建筑業(yè)安全管理人員考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙娜， 張亮

(1. 青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)工程質(zhì)量和安全監(jiān)督站， 青島 266500;2. 中國石油大學(xué)(華東)網(wǎng)絡(luò)及教育技術(shù)中心， 青島 266500)

建筑業(yè)安全管理人員考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙娜1， 張亮2

(1. 青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)工程質(zhì)量和安全監(jiān)督站， 青島 266500;2. 中國石油大學(xué)(華東)網(wǎng)絡(luò)及教育技術(shù)中心， 青島 266500)

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，以及Web技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無紙化考試方式作為智能處理研究領(lǐng)域中的一個(gè)分支，成為近年來研究的熱點(diǎn)。建筑業(yè)管理人員試題庫是以建筑業(yè)3類人員考核為基礎(chǔ)，基于Web形式的考試系統(tǒng)，采用遺傳算法進(jìn)行智能組卷的題庫考試中心模式。該考試系統(tǒng)，可以方便地組織考試，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)閱卷，并采用生物指紋識(shí)別技術(shù)同在線考試相結(jié)合，極大增強(qiáng)了考生身份驗(yàn)證的準(zhǔn)確性和可靠性。

NET； SQL SERVER； 遺傳算法； 指紋識(shí)別

0 引言

為更好的培養(yǎng)建筑業(yè)企業(yè)管理人員的安全生產(chǎn)意識(shí)，提高其安全生產(chǎn)管理能力，打破傳統(tǒng)考試模式，對(duì)全區(qū)建筑施工企業(yè)主要負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、專職安全生產(chǎn)管理人員(簡稱三類人員)開展全面的網(wǎng)上專業(yè)知識(shí)和繼續(xù)教育培訓(xùn)，有力夯實(shí)建筑施工安全管理基礎(chǔ)。因此，提出建筑業(yè)安全管理人員考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，該系統(tǒng)采用ASP.NET技術(shù)，以B/S的三層體系結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的基本架構(gòu)，所有程序和數(shù)據(jù)庫存放在服務(wù)器上，通過ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web數(shù)據(jù)庫連接訪問。考生可以通過Web瀏覽器進(jìn)行身份驗(yàn)證(指紋識(shí)別+密碼)登錄后，系統(tǒng)自動(dòng)組卷，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)答題，答題時(shí)間到后，系統(tǒng)將自動(dòng)提交試卷。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1.1 功能分析與設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)功能模塊，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

考試系統(tǒng)的功能模塊分為四個(gè)部分，即用戶驗(yàn)證、在線考試、數(shù)據(jù)維護(hù)和后臺(tái)管理。支持系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)庫分為：用戶記錄、試卷名稱、試題信息、成績信息表。

1.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分析與設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)[1]-[3]，在SQL Server2012里創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫OnlineTest，其中主要數(shù)據(jù)庫，如表1—表4所示。

表1 用戶記錄表(YHJL)

表2 試卷名稱表(SJMC)

表3 試題信息表(STIN)

表4 成績信息表(CJIN)

2 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

2.1 智能組卷算法

智能組卷是本考試系統(tǒng)的一個(gè)重要功能組成，本系統(tǒng)采用遺傳算法進(jìn)行智能組卷，以保證不同考生擁有不同試卷，提高考試的公平性和科學(xué)性。

遺傳算法[4]-[7](Genetic Algorithm，簡稱GA)是基于生物進(jìn)化理論的原理發(fā)展起來的一種廣為應(yīng)用的、高效的隨機(jī)搜索與優(yōu)化的方法，它根據(jù)適者生存、優(yōu)勝劣汰等自然進(jìn)化規(guī)則來進(jìn)行搜索計(jì)算和問題求解。運(yùn)用遺傳算法求解問題首先將欲求解的問題表示成二進(jìn)制編碼，然后根據(jù)環(huán)境進(jìn)行基本的操作：選擇(selection)、復(fù)制(reproduction)、交叉(crossover)、變異(mutation)，這樣一代一代的更新，最后收斂到的個(gè)體是一個(gè)最適應(yīng)環(huán)境條件變化的，即所謂的“適者生存”，這樣便得到問題的最優(yōu)解。

2.1.1 組卷數(shù)學(xué)模型

由于每種題型的試題個(gè)數(shù)在染色體進(jìn)行編碼時(shí)就固定在子染色體中，每個(gè)試題一般包括題號(hào)、題型、難度系數(shù)、知識(shí)點(diǎn)和題分5個(gè)屬性，因此本系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)為1個(gè)5維向量來表示。假如一份試卷包含有m道題，那么一個(gè)m×5的矩陣，就可以組成一份試卷，如式(1)。

(1)

2.1.2 算法設(shè)計(jì)

(1) 染色體表達(dá)(編碼)

染色體表達(dá)(編碼)是指優(yōu)化問題的解進(jìn)行編碼。本系統(tǒng)采用的遺傳算法是通過實(shí)數(shù)進(jìn)行編碼。把一份試卷映射為一個(gè)染色體，組成試卷的各個(gè)試題映射成基因，試題的題號(hào)用基因的值來表示，且同種題型的試題標(biāo)號(hào)組在一起形成段，每一段編碼反映一種題型，各個(gè)題型各自進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼，在組卷中所得的可行解就為一份試卷，試卷中試題的個(gè)數(shù)就是染色體中編碼的個(gè)數(shù)。因此染色體的編碼可表示為：(G1，G2，G3，…Gn)，其中Gi(i=1，2，…，n，n為試卷的試題數(shù))。

(2) 適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)

組卷問題時(shí)一個(gè)多重約束的求解的問題，通常，適應(yīng)度函數(shù)是由目標(biāo)函數(shù)變換而成的，通過試卷模型中各個(gè)參數(shù)的取值來體現(xiàn)，因此可以把各個(gè)試卷參數(shù)取值的限定作為實(shí)現(xiàn)組卷的多個(gè)目標(biāo)。所以目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)造，如式(2)。

(2)

其中g(shù)i表示第i種題型考察知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)次數(shù)，EP為實(shí)際生成的試卷的難度系數(shù)，p=∑Di×Si/∑Si為用戶期望的難度系數(shù)，根據(jù)組卷原則，目標(biāo)函數(shù)值一般是越小越好，相反適應(yīng)度函數(shù)值則是越大越好，所以當(dāng)目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換成適應(yīng)度函數(shù)時(shí)，就是將求解的最小值問題要轉(zhuǎn)化成求解最大值得問題。因此可以公式(3)將目標(biāo)函數(shù)F轉(zhuǎn)換為適應(yīng)度函數(shù)f，如式(3)。

(3)

(3) 產(chǎn)生初始種群

組卷策略是根據(jù)試卷的組卷要求，從單選、多選、判斷這三類客觀題中隨機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)目的題號(hào)。把該題號(hào)作為基因，按題型有序的存入個(gè)體的染色體中。保證同種題型的各題號(hào)必須相異，以避免重復(fù)的試題出現(xiàn)在同一份試卷中，而且在相應(yīng)題型的題號(hào)定義域中產(chǎn)生每個(gè)題號(hào)。

(4) 遺傳算子設(shè)計(jì)

2.2 指紋識(shí)別的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)具有很嚴(yán)格的身份認(rèn)證程序，考生要想要登錄本系統(tǒng)，都必須經(jīng)過指紋身份驗(yàn)證，通過現(xiàn)場指紋驗(yàn)證，以保證考試環(huán)境具有一定的規(guī)范性、嚴(yán)肅性、權(quán)威性。

指紋采集儀有自己的SDK開發(fā)包給用戶提供一些基本接口，本系統(tǒng)采用U.areU指紋采集儀。指紋采集工作要經(jīng)過提取、驗(yàn)證和保存三個(gè)過程。為了保證考生被采集的指紋能夠正確的識(shí)別，指紋采集時(shí)，每位考生至少采集兩枚指紋，

每枚指紋采集三次，比對(duì)確認(rèn)后，才可以把提取的特征值保存為正確值。指紋采集過程，如圖2所示。

圖2 指紋采集

指紋識(shí)別[8-10]過程包括指紋圖像的采集、預(yù)處理、特征提取和指紋匹配，其指紋識(shí)別結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

圖3 指紋識(shí)別結(jié)構(gòu)圖

在指紋采集的時(shí)，即使同一個(gè)手指的兩個(gè)指紋圖像也不可能完全相同，因此因此需要對(duì)指紋相似度進(jìn)行計(jì)算，可以通過空間頻譜值來計(jì)算指紋識(shí)別的相關(guān)系數(shù)，經(jīng)過快速傅里葉變換后的頻域處理，其指紋提取效果圖，如圖4所示。

圖4 指紋提取效果圖

圖5 用戶Web頁面設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)頁面設(shè)計(jì)

用戶界面層(UI)按照業(yè)務(wù)邏輯劃分，分為管理員、考生兩種。考生通過前臺(tái)Web頁面進(jìn)行通知瀏覽、在線學(xué)習(xí)、模擬考試、成績查詢、資料下載等操作，用戶Web頁面設(shè)計(jì)如圖5所示。管理員可以依據(jù)權(quán)限實(shí)現(xiàn)試題庫的建設(shè)和管理，包括試題的添加、刪除和修改，成績的統(tǒng)計(jì)和分析，以及考生信息的添加、刪除及修改，其后臺(tái)頁面設(shè)計(jì)，如圖5、圖6所示。

圖6 后臺(tái)頁面設(shè)計(jì)

4 總結(jié)

本系統(tǒng)是基于Web的智能組卷考試系統(tǒng)，其具有準(zhǔn)確性、隨機(jī)性、靈活性、安全性、公正性、及時(shí)性等特點(diǎn)。本系統(tǒng)基于一套完整的試題庫，題庫參考建筑業(yè)相關(guān)的法律、法規(guī)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，從安全法律法規(guī)、安全管理以及安全技術(shù)三個(gè)方面進(jìn)行千道題庫的構(gòu)建，能夠解決試卷出題的科學(xué)性問題，提高試題質(zhì)量。采用遺傳算法進(jìn)行智能組卷，組卷效率高，具有較好的魯棒性。

[1] Greg Buczek.ASP.NET開發(fā)人員指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.09.

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Design and Implementation of Network Testing System for Construction Industry

Zhao Na1, Zhang Liang2

(1. Construction Quality and Safety Supervision Station of the Qingdao Economic Development District, Qingdao 266500， China;2.Network Information Center, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266500, China)

With the rapid development of construction industry and the extensive application of Web technology, as a branch of research on intelligent processing, paperless examination has become a hotspot in recent years. The examination system is based on the form of Web, uses genetic algorithm to generate intelligently test paper composition as the examination center model. The system can facilitate the organization of examinations, automatic review.It combines examination online with fingerprint recognition technology. By using fingerprint as examinee’s legal identity verification basis, it has strengthened accuracy and dependability greatly.

NET; SQL Server; genetic algorithms; fingerprint recognition

山東省公共服務(wù)科技創(chuàng)新基金(SDGF20140372)

趙娜(1981-)，女，文登，安全技術(shù)及工程碩士，工程師，研究方向：建設(shè)工程信息化方面的研究. 張亮(1981-)，男，啟東，計(jì)算機(jī)技術(shù)碩士，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的研究.

1007-757X(2017)04-0024-04

TP311

A

2016.12.15)