自助式學籍注冊及身份識別系統開發

摘要：作者針對目前高校學籍注冊采用人工處理方式帶來的勞動強度大、數據不精確、耗時長等問題，設計了一種自助式學籍注冊及身份識別系統，并運用于實例。該系統讓學生自己在機器上進行學籍注冊、學生證蓋章等操作，并通過指紋識別、圖像采集的方式驗證學生實際在校與否，在減輕管理人員工作壓力的同時實現了學籍管理的智能化、精準化，提高了高校教務與學籍管理的水平和質量。

關鍵詞：學籍注冊；身份識別；指紋識別；自助服務

中圖分類號：G473 文獻標識碼：B 論文編號：1674-2117（2018）18-0070-04

● 引言

學籍管理一直是高校學生管理的重要工作，事關每個學生的切身利益和高校的社會形象。由于高等教育管理的對象都是大學生，他們已具有獨立的人生觀、價值觀和行為方式，加之高校教育的靈活性，高校很難采用像中學教育一樣的集中管理模式，大部分采用以學生自主管理為主的松散式的學籍管理制度。[1]而其中學籍注冊是學生管理的基本手段，也是高校進行學生管理的硬性要求。目前大多數高校學籍注冊還是采取人工的方式，即每學期以班級為單位上交學生證件，統一蓋章后再下發。注冊的流程簡單且易實現，但存在如下問題：①隨著高校在校生規模的擴大，以人工的手段進行學籍注冊往往耗時較長，而學生證屬于證明學生身份的法定文件，不在身邊往往會帶來很多麻煩，且存在遺失風險。②以上交證件作為學生在校的依據力度不足，容易產生制度隱患，學校往往也無法獲取準確的在校人數。因此，設計一個既能減輕注冊工作人員壓力，又能準確反映實際在校人數的學籍注冊及身份采集系統有著重要的意義。

● 總體設計原則

1.自助式

減輕人工處理的策略無非有兩類：一是自動化處理，二是任務分解。自助式服務較好地融合了此兩類策略，一方面采用自動化手段滿足服務需求，另一方面讓每個人參與服務過程，分解服務任務。[2-3]學生通過自助式學籍注冊系統完成學籍注冊和學生證注冊蓋章，既方便了自己，也減輕了管理人員的工作壓力，提高了服務質量。

2.精確性

傳統的學籍注冊手段無法準確判斷學生實際在校與否，注冊過程也流于形式，只是“為注冊而注冊”。自助式學籍注冊系統設計了身份采集和判斷模塊，通過對學生指紋的采集和判斷，較好地解決了“證到人不到”的現象，同時，采集的指紋信息可以為學生宿舍管理、學生身份識別等其他管理工作提供基礎數據。

3.易用性

學籍注冊往往集中在學期初始的一段時間內進行，有爆發性和集中性的特點，加之自助式服務實行7×24服務，對系統的易用性提出了很高的要求。具有要求包括：①簡便性。注冊操作應充分考慮用戶習慣，在確保信息錄入完整的前提下盡量簡化注冊流程，確保注冊工作快速準確完成。②健壯性。自助式系統長時間處于無人工管理的狀態，要求具有較高的健壯性，系統從硬件和軟件兩方面進行可靠性設計，盡量避免非正常情況下的輸入，確保系統穩定可靠。

● 流程設計

合理的注冊流程是系統得以流暢運轉的關鍵，流程采取單向式設計，學生完整操作完一個步驟后才可以進入下一步驟，一方面保持業務簡潔，防止復雜邏輯錯誤，另一方面保證信息完整和可靠，防止斷電等極端情況下的數據丟失。整個業務流程如圖1所示。

注冊整體流程分為四步：第一步為學生持校園卡刷卡登錄學籍注冊系統，登錄成功后實時開啟攝像頭進行實時信息采集，確保整個注冊過程信息情景回溯再現。第二步是身份證識別，系統通過讀取身份證信息，與學籍數據庫中身份證信息進行對比判斷是不是在校生，如為否則中止注冊操作。第三步為指紋判斷，學生根據提示將指定的手指放置在指紋儀上，系統對采集到的指紋信息進行比對，如果是初次注冊則進行指紋采集，非初次采集則與系統存儲的指紋進行比對，判斷是否為本人操作。第四步為放置學生證并蓋章，學生根據屏幕提示將學生證按照要求放置在指定位置，系統根據操作人的年級信息調用相應的打印模板完成注冊章的打印。打印完畢后攝像關閉存儲，自動退出注冊系統完成注冊。

● 關鍵技術

1.非接觸IC卡閱讀技術

身份證識別采用非接觸式IC卡閱讀技術，其工作原理為將電容器CR與閱讀器的天線線圈并聯，形成諧振頻率與閱讀器發射頻率相符的并聯振蕩回路，產生供遠距離應答器工作所需要的場強（如圖2）。卡片在一定距離范圍（一般為5cm左右）靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數據的讀寫操作。[4]二代居民身份證采用TYPEB非接觸式IC卡，該卡型遵循ISO/IEC14443國際標準，采用異步、NRZ編碼，通過用10% ASK傳送，與一代TYPEA卡型相比具有更高的安全性，通信速率更高，抗干擾能力強。結合非接觸的閱讀方式，具有以下優點：①穩定性強。防止插卡、卡損壞而導致的各種故障。②自動分辨。防止卡片之間的干擾，可以同時讀取多張卡片。③速率快。理論在10cm范圍內即可讀卡，響應時間在1秒以內，可以應付大規模長時間的讀卡操作。

2.指紋采集與判別技術

指紋由遺傳和環境因素共同決定，與每個人的身體密切相關，重復率極低，且終生不變，易于采集，因此指紋可以視為人體的身份證。隨著科學技術的發展，指紋識別的運用已經非常普遍，目前比較成熟的指紋識別技術有光學、電容和超聲波三類。[5-6]三者各有特點，主要指標對比見下頁表1。綜合各項指標對比，本系統采用電容式指紋采集和識別方案，傳感器上電容極板與手指皮膚接觸后，通過極板與指紋之間的距離不同，產生不同的電容值，再以標準電流放電，這樣突起部分因為電容量高，則放電慢，凹進部分電容量低，則放電快，不同的放電率轉化為數字圖像，形成完整的指紋。

指紋判別是影響注冊過程速率和成功率的關鍵，目前成熟的指紋判別技術是基于細節特征點的識別技術，本系統采用的是美國聯邦調查局（FBI）提出的細節點坐標模型，將指紋判別轉為點模式匹配，具體的過程為：①提取特征點。以3×3窗口提取每根指紋線的端點和分叉點。②細節點生成。將提取的特征點存儲為細節點。③節點判別。通過采集的指紋細節點與存儲的細節點進行圖像匹配，判別指紋。一般一個清晰的指紋可以提取的細節點有40至100個，匹配范圍設定為65%，即兩個點集有65%特征點一致則視為匹配成功。

3.實時監控技術

自助服務終端受軟件、網絡、線路等影響可能出現服務響應不及時等情況，而自助服務始終處于無人值守狀態，因此需要設計一個穩定有效的實時監控機制來捕捉每一臺自助終端機器的狀態，從而建立快速便捷的服務反饋機制。[7-8]本系統結合校園網絡，采用分布式管理方式，若干終端通過校園網與主服務器聯通，通過主動和被動兩種方式對終端機器的狀態進行捕捉，并設定信息反饋的時間閾值，調用告警平臺對超過閾值仍無響應的終端機器進行報警，報警的方式有短信和電子郵件兩種。同時，系統預留了用戶反饋功能，一旦發現系統異常或錯誤，學生可以主動反饋相關信息，使后臺管理員能第一時間收到信息并進行處理。

● 應用實例

南京林業大學于2014年12月開始設計開發“在校生學籍注冊自助系統”，系統于2015年4月正式上線，系統配置如表2。

考慮到自助服務的穩定性和體積要求，主機選擇一體化工業平板電腦，無風扇靜音，支持24小時不間斷運行，觸摸屏采用22英寸大屏電容屏，透光率>78%，觸摸次數>3500萬次，工作溫度為零下10攝氏度至60攝氏度，能夠適應嚴苛的外部環境。整個終端置于一體化的不銹鋼機柜中，僅留有身份證識別、學生證打印及電源等必要的槽口，最大限度地對機器進行保護。軟件開發工具采用Microsoft visual studio 2010，打印模板由Microsoft office二次開發技術設計生成，管理員可以隨時進行調整。

系統采用向導式界面，學生依據屏幕提示依次點擊相應的功能項，按照次序完成整個注冊過程，功能順序不可回溯，必須完成所有注冊步驟后才可以進行學生證注冊打印。且每位學生只有一次證件注冊打印機會，不可重復打印。經實際運行，新生注冊（指紋采集）從登錄到證件打印完成，人均耗時25s，老生注冊（指紋識別）人均耗時50s，實際在兩臺機器同時運行的情況下，2015級部分新生（2013名）的學籍注冊耗時兩周，三周內完成2014級2228名老生（部分）注冊，老生指紋識別失敗15人，誤判率低于0.8%。耗時過長主要是由于機器數遠遠不能滿足需要，大多數學生時間消耗在排隊等候中。

● 存在的問題及展望

自助式學籍注冊和身份識別系統讓學籍管理更加智能，帶來了更高的效率和準確性，但目前還存在以下問題：①成本高，難以大規模推廣。由于系統集成了PC機、身份證識別器、指紋識別、針式打印機及攝像頭等眾多設備及定制機柜，使得整機價格難以下調，有礙于大規模推廣。②使用周期短，目前系統實現的是學籍注冊功能，一般來說只在學期初開展工作，其他時間處于閑置狀態，造成一定的資源浪費和增加管理成本。針對以上問題，可從以下三個方面進行改進：①結合單片機控制技術，將整體技術遷移至單片機上進行硬件開發，降低機柜體積，減少成本。②結合已有的教務自助打印系統，將學籍注冊的功能遷移到教務自助打印系統中，實現一機多用，節約資源和成本。③調整政策，如實行放寬學籍注冊時限、新生進校即采集指紋等策略，緩解注冊壓力，加快注冊過程。

參考文獻：

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