生物識(shí)別技術(shù)在高校校園門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：生物識(shí)別技術(shù)作為一種新興的身份識(shí)別技術(shù)，在高校校園門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用備受關(guān)注。旨在探討生物識(shí)別技術(shù)在高校校園門禁系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用及效果。首先，概括了生物識(shí)別技術(shù)的種類和特點(diǎn)，以及在門禁系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)；其次，分析了高校校園管理對(duì)門禁系統(tǒng)的需求；再次，對(duì)生物識(shí)別高校校園門禁系統(tǒng)的實(shí)踐與應(yīng)用進(jìn)行介紹；最后，研究了生物識(shí)別技術(shù)在高校校園門禁系統(tǒng)應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與對(duì)策。結(jié)果表明，生物識(shí)別技術(shù)在高校校園門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的實(shí)際意義和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：生物識(shí)別技術(shù)；校園門禁系統(tǒng)；人臉識(shí)別；硬件設(shè)計(jì)；軟件搭建

中圖分類號(hào)：TN919；TP311.52；TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，生物識(shí)別技術(shù)作為一種高度安全可靠的身份驗(yàn)證手段，逐漸在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。在高校校園中，門禁系統(tǒng)是保障校園安全和管理的重要組成部分，而傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)存在身份驗(yàn)證不便、安全性不足等問(wèn)題。因此，引入生物識(shí)別技術(shù)成為提升門禁系統(tǒng)安全性和效率的重要途徑之一。生物識(shí)別技術(shù)具有獨(dú)特性、準(zhǔn)確性高、難以偽造等特點(diǎn)，通過(guò)生物特征如指紋、掌紋、人臉等進(jìn)行身份驗(yàn)證，相較于傳統(tǒng)的卡片或密碼驗(yàn)證方式，該技術(shù)更加安全可靠[2]。在高校校園中，由于學(xué)生、教職工和訪客眾多，傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)可能存在卡片遺失、密碼泄露等問(wèn)題，而生物識(shí)別技術(shù)則能夠有效避免這些安全隱患[3]。因此，在高校校園門禁系統(tǒng)中引入生物識(shí)別技術(shù)，不僅提升了安全性，也方便了校園管理、改善了用戶的操作體驗(yàn)。

1 面向高校校園門禁系統(tǒng)的生物識(shí)別技術(shù)

傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的需求，生物識(shí)別技術(shù)作為一種先進(jìn)的身份識(shí)別技術(shù)，在高校校園門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)，因此許多高校開(kāi)始積極探索生物識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用。高校校園門禁系統(tǒng)涉及的生物識(shí)別技術(shù)種類包括：①指紋識(shí)別技術(shù)。指紋識(shí)別技術(shù)是最為常見(jiàn)和成熟的生物識(shí)別技術(shù)，它利用人體手指的唯一紋路模式進(jìn)行身份識(shí)別。在高校校園門禁系統(tǒng)中，通過(guò)將學(xué)生、教職工等用戶的指紋信息錄入系統(tǒng)并與已有的指紋庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別出用戶身份。指紋識(shí)別技術(shù)具有響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確度高、不易被偽造等優(yōu)點(diǎn)，因此在門禁系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。②面部識(shí)別技術(shù)。近年來(lái)面部識(shí)別技術(shù)快速發(fā)展，它是通過(guò)對(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別和身份確認(rèn)的技術(shù)?；跀z像機(jī)抓拍的人臉圖像，通過(guò)算法提取人臉的多個(gè)特征點(diǎn)，如眼、鼻、嘴等，然后將這些特征點(diǎn)與人臉庫(kù)中已有的人臉特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出相似度，從而實(shí)現(xiàn)身份的確認(rèn)。面部識(shí)別技術(shù)具有非接觸式、高精度、人機(jī)交互性好等特點(diǎn)，適用于門禁系統(tǒng)[4]。

2 高校校園門禁系統(tǒng)需求分析

校園出入口門禁系統(tǒng)需要在人流量較大的情況下，快速、準(zhǔn)確識(shí)別相關(guān)人員身份，并且需要有效避免盜用他人身份入校的情況，以防止外來(lái)人員給校園安全帶來(lái)隱患。傳統(tǒng)刷卡識(shí)別方式已不能滿足需求，生物識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)出必要性。當(dāng)人員通過(guò)校園出入口時(shí)，門禁系統(tǒng)需要記錄進(jìn)出方向，為管理者提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)便于后續(xù)軌跡追蹤。特殊情況下門禁系統(tǒng)可以開(kāi)放，以便應(yīng)急疏散。高校校園門禁系統(tǒng)需滿足校園環(huán)境對(duì)智能化水平、實(shí)時(shí)性、安全可靠性等方面的需求。其具體需求包括：①圖像信息采集需求。采集人臉圖像的終端設(shè)備需要有足夠高的分辨率及自動(dòng)補(bǔ)光等功能。

②數(shù)據(jù)傳輸需求。數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?zhǔn)確性是門禁系統(tǒng)的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的無(wú)線通信方式，如藍(lán)牙通信等，因覆蓋范圍小、通信距離短、功耗大、無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間連接等不足，在應(yīng)用中仍需改進(jìn)。而采用有線傳輸?shù)姆绞?，雖然布線會(huì)較為復(fù)雜，但是可以保持日常運(yùn)行穩(wěn)定，滿足安全、可靠等需求。③報(bào)警及聯(lián)動(dòng)需求。系統(tǒng)能夠根據(jù)識(shí)別結(jié)果快速完成報(bào)警及開(kāi)鎖等操作，并且可以遠(yuǎn)程控制開(kāi)門，實(shí)現(xiàn)突發(fā)狀態(tài)的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處置功能[5]。

3 生物識(shí)別高校校園門禁系統(tǒng)的實(shí)踐與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)概述

結(jié)合高校各場(chǎng)景人員通行管理需求，引入生物識(shí)別技術(shù)，建立生物識(shí)別高校校園門禁系統(tǒng)，提高系統(tǒng)識(shí)別的準(zhǔn)確度和效率。該系統(tǒng)可以解決傳統(tǒng)刷卡方式中人卡不一的問(wèn)題，并且系統(tǒng)配備了統(tǒng)一管理后臺(tái)，可對(duì)人員信息進(jìn)行及時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景的權(quán)限管控，提升學(xué)校人員管理的有效性和校園安全管理水平。

3.2 系統(tǒng)組成

生物識(shí)別高校校園門禁系統(tǒng)主要由前端人臉識(shí)別門禁設(shè)備、中間傳輸網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)管理服務(wù)器以及統(tǒng)一管理平臺(tái)組成。其中，生物識(shí)別高校校園門禁設(shè)備根據(jù)使用場(chǎng)景和方式的不同，具有多種設(shè)備形態(tài)，如學(xué)生宿舍和實(shí)驗(yàn)室可使用壁掛式設(shè)備；出入口門禁使用人臉識(shí)別平板、人行道閘、讀卡器、門控板等設(shè)備；后端設(shè)備使用系統(tǒng)服務(wù)器等設(shè)備。傳輸網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)校園內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將前端設(shè)備與后端服務(wù)器進(jìn)行連接組網(wǎng)。如圖1所示，生物識(shí)別高校校園門禁系統(tǒng)管理平臺(tái)包括系統(tǒng)管理、人員信息管理、出入記錄、數(shù)據(jù)可視化等模塊，其可以幫助管理員實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的人員信息管理、設(shè)備管理和群組管理。該平臺(tái)還支持各場(chǎng)景權(quán)限配置、批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、報(bào)表數(shù)據(jù)可視化展示等功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.3 技術(shù)方案

根據(jù)上述系統(tǒng)需求分析，設(shè)計(jì)基于人臉識(shí)別技術(shù)的高校校園門禁系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括硬件設(shè)計(jì)和管理軟件設(shè)計(jì)。具體方案如下。

（1）硬件設(shè)計(jì)。利用人工智能開(kāi)發(fā)板進(jìn)行硬件搭建，采用國(guó)產(chǎn)化的RK3399處理器和Mali-T864圖形處理器（graphics processing unit，GPU）；板載采用2 GB LPDDR3隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（random access memory，RAM），16 GB eMMC只讀存儲(chǔ)器（read-only memory，ROM）；具備千兆以太網(wǎng)，支持Android、Linux系統(tǒng)；支持雙路攝像頭數(shù)據(jù)同時(shí)輸入，為圖像識(shí)別應(yīng)用加速。RK3399開(kāi)發(fā)板作為門禁系統(tǒng)的核心控制板，滿足人員信息的存儲(chǔ)、人臉識(shí)別算法的部署、人員信息的實(shí)時(shí)采集、門禁的開(kāi)門控制等業(yè)務(wù)的要求。

（2）管理軟件設(shè)計(jì)。管理軟件包含4個(gè)部分：①數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層包括教職工信息、學(xué)生信息、長(zhǎng)期人員信息、人臉特征值等。②業(yè)務(wù)層。根據(jù)算法對(duì)人臉特征值進(jìn)行比對(duì)，若特征值達(dá)到閾值，開(kāi)門；若特征值未達(dá)到閾值，拒絕開(kāi)門，并且對(duì)結(jié)果進(jìn)行記錄，形成出入記錄以供后期追溯。③接口層。該層的作用是承上啟下，對(duì)硬件進(jìn)行命令下發(fā)與調(diào)度。④應(yīng)用層。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)信息維護(hù)、數(shù)據(jù)查詢分析等。高校校園門禁系統(tǒng)可以對(duì)人員通行權(quán)限進(jìn)行精準(zhǔn)控制，包含時(shí)間權(quán)限、設(shè)備權(quán)限等。

3.4 應(yīng)用效果

本文搭建了一套滿足實(shí)際使用需求的智能化門禁系統(tǒng)。此系統(tǒng)以生物識(shí)別技術(shù)為核心，以學(xué)校人員高效率自助通行為目標(biāo)，并且以人臉識(shí)別技術(shù)為依托，最終實(shí)現(xiàn)了高校人員高效率、高準(zhǔn)確率、高可靠性通行，解決了長(zhǎng)期以來(lái)高校人員通行管理的難題，杜絕非本人借用校園卡進(jìn)行盜刷的現(xiàn)象；減少人工查驗(yàn)證件的煩瑣步驟，提升通行效率且降低通行等待時(shí)間；形成通行大數(shù)據(jù)，以便于對(duì)人員通行記錄的后期追溯，輔助追蹤人員軌跡，有利于相關(guān)案件的偵破。

4 生物識(shí)別高校校園門禁系統(tǒng)應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與對(duì)策

4.1 環(huán)境因素

生物特征識(shí)別技術(shù)對(duì)環(huán)境要求較高，如光照條件等會(huì)對(duì)識(shí)別的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。為了實(shí)現(xiàn)在環(huán)境因素變化的情況下保證人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性，可以通過(guò)在學(xué)校門口搭建遮陽(yáng)棚并在識(shí)別設(shè)備上加裝遮陽(yáng)帽來(lái)解決。

4.2 隱私保護(hù)

生物特征識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用涉及個(gè)人敏感信息的采集和保存，如指紋、面部圖像等。在應(yīng)用生物識(shí)別技術(shù)時(shí)，需要嚴(yán)格遵守隱私權(quán)相關(guān)的法律法規(guī)，確保個(gè)體的生物信息不被濫用或泄露。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全加固，必須使用強(qiáng)密碼作為賬號(hào)密碼和數(shù)據(jù)庫(kù)密碼來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，以保護(hù)用戶隱私。

4.3 技術(shù)成熟度

生物識(shí)別技術(shù)雖然在身份認(rèn)證方面具有較大優(yōu)勢(shì)，但其技術(shù)成熟度仍然有待提高。生物識(shí)別技術(shù)存在誤識(shí)別和漏識(shí)別等問(wèn)題，需要進(jìn)一步研發(fā)和改進(jìn)技術(shù)，提高其準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)算法的更新和迭代，能夠有效提升系統(tǒng)識(shí)別能力。

5 結(jié)論

生物識(shí)別技術(shù)在高校校園門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用具有明顯的創(chuàng)新性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文不僅可以為高校校園門禁系統(tǒng)的升級(jí)提供參考，也可以為生物識(shí)別技術(shù)在教育領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用提供有益的經(jīng)驗(yàn)。希望本研究能夠?yàn)楦咝Ｐ@安全管理和生物識(shí)別技術(shù)的結(jié)合提供有益借鑒，以推動(dòng)校園安全管理水平的不斷提升。

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