基于人工智能的網線導通測試在線考核系統的設計

韓 聰 陳 寅 劉曉宇 郭莉敏

（江蘇農林職業技術學院信息工程學院，江蘇 句容212400）

《網絡綜合布線技術》是高職高專計算機應用技術專業、通信應用技術專業的主干課程，是一門實踐性很強的專業基礎課程，旨在培養學生具備網絡工程施工中傳輸介質布線及網絡連接件的端接和網絡布線系統的測試能力[1]。其中網線制作是該課程所需掌握的重要技能點之一，也是考核的重點之一。目前網線水晶頭制作考核方式通常比較傳統，學生在考試時間內現場進行制作后，教師一一通過肉眼觀察水晶頭的壓線線序是否正確，并借助網線測試儀來測試1，2，3，4，5，6，7，8 中成對雙絞線的導通性[2]。

近年來，隨著互聯網技術的發展，教育的方式逐漸步入信息化、智能化，越來越多的高校使用在線考試系統[3-4]。在線考試系統的發展已經經歷了一段較長的時間，能夠代替教師的部分工作，提高教學的效率。但目前大部分在線考試系統只能滿足于基礎的理論知識的考核，還沒有有效的方法實現實踐操作的考核。隨著AI 技術的發展，人工神經網絡促進了圖像識別技術的發展, 圖像識別技術得以廣泛應用, 例如在車牌識別、人臉識別、物體檢測等方面[5]。本文結合圖像識別技術，設計出一種基于人工智能的網線導通測試在線考試系統，擬解決傳統考核方式如下問題：a.完全依賴教師現場進行考核，教師需要用肉眼觀察以及測試儀進行手工測試，工作量大且考核效率比較低；b.考試過程沒有存證，考核結果依賴教師的主觀判斷，可能會導致誤判且無法溯源；c.考試時間集中，學生無法自主選擇考試時間，更無法實現多次考核獲得考試成績。

1 系統設計

1.1 系統結構

如圖1 所示，在線考核系統包括：考試預約系統1，用于教師創建網線水晶頭制作考試，學生預約考試時間；答題裝置2，設置于考場座位上，用于考生獲取試題并執行答題；人臉識別裝置3，設置于考場座位電腦顯示器上并與答題裝置2 相連，用于對考生身份信息確認；網線測試儀4，設置于考場座位上，用于考生在制作完網線之后插入進行測試，測試是否導通并通過指示信號燈反饋測試結果；視頻監控裝置5，設置于考場座位上方，用于對整個考試過程進行錄像并保存；圖像識別裝置6，與視頻監控裝置5 連接，用于對視頻監控裝置5 捕獲的圖像進行識別，根據網線測試儀4 的亮燈狀態以及訓練好的模型判定網線制作是否合格（如圖1）。

1.2 網線導通判定方法

1.2.1 模型訓練

圖1 系統結構

正式考試前，需要訓練好基于圖像識別的分類模型。首先，收集一定數量的網線測試儀指示信號燈不同亮滅狀態的圖片，包括針對測試儀主設備的9 類：主設備無led 燈亮、主設備第1 個led 燈亮、主設備第2 個led 燈亮，…，主設備第8 個led 燈亮，以及針對從設備的9 類：測試儀從設備無led 燈亮、從設備第1 個led 燈亮、從設備第2 個led 燈亮，…，從設備第8 個led 燈亮。其次，將上述18類圖片做好標記，并按照一定的比例（比如10：1）分為訓練集、驗證集。最后，將訓練集圖片上傳到圖2 所示的百度提供的EasyDL 人工智能分類模型中進行訓練，并用驗證集的圖片進行驗證，當驗證集的正確率達到一定的精度（比如：99.95%）以上停止訓練。

圖2 百度EasyDL圖像分類模型

1.2.2 結果判定

考試結束后，利用圖像識別裝置截取考試系統中學生網線測試開始時間- 測試結束時間范圍內的視頻，并對視頻進行圖像抽幀，從而將視頻數據轉換成圖像數據。將轉換后的圖像數據上傳到訓練好的人工智能分類模型中進行分類，如果分類結果中，主、從設備均存在第1，2，3，4，5，6，7，8 個led 燈亮分類的圖片，則判定該生的本次網線制作考核合格；如果主設備或從設備的第1，2，3，4，5，6，7，8 個led 燈亮分類中有一個或者多個不存在，則判定網線制作考核不合格。

2 硬件設計

2.1 服務器

考試預約系統1 的軟件搭建在網絡上的服務器，可以是公共網絡上的服務器，比如阿里云服務器，也可以是局域網內的服務器，比如校內網的服務器。

2.2 答題裝置

答題裝置2，即機房中答題臺式機，通過網線連接到交換機，交換機所在的網絡可以訪問考試預約系統1，即答題臺式機和考試預約系統1 可以通過網絡進行交互。

2.3 人臉識別裝置

人臉識別裝置3，安裝在答題臺式機顯示器上方，通過USB 接口接入電腦主機，考生打開電腦登錄網頁后，需要通過人臉識別才能查看到試卷開始考試。人臉識別裝置3 可以采用百度度目C1 鏡頭模組實現。

2.4 網線測試儀

網線測試儀4，安裝在考試座位上，單機工作，有主、從設備，支持測試RJ45 端口，用于對雙絞線1，2，3，4，5，6，7，8 線對逐根（對）測試，并可區分判定哪一根（對）錯線，短路和開路。網線測試儀4 可以使用諾可信NKX-801 網線測試儀。插入RJ45 水晶頭后，測試儀主從設備上的led 指示燈逐個順序閃亮，當接線不通時，相應指示燈不亮。

2.5 視頻監控裝置

視頻監控裝置5，安裝在考試座位上方的位置，用于拍攝座位上考生的動作、操作過程，視頻監控裝置5 通過網線連接到上述交換機，實現與圖像識別裝置6 相連，將視頻數據傳遞給圖像識別裝置6 進行處理。視頻監控裝置5 可以采用百度度目抓拍機VH01 實現。

2.6 圖像識別裝置

圖像識別裝置6，通過交換機與視頻監控裝置5 相連，可以讀取視頻數據，并將視頻進行保存。圖像識別裝置6 可以是一臺單獨的普通計算機，也可以使用考試預約系統所在的服務器來實現，這樣考試預約系統所在服務器實現考試預約、視頻數據存儲和圖像識別。

3 在線考核流程

利用上述在線考試系統進行網線導通測試考核的基本流程如圖3 所示，具體流程如下：

3.1 教師在自主預約的考試系統中創建網線水晶頭制作考試，選擇好可以參加考試的學生，考試的時間段后進行考試發布。

3.2 學生在接收到考試系統發布的考試消息后，自主預約考試時間，獲得考場號以及座位號。

3.3 考試開考前5 分鐘，學生到達指定的考場以及指定的座位號，打開考試系統網頁，通過座位上電腦上方的人臉識別裝置進行身份驗證，身份驗證通過即可進入考試頁面。

3.4 考試時間到了以后，學生點擊開始考試按鍵，獲得相應的考卷進行考試。同時，視頻監控裝置開始工作，將學生的整個考試過程進行錄像并保存。

3.5 錄像過程中，考試系統實時檢測分析學生的考試行為，出現異常情況（例如：出現其他學生替考、考試過程中與其他人交流）時進行記錄并且消息發送給教師。教師通過視頻回看可以界定學生是否存在作弊行為，如果學生存在作弊行為，則保留此記錄并認定此次考試成績無效；如果是系統誤判，則消除作弊記錄，考試成績有效。

3.6 網線水晶頭制作完成后，學生將水晶頭兩端分別插入到考試座位上的網線測試儀主從設備，開啟測試儀的test 鍵進行測試，將測試儀的主、從設備亮燈面分別對準視頻監控攝像頭，開始測試，系統記錄測試開始時間，攝像頭并對測試儀主從設備的工作狀態即led 燈的亮滅狀態分別進行錄像。待測試結束后，關閉測試儀，點擊考試頁面的關閉測試按鈕記錄測試結束始時間。

3.7 測試完成后，學生提交考卷，考試系統截取測試開始時間-測試結束時間范圍內的視頻，并進行圖像抽幀，利用人工智能識別模型，對上述抽幀后的圖像進行分類。

3.8 學生在考試結束半天后，可以查詢考試結果，如果對系統判定的結果存在異議，可以通過申請復核選項，教師在收到復核請求后，回看測試視頻，人工給定最終的考試結果。

3.9 考試未通過的學生，可以在考試有效時間內進行再次預約，重復步驟3.2-3.8。

圖3 在線考核流程

4 結論

目前，上述基于人工智能的網線導通測試在線考試系統及方法已申請發明專利并且已公開，系統亦在開發中，本人以及指導教師均參與了此項目前期設計與開發。該系統的實現將提高網線導通測試考核的效率，為本院師生帶來便利。系統通過人工智能圖像識別技術即可評價給定考試結果，降低對教師的依賴性；且考試過程通過視頻監控攝像頭進行錄像并存證，可以對學生考試行為進行有效監測，并且可以對系統誤判進行溯源；與學生而言，可以自主選擇考試時間，并且可以選擇多次考試獲得考試成績，避免了傳統考試“一考定終身”的弊端。