基于物聯網識別與感知技術的試卷押送智能監控系統構建

姜 晶，顧 君

(1.江蘇建筑職業技術學院，江蘇 徐州 221116；2.徐州市教育考試院，江蘇 徐州 221003)

0 引言

隨著信息技術的發展，保密室安保措施也在不斷更新換代，某市教育考試院現存的教育考試試卷安保措施基本滿足了國家教育考試安保的要求，但是國家教育考試過程中，試卷離開保密室到考點，再到考試結束后從考點返回保密室的途中的安保尚未形成閉環管理。

隨著物聯網技術的發展，物聯網相關技術在很多行業都得到了廣泛的運用。這些經驗都為研究實現試卷末端押運的“技防”措施提供了新的方法。物聯網是用局部網絡或者互聯網通信技術把傳感器、控制器和機器，還有人員和物等，通過新的方式連接在一起，形成了人與物、物與物的相連，從而能夠實現信息化和遠程的管理控制[1-2]。

為了解決閉環管理問題，本文設計研發了用于國家教育考試試卷智能安保箱。基于物聯網的識別與感知技術的某市國家教育考試試卷安保體系就是在基于智能安保箱應用的前提下，構建了運用監管末端智能設備的安保體系。

1 智能監控系統研究思路

本文綜合了文獻資料法、實地調查法、案例分析法、小范圍的模擬演練法等對課題的主題成果進行校驗，逐步實現課題的最終目標，研究的技術路線是通過查詢在某市的高校圖書館、市圖書館、網絡平臺等相關資料，獲悉此方面課題在國內外的研究現狀，專研有關政策文件，請教相關學者專家，最終確定了研究目標及課題方向；經過閱讀文獻，梳理分類，對多個基于物聯網的智能系統進行案例分析，通過考點的實地調研、考務人員的座談等制定了具體的研究計劃；研究計劃包括案例分析、對比研究、結合實例、系統分析、全局構建、模塊實現、模擬調試、實驗應用，按照計劃步驟實施，最終分析總結，探索出基于物聯網的國家教育考試試卷安全保密體系；最后一個階段的任務就是撰寫研究報告，收集反饋意見，修正完善研究成果，積極推進落實落地，并進行適當的推廣應用。課題研究的技術路線圖示化后如圖1所示。

圖1 課題研究的技術路線

2 系統技術架構

基于物聯網的識別與感知技術的某市國家教育考試試卷保密體系從物聯網技術架構上來看可以分為4個層次：感知層、網絡層、處理層、應用層[3-4]。

2.1 感知層

感知層即感知物理世界層，主要研究以下內容：(1)智能試卷安保箱的外觀研發設計；(2)智能試卷安保箱身份識別裝置研發設計；(3)智能試卷安保箱遠程遙控鎖、狀態感知器(開啟/關閉)的研發設計；(4)智能試卷安保箱的定位裝置(GPS)研發設計；(5)智能試卷安保箱的實時監控裝置研發設計；(6)智能試卷安保箱遠程控制裝置研發設計；(7)智能試卷安保箱的行車記錄研發設計；(8)智能試卷安保箱的刷臉認證裝置研發設計。

2.2 網絡層

網絡層即數據傳輸層，主要研究以下內容：(1)研究本課題(基于物聯網的國家教育考試試卷安全保密體系研究)的數據如何有效地在物聯網上傳輸；(2)對比各種類型網絡的特性，結合課題實際情況，選擇有效的網絡類型來傳輸數據；(3)對物聯網上傳輸數據的安全策略、加密方案、數據延時等解決方案進行探討；(4)對物聯網上傳輸數據的瓶頸設備及技術進行探討， 制定可解決的方案。

2.3 處理層

處理層即數據存儲及數據處理層，主要研究以下內容：(1)不同類型數據如何有效地融合處理與挖掘；(2)海量的物聯網數據如何有效地存儲；(3)利用云計算基礎設施實現云存儲的可行性研究；(4)利用大數據技術來實現數據的快速處理、數據篩選分析及數據可視化展示。

2.4 應用層

應用層即面向用戶層，主要研究以下內容：(1)總控平臺的構建與規劃；(2)預期成果的校驗與實現；(3)管理機制完善與科研成果落實落地；(4)意見反饋與成果推廣。

3 系統設計與實現

3.1 應用層設計

3.1.1 總控臺模塊劃分

基于物聯網的識別與感知技術的某市教育考試試卷安保體系總控系統由考點刷臉認證領取試卷箱模塊、試卷箱往返考點途中安全保障模塊、試卷箱到達考點后交互模塊、考點刷臉認證回收試卷箱模塊、清點押運至上級保密室模塊，5個頂層模塊組成。其中考點刷臉認證領取試卷箱模塊目前主要研發了刷臉驗證領取功能子模塊，試卷箱往返考點途中安全保障模塊目前主要研發定位追蹤功能子模塊，試卷箱到達考點后交互模塊目前主要研發了指令交互功能子模塊、開啟狀態感知子模塊、攝像存儲功能子模塊、密鑰驗證功能子模塊，考點刷臉認證回收試卷箱模塊目前主要研發了刷臉認證回收功能子模塊，清點押運至上級保密室模塊目前主要研發了定位追蹤功能子模塊。各層級模塊都預留拓展接口，方便各層級模塊的延伸升級?；谖锫摼W的識別與感知技術的某市國家教育考試試卷保密體系總控臺模塊劃分層次關系如圖2所示。

3.1.2 子模塊功能

(1)刷臉驗證領取功能子模塊。巡考及考務等工作人員事前采集數據錄入系統，待需要領取試卷箱時須通過刷臉認證對比，認證通過后方可領取考點試卷箱，對考點試卷箱及試卷箱內試卷材料等進行清點記錄操作，然后押送至此試卷箱事前備注的考點。

(2)定位追蹤功能子模塊。試卷箱內嵌入GPS定位、行駛記錄儀等傳感設備，試卷箱離開市級保密室押送至各個考點途中會產生位置偏移、行駛路線等相關感應數據，這些數據自動錄入系統，方便監管人員查詢監管與定位。

圖2 總控臺模塊劃分

(3)指令交互功能子模塊。在工作人員需要對試卷安保箱里試卷進行操作如清點、取出發放給學生、回收試卷放回等操作時，需要開啟試卷安保箱，這時需要申請開啟指令，得到傳送來的指令，根據指令方能請求開啟密鑰。

(4)開啟狀態感知子模塊。在試卷安保箱內嵌入狀態感知器，感知安保箱開啟狀態，并時刻把狀態變換數據化，數據自動傳輸錄入系統，狀態數據在系統平臺上圖形化，方便監管員一目了然地看清試卷安保箱是不是在規定的區域內處于開啟狀態，進行實時監管。

(5)攝像存儲功能子模塊。試卷安保箱側面裝有抽拉桿攝像裝置，對安保箱進行3600無死角的攝像，并把攝像高清全幀視頻進行本地存儲，然后抓取關鍵數據幀實時傳輸至總控臺，方便監管人員結合其他數據對試卷安全性做客觀真實的判斷。

(6)密鑰驗證功能子模塊。密鑰驗證是安保箱雙層開啟保障的第二層，第一層是在指令交互功能子模塊，申請到開啟指令后方能申請開啟密鑰，得到開啟密鑰正確輸入，方能開啟試卷安保箱。

(7)刷臉驗證回收功能子模塊。試卷回收功能的刷臉驗證對比的數據是試卷安保箱開啟時的刷臉認證通過的工作人員圖像，此功能確保整個考試過程試卷箱經手人一致性，防范事故推諉，有利于追責倒查。

(8)定位追蹤功能子模塊。此模塊主要是保障試卷離開市級保密室押送至上級保密室途中的安全，同樣開啟試卷箱內的GPS定位、行駛記錄儀等傳感設備，對途中會產生位置偏移、行駛路線等相關感應數據也會自動錄入系統，方便監管人員定位查詢及監管。

3.2 感知層設計

智能試卷安保箱的總體設計：物聯網作為新型的智能網絡，從技術架構上來看，可以分為4個層次：感知層、網絡層、處理層、應用層。感知層就相當于人體神經末梢，是用來感知物理世界，并且采集來自物理世界的各種信息，此外，還包括二維碼標簽、RFID標簽、讀寫器、傳感器、行車記錄儀、攝像頭和GPS設備等?；谖锫摼W的識別與感知技術的某市國家教育考試試卷保密體系的感知層主要探討了智能試卷安保箱的研發設計，比如安保箱嵌入需要的智能元器件，能夠感知和捕捉到系統需要的信息，并具有傳輸信息和接收指令的功能，總控臺對接收到的信息進行篩選處理并圖形化數據，從而達到總控臺對安保箱的識別、定位、跟蹤、監管和控制等需求[5-7]。

智能試卷安保箱關閉狀態，如圖3所示。

圖3 智能安保箱關閉狀態

(1)智能試卷安保箱遠程遙控鎖的開發與設計，用以安全開啟安保箱并感知安保箱的開啟與關閉狀態，并把狀態信息數字化實時發送至總控臺。

(2)智能試卷安保箱身份識別裝置，用以標識自身唯一性。

(3)智能試卷安保箱的定位裝置(GPS)，用以實時定位安保箱的當期位置信息，并進行實時跟蹤、記錄運動軌跡。

(4)智能試卷安保箱的實時監控裝置(類似攝像頭)，用以實現整個試卷押運途中的全程錄像。

(5)智能試卷安保箱的管理與配置，用于對開啟密鑰進行管理與驗證，并能與總控臺進行交互，校驗密鑰。

(6)智能試卷安保箱遠程控制裝置，當安保箱到達指定考點區域時，用以接收總控臺發來的開啟密碼箱的密鑰指令。

智能試卷安保箱開啟狀態，如圖4所示。

圖4 智能安保箱關閉狀態

在智能試卷安保箱處于開啟狀態時，主要起作用的裝置是智能狀態感知器和攝像儀。智能狀態感知器會傳遞開啟狀態數據至總控臺，總控臺圖形化數據顯示開啟狀態提示，攝像儀會全程攝像并全幀高清存儲在本地存儲卡上，然后抓取關鍵幀數據傳輸至總控臺，方便總控臺結合其他數據做出正確判斷，及時有效地監管試卷安全[8]。

4 結語

本文以某市國家教育考試試卷押送安保需求為切入點，借助物聯網技術，對末端試卷安保箱及整個試卷押送安保體系進行了規劃構建、設計實現、糾偏校驗、落地落實等一系列研究。運用系統工程化與系統模塊化的方法，先宏觀上進行系統分析與體系構建，然后模塊化物聯網的4個層次，對物聯網的感知層設備進行構建設計，實踐研發實例化了末端智能安保箱，實現了對各種需求信息的采集，與構建的在線總控平臺有效地融為一體，實現總控平臺對各種需求信息的采集，并對智能安保箱傳輸來的信息進行綜合處理分析，得到試卷安保的第一手數據，從而正確地判斷出試卷的安全性。通過總控臺與末端智能設備指令傳遞，達到人對“物”的遠程監管，實現“人防”與“技防”的完美結合，真正彌補了以往試卷在保密室和考點之間往返監管的空白。