融合活體人臉識別和位置檢測的智能查寢系統

達慧 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、統計煩瑣和結果真實性難以把控等問題，文章設計了一種基于活體人臉識別融合位置檢測的智能查寢系統。系統分為面向管理員的網頁端和面向學生的移動應用兩部分，前者采用SSM框架，設有考勤管理、請假管理和學生信息管理等功能;后者基于Android平臺，設有簽到、考勤查詢等功能，簽到采用靜默式活體人臉識別融合位置檢測技術。智能查寢系統功能設計較為合理、易于操作、界面簡潔，并且查寢準確度高，具有一定的實際推廣價值。

關鍵詞：SSM;Android;人臉識別;位置檢測;智能查寢系統

中圖分類號：TP391.4? 文獻標識碼：A 文章編號：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生數量不斷增加，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節，是保障學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生寢室進行人工考勤，具有記錄煩瑣、效率低、學生覆蓋面窄等問題，小部分高校實現了利用計算機進行無人化宿舍考勤工作。

現實生活中，人臉識別系統已廣泛應用于公安、金融、機場、地鐵、邊防口岸等多個領域，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，宿舍人臉識別考勤需要融合學生位置檢測。為實現人性化人臉識別，提高用戶的使用感受，采用靜默式活體人臉識別技術。根據上述情況，本文設計了一種基于活體人臉識別融合位置檢測的智能查寢系統。

1? 系統實施方案

1.1? 需求分析

基于人工考勤的諸多缺陷，迫切需要一個信息化的管理系統去提升整體宿舍考勤的運轉效率。通過對多個高校進行走訪調查，發現高校對于學生簽到結果的真實性十分重視。人工考勤的方式，會因為其他學生代寢而產生考勤結果真實性不佳的問題。市面上的無人化考勤系統存在無定位功能或室內位置定位不準確，導致考勤結果準確性不高的問題。通過對市面上已有考勤相關產品的研究，發現活體人臉識別融合位置檢測的考勤方式，能夠有效地提高學生宿舍考勤結果的真實性和準確性。此外本系統還應該具有可靠性強，穩定性高，開發費用低等優點。

本系統的角色可分為宿舍管理員和學生兩種，核心功能有以下兩點：

（1）宿舍管理員：發布考勤的相關通知，查看所有學生打卡簽到結果，學生請假管理，其他系統角色的信息管理。

（2）學生：接收通知，位置檢測，活體人臉識別，歷史考勤查詢以及個人信息管理。

1.2? 功能設計

1.2.1? 管理端功能設計

本節將對智能查寢系統管理端的功能設計進行闡述，包含發布通知、設置考勤時間、考勤管理、請假管理和學生信息管理：

（1）發布通知。管理員可在系統中發布宿舍考勤相關信息，如考勤時間、尚未考勤成功人員的提醒等。對于既往發布的通知，管理員可以在系統中進行查看。

（2）考勤時間范圍的限定。管理員可以限定學生考勤的時間。如管理員可在系統中設置考勤限定時間為21：00～

22：00。學生接收到相應的考勤時間通知后，只有在上述的規定時間內才能進行接下來考勤的相關操作，否則，無法在移動端應用上進行正常的考勤操作。

（3）考勤管理。管理員可以按照宿舍樓、樓層、宿舍號和學號條件對學生簽到的結果進行組合動態查詢。頁面顯示已簽到和未簽到人員，能夠顯示總簽到人數和考勤率。

（4）請假管理。請假管理可分為請假和銷假兩部分。管理員可在系統中輸入請假人員的相關信息，包括人員學號、請假原因、外出地址、回校時間、聯系方式。對于已請假的學生，在宿舍考勤統計中，會標注為已請假。銷假部分是在確認學生回校后，管理員可對該學生進行銷假操作。

（5）學生信息管理。管理員可以新增，修改學生的相關信息。學生的信息包括學號、姓名、密碼、所在寢室信息、所在樓棟的經緯度，人臉信息。可對已畢業的學生進行賬號注銷的操作。

1.2.2? 學生端功能設計

本節將對智能查寢系統學生端的功能設計進行闡述，包含學生簽到、歷史考勤查詢和個人信息管理：

（1）學生簽到。學生端接收到來自管理端發布的通知后，需要在規定的時間內進行考勤。學生考勤主要分為兩個步驟。首先對學生所在位置進行定位，當系統判定本次學生考勤的位置在既定的范圍內，則進行接下來的人臉識別操作，否則無法繼續進行。其次成功通過活體人臉識別后，學生端考勤業務會獲取本次考勤的人臉信息，與系統初始錄入的用戶人臉信息進行比較，若通過比對得到人臉相似度大于設定的閾值，則視為本次簽到成功，否則視為考勤失敗。在考勤成功后，移動端應用會將學生考勤所在位置、人臉信息和考勤結果上傳到數據庫中。

（2）歷史考勤查詢。學生可以按照時間對自己歷史考勤進行查詢，顯示個人歷史考勤率。

（3）個人信息管理。在個人信息管理界面，學生可以對自己的用戶名或者密碼進行修改^[1]。

1.3? 系統架構設計

系統由為管理員提供管理相關操作的網頁端和面向學生考勤的移動端應用兩部分組成。面向管理員的網頁端采用的是B/S架構，管理員只需在有網絡、瀏覽器的地點條件下，就能夠隨時隨地實行查詢、瀏覽等業務處理。面向學生的移動端應用采用C/S架構，使學生考勤時的人臉信息及位置信息的安全性能夠得到保障。在學生端實現人臉識別，能夠減輕服務器處理多用戶同時考勤時的壓力。管理端和學生端共用一個數據庫服務器。智能查寢系統架構如圖1所示。

2? 系統實現

2.1? 管理端網頁的實現

管理端網頁的實現采用MVC的模式進行開發。MVC的開發模式將業務模型，用戶界面以及控制器進行分離，有著方便后期維護，耦合性低，重用性高的優點。在開發管理端的網站時采用SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架，SSM框架將整個系統劃分為視圖層、控制層、服務層、數據庫訪問層4層。Spring實現業務對象的管理和提供對持久層事物的支持，SpringMVC的功能是頁面的轉發重定向以及視圖的管理，MyBatis是數據持久層框架，支持編程人員自定義SQL語句^[2]。

管理端網頁的前端布局、動畫以及樣式采用Layui和Bootstrap框架實現。Layui是采用自身模塊規范編寫的前端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，使用簡潔靈活。如圖2所示為管理端考勤管理頁面，在此頁面提供了查寢統計的相關信息，可根據搜索框的組合動態查詢已查寢和未查寢學生相關信息。

2.2? 學生端考勤應用的實現

考慮到學生群體主要使用的智能手機為安卓的操作系統，因此學生端考勤應用基于安卓進行開發。

2.2.1? 推送功能的實現

由于安卓系統在國內缺少統一的云推送服務，需要在考勤應用中注入推送相關的SDK以實現通知的接收。市面上的第三方推送服務商主要有極光，百度和個推。經過對比，發現極光推送擁有如華為、小米、vivo等手機廠商通道，極光會自動轉發到廠商通道，不受APP進程影響，從而保證通知及時送達。管理端的通知推送可以集成極光推送的后臺管理界面，宿舍管理員能夠方便快捷的發布通知。

2.2.2? 位置檢測功能的實現

學生端定位功能的實現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絡定位請求流量小、定位速度快的優點，但在室內對于定位精確度有著較大的影響，會造成學生考勤位置定位準確度低的問題^[5]。當用戶進行簽到時，系統將計算該學生本次考勤位置和既定位置的偏差值，當偏差值小于設定的閾值時即可視為該學生在既定位置進行考勤。如圖3所示，利用百度地圖定位SDK對學生的位置進行定位。

2.2.3? 活體人臉識別功能的實現

活體人臉識別功能采用虹軟離線人臉識別SDK實現。人臉信息的離線處理相較于在線處理，能夠有效緩解服務器的計算壓力，不受網絡狀況的限制。虹軟離線人臉識別SDK提供了靜默式RGB人臉識別。靜默式人臉識別相較于以往的活體檢測，不需要用戶進行諸如微笑，眨眼，搖頭等操作，用戶的體驗能夠得到有效的提升。通過采集人像的破綻（摩爾紋、成像畸形等）來判斷目標對象是否為活體，可有效防止屏幕二次翻拍等作弊攻擊。如今，大部分手機的性能已經能夠很好地進行離線實時活體人臉處理。采用虹軟離線靜默式活體人臉識別SDK人臉信息提取以及對比的耗時范圍為400～500 ms。如圖4所示，當學生端考勤應用成功識別和對比后，界面左上角顯示出原始的人臉信息以及學生的姓名。

學生端人臉識別考勤流程為：通過學生移動設備的攝像頭，判斷學生是否為活體，通過活體識別后對學生人臉信息進行提取，在人臉數據庫中進行比對，并且將成功考勤的人臉特征經過Base64編碼后存儲到云端數據庫當中。

此外管理端網頁在查看學生考勤結果時，系統會對學生上傳的人臉信息進行二次核實。如果得出的人臉相似度小于設定的閾值，則會在系統中醒目的標注為紅色，可發通知要求該學生重新考勤。

3? 結? 論

本文研究的目標是實現智能化查寢系統，對于人工考勤存在的查寢真實性和準確性問題，考勤系統實現了學生端活體人臉識別和位置檢測的功能。對于管理員記錄煩瑣和查詢效率低的問題，在管理端實現了考勤管理、請假管理和學生信息管理的功能。最終，設計實現了一款面向用戶的功能齊全、易于操作、界面簡潔的智能查寢系統，解決了人工查寢帶來的諸多缺陷。經過測試，本系統學生端查寢準確度高，管理端管理查寢效率高。

參考文獻：

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[5] 陳健鑫.合勝科技一體化運維管理系統設計與實現 [D].上海：東華大學，2014.

作者簡介：達慧（1998—），女，漢族，江蘇南通人，本科在讀，研究方向：機器學習。

收稿日期：2021-04-26