基于全景智能的分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)設(shè)計研究

孫震丹 胡星

摘? ?要：網(wǎng)絡(luò)考試已經(jīng)是教學(xué)過程中不可缺少的一環(huán)，網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)則是保障教育質(zhì)量的重要手段。當(dāng)前，分散型網(wǎng)絡(luò)考試在監(jiān)考和巡考領(lǐng)域防作弊研究存在不足，不能被大規(guī)模應(yīng)用。通過研究相關(guān)領(lǐng)域文獻及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，作者發(fā)現(xiàn)無死角監(jiān)考部署和智能巡考是解決問題的關(guān)鍵。文章通過梳理分散型網(wǎng)絡(luò)考試業(yè)務(wù)流程，利用全景智能技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計出具有無人監(jiān)考部署、無死角監(jiān)考環(huán)境監(jiān)測、遠程自動化防作弊行為監(jiān)測、作弊輔助判定與提醒、現(xiàn)場回顧與證據(jù)留存的防作弊信息系統(tǒng)，并驗證其實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，為分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊提供了新的研究方向。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)考試;在線考試;防作弊;全景視覺;人工智能;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）05-0039-07

一、引言

1.分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊的研究背景

人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代互聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)興起，不僅加速了網(wǎng)絡(luò)考試的快速普及，也提升了網(wǎng)絡(luò)考試防作弊技術(shù)能力。網(wǎng)絡(luò)考試具有無紙化、方便、快捷、公平、公正等優(yōu)勢[1]，因而在我國基礎(chǔ)、高等、職業(yè)、終身等教育領(lǐng)域，部署了大量計算機標準化考場，用以開展大規(guī)模計算機網(wǎng)絡(luò)考試。

然而，集中化網(wǎng)絡(luò)考試不能滿足所有人的需求。一是機房有限，考試周期很長;二是集中網(wǎng)絡(luò)考試為社會帶來公共交通不便以及飛行巡考等成本增加;三是仍有一部分人由于學(xué)習(xí)出國或所在地不同、工作時間沖突、生活不便、生病等原因不能去集中考點參加機考。近幾年，國家開放大學(xué)為適應(yīng)終身教育發(fā)展的需求，提出“隨學(xué)隨考”考試[2]，即獨自在居所或單位進行分散型網(wǎng)絡(luò)考試，以解決上述矛盾。2020年，我國新冠疫情形勢嚴峻，防控期間網(wǎng)絡(luò)考試被大規(guī)模推廣與應(yīng)用，學(xué)習(xí)者被分散隔離在居所或工作單位環(huán)境中進行網(wǎng)絡(luò)考試。然而，上述分散型網(wǎng)絡(luò)考試面對大量分散的考生，存在監(jiān)考人員無法被滿足、智能監(jiān)考程度不夠、實施不便、取證困難、可信度不高等質(zhì)量問題[3]。因而發(fā)展分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)，不僅是網(wǎng)絡(luò)考試發(fā)展過程中的新型補充形式，也是增強網(wǎng)絡(luò)考試透明性、公正性、可追溯性不可或缺的重要手段[4]。

2.分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊的研究與發(fā)展

根據(jù)《國家教育考試違規(guī)處理辦法》對作弊行為的定義和范圍整理[5]，分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊特征主要有以下三種：防人——主動作弊和協(xié)助作弊;防物——桌面清空、2～3米內(nèi)視野內(nèi)無參考資料;防電子設(shè)備——手機、手表、耳機、智能眼鏡等。

從近三年領(lǐng)域?qū)＜业南嚓P(guān)研究文獻來看，網(wǎng)絡(luò)考試防作弊相關(guān)的研究成果不足5篇。文獻[6]是增加長桿攝像模組檢測設(shè)備監(jiān)控個人考試現(xiàn)場;文獻[7]提出了基于人臉識別的防替考作弊手段;文獻[8]給出了結(jié)合攝像頭并控制計算機I/O接口網(wǎng)絡(luò)、USB、屏幕、組題策略的防作弊機制;文獻[9]提出身份驗證、活體指紋采集比對、照片人臉比對識別和考試進程記錄監(jiān)管共4部分功能模塊的信息化監(jiān)考系統(tǒng);另外，文獻[10]對半封閉網(wǎng)絡(luò)條件下，基于混合B/S+C/S考試系統(tǒng)客戶端技術(shù)，對防范作弊行為做了系統(tǒng)設(shè)計研究。

目前，在我國商用主流網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)中，主機到客戶端防作弊功能已經(jīng)比較完善。同時，人工智能視覺識別技術(shù)興起，人臉識別功能逐步替代了賬號、身份證或指紋等進行身份識別的防替考手段。而分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)發(fā)展才剛剛開始，如在考試現(xiàn)場通過USB網(wǎng)絡(luò)攝像頭聯(lián)機檢測，或是在手機安裝專用考場監(jiān)控APP應(yīng)用，并通過手機攝像頭進行現(xiàn)場取證。這些實踐為分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊的發(fā)展做出了重要貢獻。

3.分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊的研究局限性

單人在居所或工作單位等環(huán)境下獨立開展的分散型網(wǎng)絡(luò)考試，在防作弊領(lǐng)域有三個難點。一是無法實現(xiàn)無死角監(jiān)考，這是因為普通的電腦或手機攝像頭因水平視角小于170度，無法將考生四周5米以內(nèi)的范圍全部覆蓋。二是目前的影像采集使用非專業(yè)設(shè)備，其在線工作穩(wěn)定性與狀況難以感知。三是大規(guī)模分散考場影像連續(xù)傳輸、存儲與調(diào)取困難。這是因為，在集中的網(wǎng)絡(luò)考點，每個考場只需傳輸一路監(jiān)控視頻供遠程巡監(jiān)，而分散網(wǎng)絡(luò)考試每個考生就會生成一路視頻，因而對遠程監(jiān)考、作弊取證提出挑戰(zhàn)。

4.全景智能技術(shù)的發(fā)展

全景智能技術(shù)由全景視覺系統(tǒng)發(fā)展而來，是一種新型攝像設(shè)備[11]。全景視覺系統(tǒng)與普通視覺不同，其具有影像捕捉廣泛的特點。全景視覺環(huán)境感知系統(tǒng)成像視場大于半球視場（360°×180°），甚至可以接近球面視場（360°×360°）[12]，拍攝水平方向和垂直方向總共720度空間的圖像，因此其生成的全景圖像及全景視頻簡稱全景影像。全景視覺系統(tǒng)雖能拍攝全空間無死角攝影，但是全景影像卻存在非線性畸變即雙魚眼問題，需要使用VR眼鏡觀看，不利于觀看和圖像分析。不過隨著專業(yè)算法技術(shù)的不斷完善，全景影像在應(yīng)用中首先會作展開處理，轉(zhuǎn)換為無死角拉伸的長方形影像，就可以通過圖片或特殊的視頻播放器觀看。

如今，全景攝像系統(tǒng)更是結(jié)合了人工智能技術(shù)，發(fā)展成為全新的全景智能系統(tǒng)。其支持全景模式下的影像跟拍、直播，同時能夠完成復(fù)雜環(huán)境下的環(huán)境識別、人臉識別、聲紋識別、骨骼行為識別等智能任務(wù)，全景智能系統(tǒng)正在成為影像技術(shù)研究領(lǐng)域的一個新興發(fā)展方向。目前，全景智能設(shè)備更為小巧、輕便，便于操作，價格親民，在拍攝出強烈動感效果的同時，還能錄制多種高制式視頻。例如：可錄制1080P、2.7K、4K視頻，還可選擇PAL、NTSC等制式，幀速率可高達120P。因此，該設(shè)備廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)控、全景直播教室、無人機攝影、旅游自拍、戶外運動、四輪競賽等民用領(lǐng)域。

綜上所述，分散型網(wǎng)絡(luò)考試是網(wǎng)絡(luò)考試的重要形式，而防作弊系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)考試的重要保障和支撐。本研究基于分散型網(wǎng)絡(luò)考試監(jiān)考、巡考業(yè)務(wù)特征，充分發(fā)揮全景智能技術(shù)的優(yōu)勢，設(shè)計了一套分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)，以解決無死角監(jiān)考，大規(guī)模視頻考場傳輸、存儲與調(diào)取，遠程巡考等問題，為促進分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，貢獻創(chuàng)新的方法和工具。

二、分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)

分散型網(wǎng)絡(luò)防作弊系統(tǒng)在國家開放大學(xué)開展“隨學(xué)隨考”工作實踐基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)與防作弊系統(tǒng)間的有效與協(xié)調(diào)運行。從考生視角，以完成計算機考試過程為主線;在考務(wù)視角，以完成居所及單位考場本地化無人監(jiān)考、遠程智能巡考為主要工作任務(wù)。

分散型網(wǎng)絡(luò)防作弊系統(tǒng)借鑒參考網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)測評業(yè)務(wù)流程[13]。其業(yè)務(wù)流程貫穿防作弊和網(wǎng)絡(luò)考試兩個獨立系統(tǒng)，包括考前、考中、結(jié)束三個關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，如圖1所示。

1.考前監(jiān)測

考試開始前，考生首先要啟動全景智能監(jiān)考員終端設(shè)備。設(shè)備完成鏡頭、麥克、內(nèi)存、網(wǎng)卡自檢，然后自動連通網(wǎng)絡(luò)，并向考試監(jiān)控中心注冊設(shè)備定位，同步GPS考試時鐘，提示全景智能監(jiān)考員，監(jiān)考員就位自檢成功并啟動自動錄制功能，然后等待遠程核對考試項目給予考場檢查指令。

巡考人員根據(jù)現(xiàn)場回傳影像，協(xié)助考生將終端設(shè)備擺放正確，然后給予現(xiàn)場和設(shè)備考試指令。全景智能監(jiān)考員收到指令，人工或智能實施現(xiàn)場清查，在視距2米范圍內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)書籍、無用紙張、文具用品、手機、桌面刻字、非考試人員等，設(shè)備會提示移除，如存在光線過暗或干擾，會提醒予以糾正。

進一步檢查電子眼鏡、隱形耳麥、智能手表作等弊設(shè)備是否存在。全景智能監(jiān)考員提示考生伸手腕到固定區(qū)域，檢查是否戴有手表，晃動頭部撩開頭發(fā)，探視兩耳是否裝有收音電子設(shè)備，摘掉眼鏡查看是否具有作弊功能，直至沒有作弊風(fēng)險。

此時，網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)也要進行自檢，包括：計算機設(shè)備是否正常、電腦是否有軟件作弊器應(yīng)用程序、同主機設(shè)備是否有雙鍵盤等協(xié)助作弊的I/O設(shè)備。當(dāng)考生正常登錄考試系統(tǒng)，全景智能監(jiān)考員會提示考生進行人臉識別核身，防作弊系統(tǒng)確認考生身份后，一方面要將考場視頻送至考試中心存檔，另一方面要給予考試系統(tǒng)組卷提示，進入答卷考中過程。

2.考中監(jiān)控

進入考中過程，全景智能監(jiān)考員記錄考生正面及雙手、計算機屏幕、周邊全景影像，并自動開啟遠程巡考模式。巡考模式主要有作弊識別和巡考員異常檢查兩大業(yè)務(wù)職能。

作弊識別能夠自主識別提醒、終止考試兩種級別作弊異常。一是考生低頭翻看手機或書籍，扭頭，不關(guān)注電腦顯示屏和鍵盤輸入設(shè)備，手部沒有動作，屏幕卻出現(xiàn)自動答題等提醒級異常;二是對中途有人員進入考場談話、去洗手間離開座位等終止考試級異常。

全景智能監(jiān)考員發(fā)現(xiàn)異常，會提示考試監(jiān)控中心巡考員人工干預(yù)異常處理，并對違紀情況標記替考、作弊及違紀事項。巡考人員首先按提示調(diào)取考場實況影像和異常影像回放，如果發(fā)現(xiàn)作弊行為存在，可以通過全景智能監(jiān)考員向考試者提出質(zhì)疑或給予口頭警告，系統(tǒng)將自動記錄與考生通話音視頻、警告及違紀標志信息，防止再次作弊和追溯。如果違反考紀情況嚴重，巡考員可以下達違紀終止考試指令，通知網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)提交試卷，終止本次考試并取消本次考試成績，進入考試結(jié)束過程。

在自動巡考模式下，巡考員異常檢查包括：全景智能監(jiān)考員運行狀態(tài)是否出現(xiàn)異常。例如：是否長時斷網(wǎng)（設(shè)備脫網(wǎng)時間超過10秒）、是否有異物遮擋攝像頭或被移位、麥克風(fēng)堵塞現(xiàn)場收音不良等。一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)會提示遠程監(jiān)考員干預(yù)異常處理。例如：自動終止考試、取消成績、重新開始新的考試等。當(dāng)防作弊系統(tǒng)接收到網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的考試結(jié)束信號，啟動巡考結(jié)束處理，智能監(jiān)考員設(shè)備將影像自動上傳至考試中心平臺存證。作弊及警告影像記錄保存6個月，作弊記錄保存1年，以備后期復(fù)查調(diào)取使用。

當(dāng)考試過程中沒有發(fā)現(xiàn)巡考異常和監(jiān)考終端異常，直到考生交卷或考試系統(tǒng)定時強制收卷，防作弊系統(tǒng)將會進入到最后的考試結(jié)束環(huán)節(jié)。當(dāng)智能監(jiān)考員接受到考試結(jié)束指令，完成上傳注銷并登記本次監(jiān)考起止時間后，設(shè)備自動關(guān)機。

3.考后處理

考后由技術(shù)人員啟動異常數(shù)據(jù)自動分揀工作，將考試過程中被標注的異常逐一通過監(jiān)考人員人工復(fù)審，再次確認是否存在作弊行為。如確實存在作弊行為，將通知考試系統(tǒng)取消考試成績，同時，將違紀處理意見計入防作弊系統(tǒng)，以備發(fā)布和核查調(diào)用。

三、分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)

1.總體設(shè)計思路

（1）設(shè)計理念

一方面，要實現(xiàn)智能一體化全景終端。具備全景影像記錄、網(wǎng)絡(luò)通訊、位置定位、物聯(lián)網(wǎng)遠程控制能力，為無死角監(jiān)考提供客觀、可信的存證依據(jù)和遠程設(shè)備管理手段。另一方面，要實現(xiàn)作弊識別智能化。實現(xiàn)無人考場清查、身份確權(quán)、多態(tài)作弊行為識別能力，具備設(shè)備異常及遠程運維功能，以減輕大規(guī)模并發(fā)考試對監(jiān)考、巡考人工的依賴，為網(wǎng)絡(luò)考試提供公平有利的防作弊手段，確保考試順利進行。

（2）技術(shù)架構(gòu)

要以全景智能技術(shù)為核心，通過無死角考場視頻采集、傳輸、查看、存儲信息，確保影像數(shù)據(jù)真實、身份信息可信。以人工智能算法、物聯(lián)網(wǎng)、分布式云計算為關(guān)鍵支撐技術(shù)，實現(xiàn)多種作弊行為的智能識別，且可溯源復(fù)查，避免考試公平和誠信危機。要具備大規(guī)模并發(fā)開展分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊的應(yīng)用能力，影像傳輸前要做必要的編碼壓縮，能夠?qū)崿F(xiàn)文件上傳的分發(fā)隊列，避免出現(xiàn)擁堵，對影像調(diào)取要實時快捷，存儲于后臺無人干預(yù)。

（3）應(yīng)用管理

防作弊系統(tǒng)需要建立開放式應(yīng)用接口。一方面要加強對智能監(jiān)控終端I/O遠程管理配置的能力;另一方面要實現(xiàn)對第三方考試系統(tǒng)提供RMI接口調(diào)用功能，以方便與更多的考試系統(tǒng)對接。

2.分散型網(wǎng)絡(luò)防作弊系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)分散型網(wǎng)絡(luò)防作弊系統(tǒng)的總體設(shè)計思路，本文基于全景智能技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)進行了設(shè)計。基于智能全景技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)整體上包含設(shè)備和應(yīng)用兩大模塊，自下而上包括I/O模塊層、圖像處理層、圖像存儲層、通訊服務(wù)層、識別算法與分布式計算層、防作弊應(yīng)用層、接口層，如圖 2 所示。

（1）I/O模塊層

I/O模塊層是防作弊系統(tǒng)的感官傳感器聚合，由考生用戶放置于考場使用。其采用5G、物聯(lián)網(wǎng)、視頻編解碼、直播與互傳等技術(shù)，構(gòu)建一體化全景智能防作弊終端。具體包含以下功能：①實現(xiàn)4K120幀全景360度無死角考場影像采集。②音頻功能。實現(xiàn)7米半徑全向聲音采集，為提示語音播放、遠程語音求助、作弊警告對話、協(xié)助作弊音源捕捉提供支持。③通訊與定位模塊。支持4G、5G移動信號及WiFi網(wǎng)絡(luò)接入，為影像傳輸、考場位置定位與平臺管理提供高速通訊支持。④本地影像存儲。實現(xiàn)4～6小時考試原畫影像、分幀圖片和直播影像循環(huán)存儲能力。⑤設(shè)備中控。實現(xiàn)對所有I/O模塊、傳感器和適配器部件的開關(guān)和通訊控制。

（2）圖像處理和存儲層

該部分由高速視頻編解碼芯片對全景影像進行加工，生成用于防作弊系統(tǒng)識別、現(xiàn)場瀏覽、存儲、傳輸?shù)某Ｒ?guī)影像。其主要包括以下功能模塊：①影像展開處理。在內(nèi)存中將全景鷹眼球形影像進行44∶9的長方形4K120幀拉伸處理，通過算法糾正其圖像彎曲變形與變暗區(qū)域。②影像分割。為記錄和識別環(huán)境輔助作弊、考生作弊、系統(tǒng)作弊影像，需將拉伸影像進行三分屏切割，生成3個獨立的1080P30幀視頻流，包括：畫面4∶3比例的電腦機考畫面、考生正面畫面，以及32∶9的環(huán)境長畫面。然后將3個影像合成一個三分屏影像，編碼存儲在4K3分原畫存儲區(qū)，目的是為了去除非監(jiān)管區(qū)域的影像雜訊和減少視頻尺寸，便于考場原始影像遠程取證，存儲區(qū)40Gb滿足4小時左右的循環(huán)存儲。③內(nèi)存中的分割影像，同時送給關(guān)鍵幀分割處理，按照考試主動作弊識別存檔要求，設(shè)置2S～10S為間隔單位截取關(guān)鍵幀，每幀大小4～6Mb，放置于幀圖片存儲區(qū)，用于生成延時影像編碼和遠程4K考場原畫質(zhì)照片調(diào)取使用。④分割影像流同時送給H.264編碼器，輸出800K～1M 1080PAV編碼傳送給RTS直播推流服務(wù)，通過RRMP協(xié)議提供1～2s延遲的現(xiàn)場實況，用于巡考人員現(xiàn)場影像調(diào)取。⑤延時影像處理。將關(guān)鍵幀按順序送往延時編碼器，生成1080P切片m3u8文件流，通過RTMP協(xié)議推送延時影像給自動巡考系統(tǒng)，提升遠程巡考系統(tǒng)自動識別作弊行為的圖像傳輸品質(zhì)與穩(wěn)定性，其延時控制在30s以內(nèi)，4小時考試延時影像本地存儲尺寸小于15Gb。⑥存儲功能。存儲容量配置不小于64Gb，用于4～5小時考試過程延時影像、3分4k原畫、幀圖片的循環(huán)存儲。

（3）通訊服務(wù)層

通訊服務(wù)層包括三個功能模塊：①FTP服務(wù)。支持遠程巡考對現(xiàn)場照片和3分4K原畫文件進行下載回看。②RTSP服務(wù)。向巡考應(yīng)用層提供考場延時影像和實況影像。③設(shè)備中控服務(wù)。為巡考應(yīng)用層提供對智能全景終端的遠程運行狀態(tài)檢測、參數(shù)配置、運維管控功能。

（4）識別算法層

識別算法層一般采用人工智能第三方SaaS服務(wù)。該層主要功能包括：①人臉識別。將PCA作為人臉特征提取方法，由于人臉骨骼打點提升了提取的精確度而對臉部光線、表情等信息極不敏感，因此使用分類器對人臉進行分類歸屬從而實現(xiàn)人臉識別和考生身份核驗，避免替考行為發(fā)生[14]。②環(huán)境識別。基于視頻內(nèi)容提取抽幀算法，并對每一幀畫面里的內(nèi)容，如書本、文具用品、眼睛、手表、耳機形狀等進行歸納提取，建立視頻資料庫，識別考場環(huán)境，防止作弊器材進場。③圖像識別。采用圖像語義分割算法，基于影像區(qū)域的人體多邊形標注與分割，識別協(xié)助作弊人進入現(xiàn)場輔助作弊。④骨骼識別。基于骨骼點算法，檢測出人體頭部、軀干、四肢上的關(guān)鍵點，融合人體骨架和作弊行為視頻圖像信息的行為識別方法，在保留基于骨架方法對動作針對性的同時，通過與圖像信息結(jié)合，提高行為識別的準確率，對回頭、低頭、起身、離開、頭部不看計算機等行為進行歸納提取，建立可識別的作弊行為視頻資料庫。⑤聲紋識別。聲紋識別技術(shù)是一種生物認證的方法，從說話人能反映自己生理和行為個性特征的語音參數(shù)中提取出說話人是誰的過程。在與文本相關(guān)的聲紋識別研究中，既要包含說話人身份的識別，又要包含語音文本內(nèi)容的識別。結(jié)合語音識別與文本相關(guān)的聲紋識別方法，從而建立說話人的聲紋模型和語音文本模型，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場除考生以外的語音進行身份辨認，識別是否存在協(xié)助作弊。

（5）分布式計算層

分布式計算層包含分布式計算架構(gòu)、分布式應(yīng)用服務(wù)、分布式數(shù)據(jù)庫、對象存儲及IoTOS等大并發(fā)防作弊支撐架構(gòu)。①ECS應(yīng)用服務(wù)器。用于防作弊應(yīng)用的部署。②EDAS分布式應(yīng)用服務(wù)。為防作弊應(yīng)用提供彈性微服務(wù)發(fā)布及管理框架，以便支持大并發(fā)監(jiān)考應(yīng)用訪問。③DRDS分布式數(shù)據(jù)庫。將考生身份信息、考試信息分布式存儲。④OSS對象存儲。用于延時影像、幀圖片、4K3分原畫、巡考作弊通話記錄等考試存證影像遠端保存，同時提供CDN點播加速，為作弊復(fù)審存證影提供回看功能。⑤IoTOS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。提供智能全景終端的遠程控制、開發(fā)組件、可視化編程設(shè)計工具，將智能全景終端的設(shè)備注冊、運行狀態(tài)、配置信息抓取控制。

（6）防作弊應(yīng)用層

防作弊應(yīng)用層包括巡考管理、考后處理、設(shè)備管理三個模塊。

巡考管理。調(diào)用全景智能監(jiān)考終端m3u8延時影像，生成16/32/64/128分屏的視頻巡檢窗口。①作弊識別。考中開始自動調(diào)取識別算法層進行作弊識別，發(fā)現(xiàn)違紀可疑行為會對巡考員發(fā)出告警提示，并在視頻區(qū)域閃動紅色方框。②現(xiàn)場調(diào)取。巡考員人工調(diào)取全景智能監(jiān)考終端的RTSP現(xiàn)場實況直播影像。③作弊警示。向考場發(fā)送作弊警示語音提醒，實現(xiàn)巡考員與考生雙向語音溝通，警示存證自動錄制與存儲。④作弊處理。下達強制退出考試命令，并自動通知網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)結(jié)束考試，并取消本次成績。

考后處理。①存證保存。考試延時影像、考試過程中調(diào)取的現(xiàn)場圖片、直播影像、作弊警示存證等全部保存，按業(yè)務(wù)需求保存在CDN節(jié)點上6～12個月。②作弊復(fù)審。按照考生考號、考場所在位置、考試日期等進行復(fù)審檢索，可調(diào)取CDN節(jié)點上的存證。存證到期后，防作弊系統(tǒng)生成存證到期列表，提示工作人員刪除存證影像。

設(shè)備管理。包含設(shè)備注冊、終端運行狀態(tài)監(jiān)管、設(shè)備異常故障處理、遠程設(shè)備配置四個子模塊。①設(shè)備注冊。在考生啟動全景智能監(jiān)考終端時，實現(xiàn)自動設(shè)備考試注冊、同步GPS時鐘、發(fā)送待機工作指令。②狀態(tài)監(jiān)管。提示全景智能監(jiān)考終端的存儲空間、編碼器GPU壓力與溫度、網(wǎng)絡(luò)吞吐、上聯(lián)服務(wù)器、鏡頭與音視頻工作狀態(tài)等信息。③故障處理。提供遠程設(shè)備故障重啟，以及音視頻參數(shù)等設(shè)備故障自檢修、自恢復(fù)管理。④遠程配置。配置全景智能監(jiān)考終端的延時影像ISO感光、間隔時長、各存儲區(qū)容量、文件、影像文件像素及編碼屬性。

（7）接口層

接口層提供統(tǒng)一的設(shè)備終端操作SDK，供網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)調(diào)用人臉識別認證、時鐘同步等功能。存證檢索及調(diào)取API，如網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)機考作弊，可以進行考試、應(yīng)用層存證檢索、存證調(diào)取SDKI。該層還可為網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)提供考試開始、考試過程中、考試結(jié)束數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)流程的調(diào)用與訪問，滿足與第三方考試系統(tǒng)緊密集成的業(yè)務(wù)需求。

綜上所述，基于全景智能技術(shù)構(gòu)建的分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)具備以下核心功能：①本地?zé)o死角監(jiān)考功能。一方面可將考生考試過程以全景三分屏形式全程記錄，并提供原始影像、現(xiàn)場圖像抓拍下載，以及現(xiàn)場影像直播;另一方面，可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來監(jiān)管終端，進行遠程運行狀態(tài)查詢、配置與運維。②提供基于人工智能識別算法實現(xiàn)的作弊自主識別、作弊提醒和終止考試功能，并將考試及作弊處理全過程存證，提供復(fù)查管理。

四、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及環(huán)境搭建

在研制分散型網(wǎng)絡(luò)防作弊系統(tǒng)的過程中，筆者不僅要對市場上現(xiàn)有的全景攝像機終端進行必要改進，同時還要使用百度、Face++等人工智能平臺的SaaS服務(wù)進行封裝模型庫，同時還要引入許多成熟的新技術(shù)，如流媒體技術(shù)、分布式應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，從而更好地保證分散網(wǎng)絡(luò)防作弊系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、易用性、分布性、智能化、開放性等優(yōu)良特征。其核心技術(shù)主要為全景影像拉伸算法和人工智能三畫面識別兩個方面。

1.全景影像處理技術(shù)

全景攝像機為了擁有更大的水平廣角，采用了魚眼鏡頭，不僅存在嚴重的圖像畸變，如圖3（a）所示，也會因考場四周角度光線照度不同，對影像帶來大量的噪聲干擾，使后期的人工智能識別算法誤判率增加。因而，為了獲得2、3分屏高清考場影像，就需要在全景影像的基礎(chǔ)上實現(xiàn)拉伸、去燥、切割、合成四個步驟。拉伸采用了全景相機濾波、參數(shù)標定、重投、影和圖像塊的拼接四個步驟。運用TV圖像去噪模型建立泛函函數(shù)后引入卷積運算，二次濾波去噪，降低噪聲點對圖像拼接過程的干擾。然后將魚眼圖像投影到多個平面，分割成多個子圖，且相鄰子圖之間具有視角重疊區(qū)域，在此基礎(chǔ)上通過半投影變換構(gòu)造直紋面方程的圖像拼接方式，重構(gòu)魚眼圖像全局，幾何變換生成一個長方形狀，如圖3（b）所示。使用多分辨率融合獲得一張無縫隙的全景圖像，再用圖割法尋找最佳縫合線生成44∶9的長方形影像，將各個子圖重新拼接為一張較為完成的圖像以達到魚眼圖像畸變校正的目的。最后，引入SIFT圖像拼接算法進行特征點的提取與匹配，采用加權(quán)融合算法對圖像進行融合處理，得到視覺效果良好的長方形全景影像，再進行監(jiān)考區(qū)域切合處理，生成供智能巡考2、3分流處理使用，如圖3（c）和圖3（d）所示。

2.人工智能作弊識別技術(shù)

人工智能也稱機器智能，通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練，能夠?qū)崿F(xiàn)機器視覺、聽覺、觸覺、感覺及思維方式的模擬，因而具有人類的知識和行為。人工智能可以通過機器學(xué)習(xí)，以及推斷、判斷來解決問題，甚至擁有知識記憶和人類自然語言的能力[14]。這也是人工智能技術(shù)在防作弊領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的主要因素。哥本哈根大學(xué)曾提出，有人工智能在，別想欺騙考試[15]。

近幾年來，華為、百度、阿里、科大訊飛等IT企業(yè)提供了AI開放平臺，幫助開發(fā)者快速創(chuàng)建和部署在線編程環(huán)境、免費GPU算力、海量開源算法和開放數(shù)據(jù)。分散型網(wǎng)絡(luò)防作弊系統(tǒng)所用的人臉、圖像比對、聲紋、手勢、骨骼[16]等識別模型，基于AI調(diào)用CV-目標檢測、RNA結(jié)構(gòu)與色算法、分布式推薦算法等綜合算法就可以實現(xiàn)。因此，在開發(fā)過程中，只需要建立防作弊模型庫，不斷將作弊行為視頻入庫讓機器學(xué)習(xí)，就能識別更多作弊種類和操作方式，提升了系統(tǒng)開發(fā)效率并減少了識別算法模型研究的時間。

3.實驗系統(tǒng)搭建

分散型網(wǎng)絡(luò)考試防作弊系統(tǒng)搭建場景和軟硬件配置清單分別如圖4、表1所示。

五、結(jié)論與建議

應(yīng)用全景智能技術(shù)構(gòu)建的防作弊系統(tǒng)，為分散型網(wǎng)絡(luò)考試提供了創(chuàng)新解決思路。該系統(tǒng)在架構(gòu)設(shè)計上綜合運用了全景智能終端大廣角覆蓋特征與人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在算法、算力、智能化方面的優(yōu)勢，結(jié)合市場現(xiàn)有產(chǎn)品，快速搭建了實驗環(huán)境，實現(xiàn)了分散型網(wǎng)絡(luò)考試的本地?zé)o死角監(jiān)考、遠程智能巡考等功能，達到了預(yù)期目標。

在系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計在震懾和杜絕作弊行為方面仍需完善。一方面，全景智能終端防作弊專用功能需要增強。例如：設(shè)備操控的易用性與穩(wěn)定性需要加強，需要具備防屏蔽信號干擾、人體熱成像防躲避識別、隱形攝像機現(xiàn)場檢測和高速影像處理能力。另一方面，要完善防作弊識別行為庫，提升識別精準度，加強隱私保護中肖像侵權(quán)的模糊處理，以便適應(yīng)真實考場嚴苛的實戰(zhàn)需要。

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（編輯：王曉明）