基于指紋識別技術的高校學生日常考勤系統

杜海舟，張 超，周 平，施政一，李永斌，殷衛紅

(上海電力學院a.計算機與信息工程學院，b.教務處，上海 200090)

在高校的教學和學生工作管理中，考勤是一項重要的內容.目前，教師對于上課考勤及學生考試的身份認證主要采用人工登記的方法.傳統的點名考勤方法存在許多弊端，比如:占用課堂時間、浪費教師精力，數據統計不方便，代替考勤等.有關部門對全校的考勤統計不但工作量大，容易出錯，而且不能及時公布學生當天的考勤情況.

在信息技術越來越發達的情況下，結合高校已有的校園網建設，運用生物識別技術、指紋識別設備、網絡軟件管理，開發基于指紋識別的學生日常考勤系統將會給教師的日常工作帶來很大的便利.

本考勤系統旨在為教師提供更加高效的處理考勤的方法，使得教學能夠比較順利地進行，不會再因為考勤等繁雜事務影響課堂教學，既減輕了教師工作量，也減少了對學生聽課的影響.

1 指紋識別技術

指紋識別屬于生物特征識別的一種，是通過采集指紋圖像進行匹配識別，確定或確認指紋所有人身份的生物特征識別技術.其基本原理是通過取像設備讀取指紋圖像，然后用計算機識別軟件提取指紋的特征數據，最后通過匹配算法獲得識別結果［1］.

相對于其他的生理特征，指紋的唯一性、不易丟失和終身不變等特點使指紋識別在國家安全、門禁系統、考勤制度、身份管理等領域起著鑒定和記錄身份的作用.因此，采用指紋識別技術進行身份驗證的系統安全可靠，它可以取代傳統的基于密碼、鑰匙和證件的安全系統.近年來，指紋識別技術的應用以爆炸性速度增長，如上海的社會保險指紋身份驗證系統和香港推行的具有指紋特征的電子身份證等.

指紋識別技術主要涉及指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、保存數據，以及特征值的比對與匹配等過程.

人們對自動指紋識別技術進行了大量研究，ISENOR DK等人提出了一種基于圖像對兩幅指紋進行匹配的方法［2］.HRECHAK A K等人運用結構匹配進行指紋識別［3］.目前最常用的方法是運用FBI細節點坐標模型進行細節匹配.它利用脊線末梢與脊線分叉點這兩個關鍵點作為特征來進行指紋識別.通過將特征點表示為點模式，自動指紋識別問題就轉化為點模式匹配(細節點匹配)問題.

指紋識別技術，主要用于個人身份鑒定，可廣泛用于考勤、門禁控制、PC登錄認證、私人數據安全、電子商務安全、網絡數據安全、身份證件、信用卡、機場安全檢查，以及刑事偵破與罪犯緝捕等.

目前，我國已推出新一代指紋考勤系統、滾動指紋采集系統等，并已得到一定程度的應用［4］.特別是指紋考勤系統，充分體現了現代先進的管理思想，不僅解決了出勤問題，也規范了上下班制度.考勤系統推向市場以來，在廣大用戶中產生了良好反響，認為指紋考勤制度的推行，不僅建立了良好的上下班秩序，而且樹立了先進的管理理念，解決了多年來采用其他考勤方式難以解決的問題，大大顯示了指紋考勤系統的威力及其優越性［5-8］.

2 高校指紋考勤系統的設計與實現

2.1 系統整體結構的設計

本指紋考勤系統基于Windows XP操作平臺，采用SQL Server 2005關系型數據庫系統，指紋采集終端采用深圳中控科技發展有限公司生產的U.are.U 4000型指紋儀套件及其提供的軟件開發包.基于指紋識別技術的高校學生日常考勤系統的整體結構如圖1所示.

圖1 高校指紋考勤結構

指紋采集儀通過USB接口與指紋登記終端和驗證控制臺相連，完成指紋的采集識別等工作.指紋登記終端從指紋儀獲得指紋并確定為對應學生的指紋保存模板后，傳送到應用服務器.驗證控制臺從應用服務器上讀取模板，從指紋儀獲得指紋并進行對比后顯示結果，最后將結果保存到應用服務器上.數據庫服務器除運行數據庫系統外，還保存了指紋儀配置信息、學生信息、指紋檔案、考勤數據等.Web服務器主要對系統管理各功能模塊進行管理、實現，以及應用.而考勤服務程序則運行在應用服務器上，在應用服務器中進行活體指紋與學生指紋庫的比對并根據自定義考勤規則生成考勤記錄.整個指紋考勤系統支持TCP/IP通信方式，通過校園網絡連接，方便查詢管理，使考勤管理自動化成為現實，真正實現了網絡化、無紙化考勤.其中，每個教室的指紋采集程序負責日常考勤時學生指紋的采集和驗證工作.具體的系統數據流程如圖2所示.

首先登錄系統并輸入管理員驗證信息，通過后對指紋設備進行初始化，并清除以前的注冊信息，保證硬件與軟件里的資料一致.當學生上、下課時將手指按在指紋儀上，指紋儀可以連續采集多幅指紋圖像，并將其中的兩幅作為正式的指紋圖像和備份，之后添加時間戳傳送到驗證控制臺，并進行1∶N的比對，以確定學生身份.成功后顯示學生的學號、姓名，再根據考勤時間和課程等信息，得到該學生的考勤結果并保存到應用服務器.如果比對失敗，則將指紋放入未識別指紋隊列中，待指紋隊列清空后，服務器再依次對未識別指紋隊列的指紋進行1∶1的比對.最后所有的統計信息將存入數據庫，教師可以將其導入至Excel表格中，也可以通過校園網直接將本次上課的出勤情況反映到教務處的考勤系統中，這樣可保證平時成績公平、準確、自動的生成，大大提高了考勤成績的準確性.

圖2 系統數據流程

2.2 系統主要功能

根據日常教師對課程出勤率的統計的實際需要，基于指紋識別技術的高校學生日常考勤系統，主要實現以下7個功能:一是根據每門課的上課時間、地點，在規定的時間內，例如課前15 min至上課之后5 min對本次課程的學生進行指紋考勤;二是將考勤情況分為出勤、遲到和曠課3類;三是為了防止出現逃課等情況，學生上課和下課的時候均需按指紋儀;四是將課程相關信息通過管理員權限錄入數據庫;五是系統能自動統計學生考勤信息，包括某一門課程某一天的考勤情況，以及某門課在某學期的考勤情況，并生成相應的圖表;六是所有考勤信息都可以導入至Excel表格，方便存檔記錄及打印;七是教師可以通過錄入系統，獲取所教課程的考勤信息及更為直觀的圖形統計分析，對教學工作及學生考試資格的判定有準確、可靠、公正的依據.此外，還可提供與高校教務系統的接口，并可根據課程情況自動生成較為公平、準確的平時成績.

根據系統的主要功能，將整個系統分為系統管理、用戶數據管理、考勤情況統計、管理員管理4個模塊，并根據登錄系統中不同用戶的權限來限制用戶對系統各個功能的使用權限.其具體模塊如圖3所示.

本系統用戶可分為兩類:一是系統管理員;二是任課教師.系統管理員主要負責系統數據庫適用對象信息的管理和錄入、課程考勤情況的統計及管理員的添加、刪除及修改密碼等操作.任課老師主要負責考勤工作，并享有查看自己所授課程學生考勤情況的操作權利.

圖3 系統模塊

2.3 系統主要模塊的實現

2.3.1 用戶登錄模塊

用戶登錄模塊的核心功能是在用戶登錄成功后，對登錄用戶的操作權限進行判斷，從而分配系統所提供給該用戶組權限操作的系統功能.

在數據庫的用戶列表中，系統權限分為兩類:權限值為“0”的是系統管理員權限，具備對數據庫進行操作并對所有用戶進行設置的權限;權限值為“1”的是任課教師的權限，具備登錄系統，進行一系列有關考勤事宜的操作，并包括查看最終考勤情況等權限.

2.3.2 指紋錄入模塊

指紋錄入模塊主要是通過指紋識別設備套件中軟件開發包的組件ZKFPEngX Control的觸發事件來進行錄入的.指紋設備初始化進入工作狀態(IsRegister=True)后，調用BeginEnroll使其處于登記指紋狀態，調用BeginCapture事件使識別設備處于指紋驗證狀態.

2.3.3 指紋考勤模塊

指紋驗證時，按壓手指后會觸發OnCapture事件和 OnCaptureToFile事件，此時通過調用VerFinger函數或IdentificationInFPCacheDB函數進行1∶1或1∶N的比對.若按壓手指的指紋模板質量不合格，則本次取像無效，需要重新按壓手指.當學生按壓指紋識別設備時，系統將把該學生的考勤信息顯示在界面上，并顯示一個代表考勤成功的笑臉圖像，笑臉會持續顯示5 s.當下一位學生考勤時，顯示的考勤基本信息也將隨之更改.當點擊關閉監聽按鈕，系統會彈出“監聽已關閉”提示信息，然后系統會自動在后臺將本次課程中沒有進行指紋考勤的學生視為曠課處理，最后將這些曠課信息添加到數據庫中.

2.3.4 考勤記錄統計模塊

考勤記錄統計模塊包括統計缺勤、遲到次數，以及將考勤數據導入至Excel等3個功能.其中，統計缺勤和遲到可通過查詢數據庫考勤記錄表得到.例如:當考勤記錄表中Status屬性值為“1”時，該記錄表示為“遲到”;當考勤記錄表中Status屬性值為“2”時，該記錄表示“曠課”;當考勤記錄表中Status屬性值為“0”時，該記錄表示“正常上課”.

2.3.5 學生信息管理模塊

學生信息管理模塊包含添加學生、刪除學生指紋，以及指紋錄入3個功能.添加學生是將學生信息逐個輸入或者批量導入;刪除指紋是將數據庫中指紋表的學生的指紋刪除，如果數據庫中沒有該學生指紋，系統將給出提示;指紋錄入就是將學生指紋錄入考勤系統數據庫.

3 結語

基于指紋識別技術的高校學生日常考勤系統已在上海電力學院2009級的兩個班級進行了試運行，各項性能指標均滿足要求.運行結果顯示，本方案所提供的指紋考勤系統無論在考勤速度還是在準確性上都達到了要求，各功能模塊也都能正常工作，為考核學生的平時成績提供了公平、準確的科學依據.另外，如何完善系統的統計分析功能還需作進一步的研究.

［1］JAIN A，LIN Hong，BOLLE R.On-line fingerprint verification［J］.IEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，1997(4):302-314.

［2］段少雄，田捷，李恒華.高效指紋考勤系統的研究與設計［J］.計算機工程，2003，29(9):37-38.

［3］周廣杰，范欽滿，趙志國.指紋點名系統在高校教學管理中的應用［J］.科教文匯，2009(27):64-65.

［4］張帆，楊凌云.高校網絡指紋考勤系統的設計與實現［J］.信息技術，2010(3):137-138.

［5］曹麗婷，楊榮，陳旌.自動指紋考勤管理系統設計［J］.計算機系統應用，2005(8):10-12.

［6］劉靈麗，李麗娟.指紋圖像預處理和特征提取［J］.計算機工程，2006，32(16):190-192.

［7］孫林森，吳小培，項明.一種有效的指紋圖像預處理方法［J］.計算機技術與發展，2009(2):133-136.

［8］童曉陽，王培林.基于復合生物識別的出入門禁系統設計與實現［J］.微電子學與計算機，2007(2):117-119.