融合活體人臉識(shí)別和位置檢測(cè)的智能查寢系統(tǒng)

達(dá)慧 邱劉翔 廖仁芳 謝修娟

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.005

摘? 要：為解決人工查寢存在的效率低、統(tǒng)計(jì)煩瑣和結(jié)果真實(shí)性難以把控等問題，文章設(shè)計(jì)了一種基于活體人臉識(shí)別融合位置檢測(cè)的智能查寢系統(tǒng)。系統(tǒng)分為面向管理員的網(wǎng)頁(yè)端和面向?qū)W生的移動(dòng)應(yīng)用兩部分，前者采用SSM框架，設(shè)有考勤管理、請(qǐng)假管理和學(xué)生信息管理等功能;后者基于Android平臺(tái)，設(shè)有簽到、考勤查詢等功能，簽到采用靜默式活體人臉識(shí)別融合位置檢測(cè)技術(shù)。智能查寢系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)較為合理、易于操作、界面簡(jiǎn)潔，并且查寢準(zhǔn)確度高，具有一定的實(shí)際推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：SSM;Android;人臉識(shí)別;位置檢測(cè);智能查寢系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）09-0016-03

Intelligent Sleep Check System Integrating Living Face Recognition and?Position Detection

DA Hui，QIU Liuxiang，LIAO Renfang，XIE Xiujuan

（Southeast University Chengxian College，Nanjing? 210088，China）

Abstract：In order to solve the problems of low efficiency，cumbersome statistics and difficult to control the authenticity of the results in manual sleep check，an intelligent sleep check system based on living face recognition and position detection is designed in this paper. The system is divided into two parts：webpage for administrators and mobile application for students. The former adopts SSM framework and has the functions of attendance management，leave management and student information management;the latter is based on Android platform and has functions such as check-in and attendance query. The sign-in adopts silent living face recognition fusion position detection technology. The function design of intelligent sleep check system is more reasonable，easy to operate，the interface is simple，and the sleep check accuracy is high，which has a certain practical promotion value.

Keywords：SSM;Android;face recognition;position detection;intelligent sleep check system

0? 引? 言

近年來高校的住校學(xué)生數(shù)量不斷增加，使得宿舍考勤管理的難度不斷增大。宿舍考勤管理作為校園管理的重要環(huán)節(jié)，是保障學(xué)生人身安全和維持宿舍良好秩序的重要工作。如今在宿舍考勤方面，大部分高校安排管理人員去各學(xué)生寢室進(jìn)行人工考勤，具有記錄煩瑣、效率低、學(xué)生覆蓋面窄等問題，小部分高校實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行無人化宿舍考勤工作。

現(xiàn)實(shí)生活中，人臉識(shí)別系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于公安、金融、機(jī)場(chǎng)、地鐵、邊防口岸等多個(gè)領(lǐng)域，很大程度上提高了考勤工作效率以及有效性。鑒于宿舍考勤具有特殊位置的限定，宿舍人臉識(shí)別考勤需要融合學(xué)生位置檢測(cè)。為實(shí)現(xiàn)人性化人臉識(shí)別，提高用戶的使用感受，采用靜默式活體人臉識(shí)別技術(shù)。根據(jù)上述情況，本文設(shè)計(jì)了一種基于活體人臉識(shí)別融合位置檢測(cè)的智能查寢系統(tǒng)。

1? 系統(tǒng)實(shí)施方案

1.1? 需求分析

基于人工考勤的諸多缺陷，迫切需要一個(gè)信息化的管理系統(tǒng)去提升整體宿舍考勤的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。通過對(duì)多個(gè)高校進(jìn)行走訪調(diào)查，發(fā)現(xiàn)高校對(duì)于學(xué)生簽到結(jié)果的真實(shí)性十分重視。人工考勤的方式，會(huì)因?yàn)槠渌麑W(xué)生代寢而產(chǎn)生考勤結(jié)果真實(shí)性不佳的問題。市面上的無人化考勤系統(tǒng)存在無定位功能或室內(nèi)位置定位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致考勤結(jié)果準(zhǔn)確性不高的問題。通過對(duì)市面上已有考勤相關(guān)產(chǎn)品的研究，發(fā)現(xiàn)活體人臉識(shí)別融合位置檢測(cè)的考勤方式，能夠有效地提高學(xué)生宿舍考勤結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。此外本系統(tǒng)還應(yīng)該具有可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，開發(fā)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

本系統(tǒng)的角色可分為宿舍管理員和學(xué)生兩種，核心功能有以下兩點(diǎn)：

（1）宿舍管理員：發(fā)布考勤的相關(guān)通知，查看所有學(xué)生打卡簽到結(jié)果，學(xué)生請(qǐng)假管理，其他系統(tǒng)角色的信息管理。

（2）學(xué)生：接收通知，位置檢測(cè)，活體人臉識(shí)別，歷史考勤查詢以及個(gè)人信息管理。

1.2? 功能設(shè)計(jì)

1.2.1? 管理端功能設(shè)計(jì)

本節(jié)將對(duì)智能查寢系統(tǒng)管理端的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，包含發(fā)布通知、設(shè)置考勤時(shí)間、考勤管理、請(qǐng)假管理和學(xué)生信息管理：

（1）發(fā)布通知。管理員可在系統(tǒng)中發(fā)布宿舍考勤相關(guān)信息，如考勤時(shí)間、尚未考勤成功人員的提醒等。對(duì)于既往發(fā)布的通知，管理員可以在系統(tǒng)中進(jìn)行查看。

（2）考勤時(shí)間范圍的限定。管理員可以限定學(xué)生考勤的時(shí)間。如管理員可在系統(tǒng)中設(shè)置考勤限定時(shí)間為21：00～

22：00。學(xué)生接收到相應(yīng)的考勤時(shí)間通知后，只有在上述的規(guī)定時(shí)間內(nèi)才能進(jìn)行接下來考勤的相關(guān)操作，否則，無法在移動(dòng)端應(yīng)用上進(jìn)行正常的考勤操作。

（3）考勤管理。管理員可以按照宿舍樓、樓層、宿舍號(hào)和學(xué)號(hào)條件對(duì)學(xué)生簽到的結(jié)果進(jìn)行組合動(dòng)態(tài)查詢。頁(yè)面顯示已簽到和未簽到人員，能夠顯示總簽到人數(shù)和考勤率。

（4）請(qǐng)假管理。請(qǐng)假管理可分為請(qǐng)假和銷假兩部分。管理員可在系統(tǒng)中輸入請(qǐng)假人員的相關(guān)信息，包括人員學(xué)號(hào)、請(qǐng)假原因、外出地址、回校時(shí)間、聯(lián)系方式。對(duì)于已請(qǐng)假的學(xué)生，在宿舍考勤統(tǒng)計(jì)中，會(huì)標(biāo)注為已請(qǐng)假。銷假部分是在確認(rèn)學(xué)生回校后，管理員可對(duì)該學(xué)生進(jìn)行銷假操作。

（5）學(xué)生信息管理。管理員可以新增，修改學(xué)生的相關(guān)信息。學(xué)生的信息包括學(xué)號(hào)、姓名、密碼、所在寢室信息、所在樓棟的經(jīng)緯度，人臉信息。可對(duì)已畢業(yè)的學(xué)生進(jìn)行賬號(hào)注銷的操作。

1.2.2? 學(xué)生端功能設(shè)計(jì)

本節(jié)將對(duì)智能查寢系統(tǒng)學(xué)生端的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，包含學(xué)生簽到、歷史考勤查詢和個(gè)人信息管理：

（1）學(xué)生簽到。學(xué)生端接收到來自管理端發(fā)布的通知后，需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行考勤。學(xué)生考勤主要分為兩個(gè)步驟。首先對(duì)學(xué)生所在位置進(jìn)行定位，當(dāng)系統(tǒng)判定本次學(xué)生考勤的位置在既定的范圍內(nèi)，則進(jìn)行接下來的人臉識(shí)別操作，否則無法繼續(xù)進(jìn)行。其次成功通過活體人臉識(shí)別后，學(xué)生端考勤業(yè)務(wù)會(huì)獲取本次考勤的人臉信息，與系統(tǒng)初始錄入的用戶人臉信息進(jìn)行比較，若通過比對(duì)得到人臉相似度大于設(shè)定的閾值，則視為本次簽到成功，否則視為考勤失敗。在考勤成功后，移動(dòng)端應(yīng)用會(huì)將學(xué)生考勤所在位置、人臉信息和考勤結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（2）歷史考勤查詢。學(xué)生可以按照時(shí)間對(duì)自己歷史考勤進(jìn)行查詢，顯示個(gè)人歷史考勤率。

（3）個(gè)人信息管理。在個(gè)人信息管理界面，學(xué)生可以對(duì)自己的用戶名或者密碼進(jìn)行修改^[1]。

1.3? 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由為管理員提供管理相關(guān)操作的網(wǎng)頁(yè)端和面向?qū)W生考勤的移動(dòng)端應(yīng)用兩部分組成。面向管理員的網(wǎng)頁(yè)端采用的是B/S架構(gòu)，管理員只需在有網(wǎng)絡(luò)、瀏覽器的地點(diǎn)條件下，就能夠隨時(shí)隨地實(shí)行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。面向?qū)W生的移動(dòng)端應(yīng)用采用C/S架構(gòu)，使學(xué)生考勤時(shí)的人臉信息及位置信息的安全性能夠得到保障。在學(xué)生端實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別，能夠減輕服務(wù)器處理多用戶同時(shí)考勤時(shí)的壓力。管理端和學(xué)生端共用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。智能查寢系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1? 管理端網(wǎng)頁(yè)的實(shí)現(xiàn)

管理端網(wǎng)頁(yè)的實(shí)現(xiàn)采用MVC的模式進(jìn)行開發(fā)。MVC的開發(fā)模式將業(yè)務(wù)模型，用戶界面以及控制器進(jìn)行分離，有著方便后期維護(hù)，耦合性低，重用性高的優(yōu)點(diǎn)。在開發(fā)管理端的網(wǎng)站時(shí)采用SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架，SSM框架將整個(gè)系統(tǒng)劃分為視圖層、控制層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問層4層。Spring實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)對(duì)象的管理和提供對(duì)持久層事物的支持，SpringMVC的功能是頁(yè)面的轉(zhuǎn)發(fā)重定向以及視圖的管理，MyBatis是數(shù)據(jù)持久層框架，支持編程人員自定義SQL語句^[2]。

管理端網(wǎng)頁(yè)的前端布局、動(dòng)畫以及樣式采用Layui和Bootstrap框架實(shí)現(xiàn)。Layui是采用自身模塊規(guī)范編寫的前端UI框架，遵循原生HTML/CSS/JS的書寫與組織形式^[3]。Bootstrap框架完全開源，采用Less和Sass工具開發(fā)，使用簡(jiǎn)潔靈活。如圖2所示為管理端考勤管理頁(yè)面，在此頁(yè)面提供了查寢統(tǒng)計(jì)的相關(guān)信息，可根據(jù)搜索框的組合動(dòng)態(tài)查詢已查寢和未查寢學(xué)生相關(guān)信息。

2.2? 學(xué)生端考勤應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

考慮到學(xué)生群體主要使用的智能手機(jī)為安卓的操作系統(tǒng)，因此學(xué)生端考勤應(yīng)用基于安卓進(jìn)行開發(fā)。

2.2.1? 推送功能的實(shí)現(xiàn)

由于安卓系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)缺少統(tǒng)一的云推送服務(wù)，需要在考勤應(yīng)用中注入推送相關(guān)的SDK以實(shí)現(xiàn)通知的接收。市面上的第三方推送服務(wù)商主要有極光，百度和個(gè)推。經(jīng)過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)極光推送擁有如華為、小米、vivo等手機(jī)廠商通道，極光會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到廠商通道，不受APP進(jìn)程影響，從而保證通知及時(shí)送達(dá)。管理端的通知推送可以集成極光推送的后臺(tái)管理界面，宿舍管理員能夠方便快捷的發(fā)布通知。

2.2.2? 位置檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)

學(xué)生端定位功能的實(shí)現(xiàn)選擇集成百度地圖定位。百度地圖定位SDK提供GPS、基站、Wi-Fi等多種定位方式^[4]。雖然百度地圖定位有著網(wǎng)絡(luò)定位請(qǐng)求流量小、定位速度快的優(yōu)點(diǎn)，但在室內(nèi)對(duì)于定位精確度有著較大的影響，會(huì)造成學(xué)生考勤位置定位準(zhǔn)確度低的問題^[5]。當(dāng)用戶進(jìn)行簽到時(shí)，系統(tǒng)將計(jì)算該學(xué)生本次考勤位置和既定位置的偏差值，當(dāng)偏差值小于設(shè)定的閾值時(shí)即可視為該學(xué)生在既定位置進(jìn)行考勤。如圖3所示，利用百度地圖定位SDK對(duì)學(xué)生的位置進(jìn)行定位。

2.2.3? 活體人臉識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)

活體人臉識(shí)別功能采用虹軟離線人臉識(shí)別SDK實(shí)現(xiàn)。人臉信息的離線處理相較于在線處理，能夠有效緩解服務(wù)器的計(jì)算壓力，不受網(wǎng)絡(luò)狀況的限制。虹軟離線人臉識(shí)別SDK提供了靜默式RGB人臉識(shí)別。靜默式人臉識(shí)別相較于以往的活體檢測(cè)，不需要用戶進(jìn)行諸如微笑，眨眼，搖頭等操作，用戶的體驗(yàn)?zāi)軌虻玫接行У奶嵘Ｍㄟ^采集人像的破綻（摩爾紋、成像畸形等）來判斷目標(biāo)對(duì)象是否為活體，可有效防止屏幕二次翻拍等作弊攻擊。如今，大部分手機(jī)的性能已經(jīng)能夠很好地進(jìn)行離線實(shí)時(shí)活體人臉處理。采用虹軟離線靜默式活體人臉識(shí)別SDK人臉信息提取以及對(duì)比的耗時(shí)范圍為400～500 ms。如圖4所示，當(dāng)學(xué)生端考勤應(yīng)用成功識(shí)別和對(duì)比后，界面左上角顯示出原始的人臉信息以及學(xué)生的姓名。

學(xué)生端人臉識(shí)別考勤流程為：通過學(xué)生移動(dòng)設(shè)備的攝像頭，判斷學(xué)生是否為活體，通過活體識(shí)別后對(duì)學(xué)生人臉信息進(jìn)行提取，在人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行比對(duì)，并且將成功考勤的人臉特征經(jīng)過Base64編碼后存儲(chǔ)到云端數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。

此外管理端網(wǎng)頁(yè)在查看學(xué)生考勤結(jié)果時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)學(xué)生上傳的人臉信息進(jìn)行二次核實(shí)。如果得出的人臉相似度小于設(shè)定的閾值，則會(huì)在系統(tǒng)中醒目的標(biāo)注為紅色，可發(fā)通知要求該學(xué)生重新考勤。

3? 結(jié)? 論

本文研究的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能化查寢系統(tǒng)，對(duì)于人工考勤存在的查寢真實(shí)性和準(zhǔn)確性問題，考勤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生端活體人臉識(shí)別和位置檢測(cè)的功能。對(duì)于管理員記錄煩瑣和查詢效率低的問題，在管理端實(shí)現(xiàn)了考勤管理、請(qǐng)假管理和學(xué)生信息管理的功能。最終，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款面向用戶的功能齊全、易于操作、界面簡(jiǎn)潔的智能查寢系統(tǒng)，解決了人工查寢帶來的諸多缺陷。經(jīng)過測(cè)試，本系統(tǒng)學(xué)生端查寢準(zhǔn)確度高，管理端管理查寢效率高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬寧生，呂軍，方凱，等.移動(dòng)智能終端的微課程結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) [J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2016（23）：97-102.

[2] 肖祥林.基于SSM的畢業(yè)設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].電子科技，2016，29（10）：115-117.

[3] 曹燦，劉志剛.基于SSH和Layui的工程科學(xué)前沿與實(shí)踐系統(tǒng) [J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2019，32（2）：91-92+96.

[4] 范一霖.基于REST的移動(dòng)應(yīng)用集成研究與實(shí)現(xiàn) [D].西安：西安理工大學(xué)，2016.

[5] 陳健鑫.合勝科技一體化運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].上海：東華大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：達(dá)慧（1998—），女，漢族，江蘇南通人，本科在讀，研究方向：機(jī)器學(xué)習(xí)。

收稿日期：2021-04-26