采用^[3]人脸识别技术、本地蓝牙实时定位技术和大数据技术等结合，有效突破以往人工考勤、微信考勤、Wi-Fi热点考勤和GPS（基站）定位等考勤方式不准确、容易被破解以及容易作弊等问题，让职业院校的考勤工作更容易、更精准、更高效。

2.1 人脸识别技术

人脸识别技术应用很广泛：包括监控布控，例如实时实现多路摄像机对数十万布控对象的现场识别和报警提示;公安照片搜索系统，例如采用人脸识别算法实现快速人脸检索查找，充分体现科技强警的威力;门禁出入，优势在于非接触操作而且直观方便，便于事后查验;身份识别，例如考场考生身份识别系统、公安局罪犯积分系统、学生考勤等。本系统利用了人脸识别技术^[4]来完成考勤工作。

系统中首先建立起所有学生的人脸数据库，采集学生的人脸图像，并将这些人脸分类标号保存。然后利用手机摄像头采集学生的人脸图像，用来进行模型训练以及系统的人脸预测。由于用手机摄像头采集的人脸图像存在很多问题，为提升识别正确率，利用尺度归一化、图像灰度化、灰度变换、图像增强、图像降噪等图像处理算法进行图像预处理。

系统采用OpenCV^[5]算法来完成人脸识别，其中人脸特征提取和特征描述是人脸识别的关键技术。特征提取是指将图像中人脸信息提取出来，判断每个人脸的点是否属于同一个人脸特征。其结果是把人脸上的点分为不同的子集，特征的好坏对泛化性能有至关重要的影响。然后通过训练不断调整模型参数使得人脸针对模型达到最小误差。

在进行人脸识别时，实际上就是将待识别的人脸特征和数据库中存储的人脸特征模板进行匹配，也即对人脸的身份信息进行判断，当匹配度超過设定的阈值时，则可以认为识别成功。本系统采用OpenCV中的Local Binary Pattern Histogram（LBPH）算法来完成人脸识别。

LBPH^[6]算法将检测到的人脸分为一个个小单元，然后和已保存在数据库中的相应小单元进行比较，并对每个区域匹配值产生一个直方图。其中predict（）函数返回包含两个元素的数组：所识别个体的标签、信度评分。再设定一个置信度评分阈值用来判断所识别的人脸的匹配度，如果为0则表示完全匹配。

2.2 本地蓝牙实时定位技术

蓝牙通信是一种短距离、低功耗的无线传输技术，目前在智能手机上应用广泛，基本上每台智能手机都会有蓝牙模块。本系统采用可移动的蓝牙终端设备作为蓝牙局域网接入点并确保该接入点为主设备，然后将此局域网配置成基于多用户的基础网络连接模式，再通过检测蓝牙信号的强度来进行用户位置信息的判断。因此，只要此可移动的蓝牙终端设备的蓝牙功能开启，定位系统就能够对其进行位置判断。这种蓝牙定位基于信号场强指示RSSI定位原理，利用手机的蓝牙定位，借助蓝牙Beacon就可以实现。

系统中网络侧定位系统由手机终端、蓝牙Beacon节点、蓝牙网关、无线局域网及后端数据服务器构成。具体做法是：由纪律委员随身携带蓝牙终端设备作为蓝牙局域网接入点带入教室，并已完成设置Beacon和蓝牙网关，然后在教室区域内当学生手机进入Beacon信号覆盖范围后，手机就能感应到Beacon的广播信号，再测算出在某Beacon下的RSSI值通过蓝牙网关经过Wi-Fi网络传送到后端数据服务器，通过服务器内置的定位算法测算出终端的具体位置。

而由纪律委员带入教室的终端侧定位系统事先已配置完毕，它由终端设备和Beacon组成，定位原理为：在教室里开启终端以后，也即在教室区域内铺设蓝牙信标，Beacon不断向周围广播信号和数据包，学生携带手机进入Beacon信号覆盖的范围，测出其在不同基站下的RSSI值，再通过手机内置的定位算法测算出具体位置。

实现蓝牙定位以后，确保学生进入教室，而为了防止由他人带别人手机作弊，再根据人脸识别进行考勤。两大技术同时应用，可以确保考勤的准确率，并有效防止学生作弊，避免人工考勤的主观性。

3 系统实现

本系统最后完成的功能包括：课堂签到、考勤统计、线上请假和活动签到。对于考勤统计，本系统通过大数据技术，采用Echarts可视化，对考勤数据进行实时监控，并以大屏方式进行展示，如图1所示。

对于课堂签到、线上请假和活动签到，则可以通过公众号或者小程序、APP等来进行，学生只需打开公众号或者小程序、APP其中的一种就可以完成签到、请假等操作;教师则可以查看签到情况、修改签到情况、发起签到等，实时掌握并管理课堂的考勤情况。如图2所示为系统APP界面。

4 结语

本系统通过人脸识别技术、本地蓝牙实时定位技术和大数据技术等实现了一个智能的考勤系统。通过本系统，教师不必再在课堂上专门花时间来进行考勤工作，不必专门为学生的迟到、旷课和早退操心，只需随时开启考勤，学生即可在指定时间数秒完成，将课堂回归到教学的功能，有效提高上课率。纪律委员也不必记录班级上课考勤情况，特别是在有人情的时候有的纪律委员还不好应对，一切以系统公平应对，纪律委员的职责重心可以放在提醒、监督以及携带设备上。而学生也由于系统的管理，会自觉上课，有效提高自身学习成绩。

本系统的使用能有效提高各职业院校的上课率，进而能提高学生的学习成绩，促使学生努力学习，早日成长为有用的人才。未来本系统还将继续扩展，以适应更多需要利用考勤数据的场景，结合智慧职教促进职业院校的智慧管理。

参考文献

[1] 李春华.“543融创拓”智慧职教模式构建研究[J].中国职业技术教育，2020（28）：89-92.

[2] 胡伏湘.基于大数据的智慧职教——内涵、平台设计与应用[J].中国职业技术教育，2017（3）：85-91.

[3] 董佳慧，陈蕾，杨凯，等.基于OpenCV的学生人脸识别签到系统[J].电脑知识与技术：经验技巧，2021，17（4）：179-180.

[4] 朱艳.基于OpenCV的人脸快速定位系统[J].数码世界，2020（4）：13.

[5] 刘星星，王烁烁，徐丽明，等.基于OpenCV的动态葡萄干色泽实时识别[J].农业工程学报，2019，35（23）：177-184.

[6] 夏格馨，李芳.基于人脸识别的课堂考勤系统的设计算法研究[J].信息与电脑，2021，33（13）：162-164.