基于生物識別技術(shù)的船員管理系統(tǒng)設計和應用

□ 吳坤陽

生物識別技術(shù)的應用歷史悠久，比如“簽字畫押”中涉及到的“按手印”、“筆跡”等身份認證方式已經(jīng)有幾千年的歷史。步入21世紀，由于智能移動終端的不斷更新迭代和普及，指紋識別、人臉識別等生物識別技術(shù)提供了更加安全便捷的用戶體驗，被越來越多的用戶所適應，逐步成為了傳統(tǒng)密碼或認證方式的替代，并作為首選登錄方式。

船員管理，是指對船員活動實施全方位的跟蹤和監(jiān)管，不僅是對船員的注冊、培訓、考試、發(fā)證以及船員適任能力、任解職監(jiān)督等方面的跟蹤管理，同時也涉及到船員教育培訓、服務機構(gòu)等方面的管理。船員管理的主體是船員，作為一個自然人，首先要做的就是身份的驗證識別。只有確定了真身，才能進行有效的管理。在船員管理過程中，引入生物識別技術(shù)，將從前的人工參與模式過渡到無感式管理模式，可以大大提高船員管理工作效率。

一、身份識別方式

1.傳統(tǒng)身份識別方式

傳統(tǒng)身份識別方式主要有兩種：一種是通過實物對個體的身份進行識別，如個人的身份證證件（護照）、鑰匙或智能卡等；另一種是通過事先商定的特定口令來驗證身份，如用戶名和密碼、暗號、驗證碼（圖）等。

傳統(tǒng)身份識別，主要是用戶在場情況下的面對面現(xiàn)場核實，這種方式有助于核實本人操作并確保本人意愿。但在互聯(lián)網(wǎng)背景下，這種方式的實現(xiàn)渠道比較單一，而且存在現(xiàn)場窗口不足、效率低下、服務不夠便捷以及存在暗箱操作、作弊等安全風險。同時，也由于需要借助于身體之外的物體，傳統(tǒng)的身份識別方式存在著主觀遺失、外部盜竊的風險，以及設置復雜，不便記憶、易于遺忘等缺點，容易造成個人信息泄露、身份失竊等，因此在身份識別方面存在諸多安全風險和安全隱患。

2.生物識別技術(shù)

生物識別技術(shù)，是利用生物個體自身擁有的、并且能夠唯一識別其身份的生理特征或者行為特征，將光學、聲學、生物傳感器等技術(shù)手段與計算機信息技術(shù)相結(jié)合，進行身份自動辨識或認證的數(shù)字化識別技術(shù)。生物識別系統(tǒng)一般由信息采集、信息數(shù)據(jù)庫、信息特征提取、信息匹配識別等部分組成。生物識別的過程一般通過以下兩個步驟來完成：一是“1對N”的對比辨認，即通過比對檢測對象特征與數(shù)據(jù)庫中預存的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來辨識身份；二是“1對1”的對比認證，即通過比對的被檢測對象與數(shù)據(jù)庫中預存的特定身份信息，以核定該對象是否是其所自稱的物。

相比于傳統(tǒng)的身份識別方式，生物識別技術(shù)具備識別特征穩(wěn)定、識別過程便捷以及不易造假等多方面的優(yōu)點，成為目前安全認證的首選，近年來在各個行業(yè)中獲得了普遍的贊譽和應用。常用于身份識別的生物特征，主要是因?qū)ο蟛煌哂歇毺夭町惖纳怼⒑停ɑ颍┬袨榈忍卣鳌Ｇ罢呷缛四槨⒅讣y、掌紋、虹膜等生理方面特征；后者如字跡、聲紋、步態(tài)等行為方面特征。雖然每一種生物特征都可以作為身份辨別的依據(jù)，但安全性與用戶體驗是衡量生物特征好壞的兩個主要參考指標。不同的生物特征識別技術(shù)在這兩個指標上都有所區(qū)別，各有側(cè)重（如圖1所示）。指紋和人臉是在這兩方面都表現(xiàn)比較均衡的，也是目前市場上應用最普遍的兩大生物識別技術(shù)。

圖1 不同生物特征的安全性和用戶體驗比較

二、生物識別技術(shù)應用范圍廣泛

近年來，隨著計算機信息技術(shù)的迅速發(fā)展、安全防范措施的不斷升級、設備性能的逐步提升，以及研究的不斷深入，生物識別技術(shù)的使用成本也不斷下降，實用性不斷增強，應用范圍也更廣。比如，在設備加密、金融支付、打卡考勤、出入境管控，以及對訪問受控用戶的辨認等方面應用廣泛。目前在設備訪問解鎖、金融移動支付領(lǐng)域，大家熟知的“指紋支付”、“刷臉支付”成為安全便捷的支付體驗。

作為目前生物識別技術(shù)的代表，人臉識別技術(shù)和指紋識別技術(shù)相比，人臉識別技術(shù)優(yōu)勢越來越明顯。人臉本身就已成為是各類身份證件（如居民身份證、護照、畢業(yè)證件、適任證書等）的辨識主體，這一因素使得一般人對人臉識別技術(shù)最易接受。另外，由于政府部門的人臉數(shù)據(jù)庫（指紋也有）已經(jīng)完善，人臉采集后將直接與官方人臉數(shù)據(jù)庫比對辨識，人臉將與個人身份直接關(guān)聯(lián)，可以免于用戶前期注冊。

基于人臉識別的身份驗證實現(xiàn)，是通過移動客戶端采集用戶的活體人臉信息，與數(shù)據(jù)庫原始證件照片進行比對檢測，然后使用人臉識別算法完成驗證服務，檢驗“活體人臉”、“身份證照片人臉”與“官方人臉數(shù)據(jù)庫”三者是否一致，從而達到“人證合一”校驗的目的。具體識別流程如圖2所示。

三、生物識別技術(shù)在船員管理中的應用

將生物識別技術(shù)引入船員管理之中，既能成為海事部門服務船員便民新舉措，也將為海事現(xiàn)場監(jiān)管工作提供新思路。首先，船員管理系統(tǒng)前期已經(jīng)儲備了完善的船員注冊照片、身份證信息以及指紋信息，通過移動客戶端采集船員的生物識別信息，授權(quán)海事機構(gòu)使用生物識別算法驗證，對船員進行身份驗證，為船員提供遠程信息查詢、證書申辦、任解職以及培訓、考試、發(fā)證等相關(guān)服務，同時也為海事執(zhí)法人員在培訓、考試、發(fā)證及現(xiàn)場監(jiān)督檢查中提供便利，實現(xiàn)監(jiān)管與服務并進。

圖2 遠程身份認證流程

2012年以來，在全國海事窗口、海事院校全面開展了船員信息采集工作，數(shù)年內(nèi)逐步完善了船員或考生的身份證、相片、指紋等代表考生個人身份的關(guān)鍵信息的采集和錄入工作，建立并完善了海事船員信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為開展船員任解職、培訓、考試、發(fā)證等身份識別工作提供了可靠高效的數(shù)據(jù)源頭。同時，海事系統(tǒng)內(nèi)部海事執(zhí)法人員、船員、船舶以及相關(guān)培訓、服務機構(gòu)和考場信息都已經(jīng)建立了完善的數(shù)據(jù)庫。考慮到人臉識別技術(shù)相對指紋識別技術(shù)的優(yōu)勢所在，在船員管理系統(tǒng)的設計上將人臉識別技術(shù)作為首選，指紋識別技術(shù)作為第一備選識別登錄方式。

1.總體架構(gòu)思路

基于生物識別的船員管理系統(tǒng)，由系統(tǒng)登錄模塊、識別分析模塊、設備管理模塊、系統(tǒng)管理模塊等4個基本模塊構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 船員管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.系統(tǒng)功能模塊設計（如圖4所示）

圖4 系統(tǒng)功能模塊示意圖

（1）系統(tǒng)登錄模塊。該模塊在系統(tǒng)終端面向一般人員（船員、教員、海事人員等），通過識別分析模塊進行身份驗證后登錄，而面向主體對象（船舶、培訓機構(gòu)、考場等）的管理人員需通過口令輸入登錄。相關(guān)人員授權(quán)通過，進入系統(tǒng)后，可以查詢、處理或修改所屬主體的權(quán)限和數(shù)據(jù)。

（2）識別分析模塊。該模塊運行于終端智能設備中，通過云端算法服務對需進行身份驗證或簽到人員（船員、考生等）進行身份的有效甄別，并對簽到位置（船位、教室或考場）進行核實。

（3）設備管理模塊。該模塊在應用系統(tǒng)服務器中運行，對接入網(wǎng)絡的主體對象進行集中配置和管理，并接收人員簽到信息和終端位置信息，診斷和檢測終端設備的狀態(tài)、核實位置信息。

（4）系統(tǒng)管理模塊。該模塊在網(wǎng)絡服務器上運行，主要包含人員信息、主體對象信息庫的同步以及簽到模塊的實現(xiàn)。系統(tǒng)管理模塊結(jié)合智能設備，實現(xiàn)整體把控和智能統(tǒng)計，從而使得簽到數(shù)據(jù)管理工作可輕松高效地完成，很好地滿足了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)需求。

其中，簽到模塊是將船員任解職、培訓考勤和考場身份識別等場景模擬成打卡簽到，與船舶最低配員證書、參訓人員名單、考場考生名單等人員信息對接，在對身份驗證和位置數(shù)據(jù)信息的有效歸檔后，在系統(tǒng)管理模塊中通過對有效的人員身份識別數(shù)據(jù)進行采集、對人員原始數(shù)據(jù)進行提取、識別分析，依據(jù)有關(guān)管理規(guī)定，完整構(gòu)建簽到信息數(shù)據(jù)庫中相應數(shù)據(jù)的計算、分析、處理等過程，實現(xiàn)船員管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理自動化。

3.船員管理功能的實現(xiàn)

（1）船員服務方面。①船員自助業(yè)務。在船員手持移動終端（如手機、平板）的APP界面，通過開啟人臉識別，自動完成船員辦理有關(guān)業(yè)務的身份驗證，通過客戶端系統(tǒng)管理模塊查詢船員各類相關(guān)信息；按照海事業(yè)務流程要求提供申辦材料，提交證書辦理申請，節(jié)約船員時間和成本。如圖5所示。②船員任解職。船員在船舶手機終端，在船長的授權(quán)下通過生物識別的方式自主進行船員任解職，按照任解職的要求提供電子材料，與海事內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)實時進行信息交換，在完成任解職業(yè)務的同時，自動生成船員服務資歷。而在整個過程中，船員本人不必親自到海事窗口就可以實現(xiàn)遠程維護個人服務資歷。這樣既方便了船員，海事部門也收集到了船員的相關(guān)數(shù)據(jù)，避免船員為了換證而偽造船上服務資歷。如圖6所示。③培訓機構(gòu)考勤記錄。培訓考勤系統(tǒng)依靠網(wǎng)絡信息技術(shù)，以人臉圖像信息識別來實現(xiàn)考勤的信息化在線管理，精準識別培訓考勤過程中的代考打卡、跨地域、跨網(wǎng)絡的不同考勤信息，通過收集匯總、統(tǒng)計分析并結(jié)合實際問題，實現(xiàn)對考勤數(shù)據(jù)的自動化辨識和管理，提高考勤管理水平、提升考勤記錄效率。如圖7所示。船員培訓期間的考勤記錄，是由培訓機構(gòu)或教師打開考勤終端，對培訓學員進行人臉識別記錄考勤，課程期間也可以實現(xiàn)不間斷簽到，課程結(jié)束根據(jù)學習期間考勤記錄情況，核實是否能滿足培訓要求，以及是否可以參加后續(xù)考核。其流程與任解職類似。

圖5 船員自助業(yè)務流程

圖6 船員船上任解職功能流程圖

圖7 培訓考勤記錄功能流程圖

（2）海事監(jiān)管方面。①船員現(xiàn)場監(jiān)管。目前，我國船員管理方法主要采取傳統(tǒng)的現(xiàn)場巡查方式，通過核實證書的真實性，比對人員特征和系統(tǒng)任職記錄，不但工作量大、效率低，而且無法實現(xiàn)在航船舶船員證書的核查。而利用人臉識別技術(shù)可以快速實施船員和證書的信息核實，整個過程核查對象明確，一目了然，既避免了人為因素干擾，也提高了執(zhí)法效率。如圖8所示。②考生身份驗證。隨著船員考試工作無紙化的不斷推進，海船船員適任考試、培訓合格證考試、補差培訓考試等基本實現(xiàn)了計算機終端考試，內(nèi)河三等以上船員考試也逐漸覆蓋。目前指紋識別已在船員考試中應用，再將人臉識別引入，將能夠更加有效打擊和預防船員考試替考作弊行為，從根本上解決船員考試考生身份鑒別的難題，同時也防止了因未攜帶證件（身份證件、準考證等）而耽誤考試的事情發(fā)生。下一步，船員考試將逐步實現(xiàn)以生物識別為主、人工識別為輔考生身份驗證方式。

圖8 船員現(xiàn)場監(jiān)管功能流程圖

（3）其他方面。通過對船員、船舶已有數(shù)據(jù)的采集，可擴展更多的海事服務，如證書到期提醒、船員考試網(wǎng)上報名和繳費、下載考試資料、信息咨詢等秘書式的多元化服務；可作為船員資歷的憑證，用以在微信、微博、web等網(wǎng)絡平臺輔助身份驗證，為船員提供展示自我成就的體驗；可在安全可靠的基礎(chǔ)上，與相關(guān)單位實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)，為船員求職應聘等提供更加廣闊的平臺；逐步開發(fā)遠程教育培訓考試等，既節(jié)省船員培訓花費，也可以提高培訓效果。

四、展望

1.信息安全防控

在金融領(lǐng)域的廣泛應用表明，與傳統(tǒng)基于單一密碼、多重驗證等身份驗證方式相比，人臉識別技術(shù)在安全性、可靠性、識別性能和用戶體驗等方面都取得了大量的成效，對實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)場景下的遠程船員管理應用具有很現(xiàn)實的意義，同時借助指紋、筆跡等生物認證，通過多因子認證的方式增強人臉識別，達到更高的安全等級和識別精度，將有力提升船員業(yè)務辦理的真實性、便捷性，提高船員信息管理的安全性。

2.廉政風險防控

通過生物識別技術(shù)的應用，打通船員履職跟蹤的通道，精準實施對船員管理工作的監(jiān)督，讓船員管理工作回歸本源，由責任主體對象來對船員管理真實性負責。海事部門通過現(xiàn)場檢查、抽查的形式進行監(jiān)管，將有效降低海事執(zhí)法廉政風險。

3.提高海事效能

生物識別和信息技術(shù)的融合，將使得船員管理在安全上得以質(zhì)的飛躍，船員管理中對信息的核實基本由系統(tǒng)自動完成，并對存在的問題進行信息推送，能極大地減少工作量，海事執(zhí)法的針對性更強，讓有限的海事力量投入到更多的現(xiàn)場執(zhí)法中去，同時也為管理相對人節(jié)約時間成本和經(jīng)濟成本，將進一步提高海事執(zhí)法效能，促進船員有效履職。

五、結(jié)語

船員管理工作是海事管理的重要單元，也是一個繁雜的系統(tǒng)性工程。面對日益發(fā)展壯大的船員隊伍，和維護水上交通安全形勢穩(wěn)定的要求，必須加強船員管理的科學化、信息化和系統(tǒng)性的研究，充分應用現(xiàn)代化科技信息手段不斷提升海事監(jiān)管效率，提高海事綜合服務能力，共同打造一支高素質(zhì)的船員隊伍，確保水上交通安全，進一步推進交通強國建設。