智能無人監考考試系統設計與研究

李川

摘要：針對考試過程中人力、教室等資源的緊缺，考試時間不靈活等問題，在應用智能化在線考試系統、人臉識別、指紋識別、智能手環、數字視頻監控等技術的基礎上、提出一種智能無人監考考試系統模型。該系統通過指紋識別技術確認考生身份、通過智能化在線考試系統隨時考試、通過人臉識別及智能手環進行考試監控。使用該系統，可以節約資源，提高效率，同時保證了考試的公平公正性。

關鍵詞：OJ；人臉識別；指紋識別；智能手環

中圖分類號：TP312 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0193-03

Abstract：In view of the shortage of resources such as manpower and classrooms during the examination process， and the examination time is not flexible， based on the application of intelligent online judge system， face recognition， fingerprint recognition， smart bracelet， digital video surveillance and other technologies， an intelligent unsupervised exam system model is proposed . The system recognizes the identity of candidates through fingerprint recognition technology， tests at any time through the intelligent online judge system， and conducts examinations through face recognition and smart bracelets. Using this system can save resources， improve efficiency， and ensure the fairness and impartiality of the test.

Key words：OJ； Face recognition； fingerprint recognition； smart bracelet

考試是評估學生知識掌握程度及教師教學效果的重要指標，目前大部分考試方式為筆試，傳統的筆試考試方式組織實施簡單，但也存在試卷保密安全隱患、過程煩瑣、人為因素干預較多、耗費資源較多的問題[1]。隨著中國教育現代化的發展，傳統筆試形式急需改革，無紙化的智能考試系統是高等教育考試發展的必然趨勢。智能考試系統采用計算機自動組卷、閱卷的方式 ，保障了考試的公平性和安全性。自動組卷、自動閱卷系統現階段已有比較成熟的系統，但在考試運行過程中考試監督也是一個重要環節，而現階段一般的智能考試系統還需要人工監考，這不僅浪費了人力資源和物質資源，而且不能隨時考試。如何實現無人監考且能保證考試質量成為智能考試系統中一個重要問題。

在傳統考試過程中，也有過無人監考的考試，一般都是利用考生的誠信素養來保證考試的公平公正性，這種模式在學生整體素養較高的情況下有一定的可行性，但實際上，班級學生素養水平參差不齊，傳統的無人監考模式是很難實施的[2]。

現階段有人提出把人臉識別技術運用在考試當中，解決考試監督問題。一個視頻采集設備只能跟蹤一個人，但一般考試都是多個人同時考，這種模式需要多個視頻采集設備追蹤不同的對象，這顯然不合理，且幾乎無法實現。

針對以上問題，本文提出一種基于人體生物特征識別技術、智能監控技術、物聯網技術、信息處理技術等技術的一種智能無人監考考試系統，可實現無人監考且能保證考試質量。

使用本系統 ，考生可以隨時到考場參加考試，從而將一些考生生病、與其他課程考試沖突等因素造成的問題簡單化解，而且也解決了大考時教室資源緊缺的問題。

1 智能無人監考考試系統研究

1.1指紋識別技術

指紋識別技術是利用計算機技術來進行指紋識別的一種方法。指紋識別相對于其他生物特征鑒別技術（語音識別、虹膜識別等），具有高可靠性，低差錯率等優點，已經成為一種理想的身份認證技術，應用面十分廣泛[3]。

指紋識別技術主要包括指紋采集技術和指紋識別技術。人體指紋是終生不變的且每個人的指紋具有唯一性。指紋識別系統根據指紋的基本特征對指紋圖案進行劃分包括BasicRidgePattern、CoreArea、PatternArea、Delta、RidgeCount等，對每一部分分別進行識別，另外再通過局部特征的識別進行唯一性確認。一般局部特征識別是通過紋線端點和分叉點這兩類特征識別，因其在指紋中出現的概率大、固定不變、容易獲取且具有唯一性[4]。

1.2人臉識別技術

人臉識別技術就是根據給定圖像通過計算機技術進行身份識別的技術，是一門綜合性應用技術，涵蓋了信號處理、圖像處理、模式識別等多種技術[5]。人臉識別一般過程為給定一個靜止或視頻圖像（也可以是真人），利用人臉數據庫中的數據對比給定圖像中的人是否存在。人臉識別技術的主要包括五點內容，如表1所示。

以上五點內容在建立人臉識別系統時至少要包括人臉檢測、人臉表征及人臉鑒別三部分，人臉識別的主要過程如圖1所示。

人臉識別的工作流程具體步驟如下：

（1）視頻采集處理程序對給定圖像進行圖像采集。

（2）人臉檢測，從采集到的圖像中檢測定位人臉，去背景圖像信息僅保留人臉圖像部分。

（3）對人臉圖像進行歸一化操作，再進行人臉特征提取。

（4）人臉識別，根據人臉表征進行人臉鑒別。

1.3智能手環

智能手環是一種隨身穿戴的智能設備，可以提供很多日常服務的功能[7]，常見的功能如下：

（1）震動喚醒，智能手環內置了震動組件，可以通過該功能設置時鐘振動喚醒用戶。

（2）記錄睡眠，通過用戶在睡前和醒后的操作，記錄睡眠數據。

（3）監測運動，根據人體生物運動特征記錄用戶每天行走的步數。

（4）記錄膳食，根據用戶用餐記錄分析攝入能量。

（5）心率測量，檢測用戶即時心率。

（6）其他功能，除了以上基本功能以外，智能手環內置傳感器可以實現對動作的偵測、內置的軟件系統同樣也可以提供更多功能，內置的GPS連接器，可以隨時準確定位。

1.4 智能化OJ系統

OJ系統指的是基于Web的在線考試系統，其主要功能包括[8]：

學生端的主要功能：

個人登錄：考生可通過輸入學號、姓名登錄考試系統，通過科目選擇進行相關考試；

信息修改：考生可以在該系統修改個人信息；

試卷生成：該系統能夠通過考生選擇的科目進行試卷的隨機生成，并在考生進行考試時將考卷全屏顯示；

考試計時：實現考試倒計時。在時間結束之前，考生可自行提交考卷，若時間結束，考生仍未完成作答，將自動提交試卷；

答案核對：在試卷提交之后，系統將進行自動閱卷，并給出相應的分數；

成績查詢：考生可登錄系統查看個人以往所有考試成績、排名及成績等級。

管理員端的主要功能包括：

試卷的隨機生成：通過訪問數據庫，根據課程隨機生成試卷；

用戶管理：可對考生的信息進行添加、修改、刪除等操作；

考生信息導入：可通過導入Excel表格錄入考生名單，在特殊情況下，也支持手動錄入；

成績導出：將考生的考試成績可以按不同系別、科目、班級進行導出，完成成績單打印工作；

成績分析：通過考生的最終成績，給出等級劃分；

考卷的二次評判：教師可以通過成績單來調取考生試卷，修改試卷評分，防止系統錯判、誤判，并修改最終成績，實現在線考試系統的人性化設計。

2 智能無人監考考試系統設計

智能無人監考考試系統，包括身份認證單元、信號屏蔽單元、視頻監控單元、過程監控單元、廣播單元、處理單元，其結構如圖2所示。

其中，身份認證單元包括指紋識別模塊和人臉識別模塊，身份認證單元用于識別考試身份。每次考試將考生信息及考試安排等信息錄入考試模塊中，考生在自己所參加考試開始時間前30分鐘期間，通過人臉識別或指紋識別驗證身份，通過處理單元判定身份合法后，方可進入考場。身份不合法強行進入考場者，無法進行考試。

信號屏蔽單元用于屏蔽考場內移動設備的信號，對應的信號屏蔽模塊可以屏蔽各種移動通信運營商的手機信號。

視頻監控單元用于考場情況監督，開始考試5分鐘后，在線考試管理系統按預定的座位統計登錄考試人員，視頻監控模塊統計考場實際考試人員，如發現有考試系統中的統計與視頻監控中的統計不符，立即向不符的桌面發送警告，并將警告信息發送給廣播單元。另外，視頻監控還用于考試過程中違紀作弊監控。

過程監控單元用于考試過程監督，考試中，每位考生佩戴智能手環，當智能手環離開人體超過30秒，考試管理系統向考生桌面發送警告消息，若在1分鐘內還未佩戴，記為違紀，考試系統自動結束該考生考試。考試采用單人單桌，間距超過50厘米，若在開始過程中，智能手環檢測到該考生距離考試機超過50厘米的時間超過1分鐘，考試系統向該考試機發送警告消息，發出警告后1分鐘考生還未歸位，自動結束該考生，并記為違紀。

廣播單元用于考場的廣播通知，其中，警告模塊用于處理單元向違紀考生發出違紀廣播通知，考試指令模塊用于處理單元向考場發送考試指令。

處理單元用于各種數據信息的處理，對應的考試模塊用于制定考試試卷、統一開考、統一結束考試、自動評分等，處理模塊用于各模塊之間的信息收發、處理等。

3 實施測試

參見圖2，智能無人監考考試系統，包括身份認證單元、信號屏蔽單元、視頻監控單元、過程監控單元、廣播單元、處理單元。

身份認證單元中指紋識別模塊可以使用帶網絡或wifi功能的指紋打卡考勤機，人臉識別模塊可以使用人臉識別考勤機，或者整個身份認證單元采用指紋人臉混合識別考勤機。

信號屏蔽單元中的信號屏蔽模塊可以使用手機信號屏蔽器 ，可以屏蔽2g+3g+4g+wifi信號。

視頻監控單元中的網絡視頻監控模塊可以使用具有人臉識別功能的智能網絡攝像系統。

過程監督單元中的智能手環模塊可以使用帶藍牙、GPS定位的智能手環。

廣播單元中的警告模塊和考試指令模塊可以通過處理模塊將消息通過考場廣播播放。

處理單元中的考試模塊可以是在線考試系統，包括隨機組卷、安排座位、分發試卷、結束考試、自動評分等功能；處理模塊可以是一部分處理程序，包括各單元之間的通信、消息收發等功能。

4 結語

1）使用本系統，考生可以隨時到考場參加考試，從而將一些考生生病、與其他課程考試沖突等因素造成的問題簡單化解，而且也解決了大考時教室資源緊缺的問題。

2）節省了人工監控資源，一般期末大考，教師面臨監考、閱卷、日常工作等多重工作任務，省去監考這項工作，可以極大地減輕教師工作壓力。

3）保證了考試的公平公正性，人工監考人為因素難以控制，智能無人監考系統排除了人為因素，可確保考試的公平公正。

參考文獻

[1] 張華華.計算機化考試與中國教育評估[J].心理學探新，2013，33（5）：387-391.

[2] 楊穎秀.高校發揮育人功能的認識誤區與努力空間[J].黑龍江高教研究，2018，36（6）：62-64.

[3] 李翠華，蘇秀英，詹金蘭，等.指紋識別在新型學籍管理系統中的應用[J].廈門大學學報（自然科學版），2010，49（2）：181-185.

[4] 顧陳磊，劉宇航，聶澤東，等.指紋識別技術發展現狀[J].中國生物醫學工程學報，2017，36（4）：470-482.

[5] 鄒國鋒，傅桂霞，李海濤，等.多姿態人臉識別綜述[J].模式識別與人工智能，2015，28（7）：613-625.

[6] 蘇煜，山世光，陳熙霖，等.基于全局和局部特征集成的人臉識別[J].軟件學報，2010，21（8）：1849-1862.

[7] 畢曉東.2014“嵌入式技術及應用高峰論壇”成功舉辦[J].電子技術應用，2014，40（11）：7.

[8] Lei Liu，Hui Shi，Rui Zhai. The Design and Implementation of Online Exam System[J]. Applied Mechanics and Materials，2014，3634（687）： 2506-2509.

【通聯編輯：唐一東】