主动式二维码考勤系统研究

魏为民，陈 鹤，王 芳

(1.上海电力学院，上海 200090;2.上海市天乘信息科技有限公司，上海 200120)

出勤是教师课堂或企业管理中的重要组成部分，同时也是衡量学生或员工的学习或工作状态的重要依据.目前主要的考勤方式有纸质考勤、ID/IC卡考勤、指纹识别考勤、虹膜识别考勤、人脸识别考勤等.纸质考勤是一种传统的考勤方式，往往需要预先统计好出勤人员的名单，印刷成册.考勤者通过点名的方式进行人工考勤，在此过程中，无论事先的人员统计还是事后的人员比对，都需要投入相当的人力物力成本，人为干扰因素较大.ID/IC卡考勤方式引用了新型磁卡技术，对于考勤使用者相当友好，但存在先期投资大的弊端.公司或企业使用该考勤方式，需要一套完整的设计方案，包括刷卡机的采购安装、ID/IC卡片的制作，以及后台软件的设计和报表的生成等，该设计方案具有高度定制性，故需要不菲的投入.指纹识别考勤、虹膜识别考勤、人脸识别考勤等方式则采用了更加先进的考勤技术.上述考勤方式统称为被动的考勤方式，虽然技术升级提高了身份比对的安全性，但在方法上没有脱离点名的实质，不适合大规模人员的出勤与考勤.而且在实际使用的过程中，都需要支出硬件成本和人工成本，如纸张、刷卡机、指纹识别机、虹膜识别机、人脸识别机等，从而提高了使用者的使用门槛.

随着智能手机的兴起，Android和 IOS智能手机的普及为传统考勤系统提供了一个新的契机，如利用智能手机结合二维码进行考勤.文献[1]提到了Android系统下二维码图片的生成和辨识，该文献着重说明了二维码的图像处理，但在考勤方式的分析和改进上没有深入探讨.文献[2]中使用了二维码技术，通过对考勤卡片的重新构造，新增了二维码模块，并通过网络摄像头进行图像识别.该文献中建立的模型，只是在卡片的设计上添加了二维码模块，但仍然是一种采用刷卡方式的被动考勤，没能解决传统考勤系统的不足.文献[3]在考勤系统的设计上已经初具模型，但没有很好地解决数据准确性和考勤安全性的问题.文献[4]研究的重点在于硬件设备设计，虽然名称叫做主动式考勤系统，但实际上仍是一种出勤者被考察的被动式检测方式.它是一种机器检测上的主动，而不是一种方法上的主动.另外，该系统使用了较多的硬件设备，门槛较高，实用性有待商榷.文献[5]以二维码图片为空间锚片，进行相对位置估算，实现了指向交互。

1 主动式二维码考勤

为了克服传统被动式考勤方式的缺陷和不足，笔者提出了一种新型考勤方式——主动式二维码考勤方式.该考勤模型主要包括智能手机终端和网络服务器两个部分.其流程如下:首先，考勤者通过智能手机终端生成二维码考勤图片，并上传考勤消息;其次，出勤者通过智能手机终端进行二维码扫描，并上传出勤信息;最后，网络服务器收到两次消息，比对无误后完成考勤.其过程如图 1 所示.[6-10]

这种考勤方式的最大优势:一是考勤双方均使用智能手机进行交互，因智能手机的普及性，故可大大节省硬件支出成本;二是这种考勤方式是一种真正意义上的主动式考勤，相比于传统被动式考勤方式，在速度方面有了一个几何级数的跃升，尤其考勤者可以通过投影二维码图片进行群体考勤，节省了排队考勤时所需的大量时间.

图1 主动式二维码考勤流程

1.1 速度分析

在被动式考勤过程中，不可避免地会出现拥挤现象.如纸质考勤中的点名、ID/IC卡考勤中的排队打卡等.这些现象的产生是由于可检测考勤行为的资源较少.而主动式考勤不会出现这种现象.在主动式考勤过程中，考勤者可以通过投影二维码图片，简化考勤阶段的工作量.出勤者主动扫描二维码图片，进行主动式的考勤行为，使原本聚集的考勤行为分散到每一个出勤者.通过这种分散作用，大大缓解了考勤资源需求的压力.

考勤者变扫描磁卡为投影二维码图片，大大减少了工作量.出勤者由刷卡变为刷二维码，工作量前后相当.这种考勤方式不仅在整体上减少了工作量，还从根本上消除了由于等待而产生的拥挤现象，是考勤速度的第一次飞跃.此外，主动式考勤，消除了出勤者之间的相互排斥，将原本互斥的事件变为相互独立的事件，加快了考勤的速度.考勤行为的同步执行性，是考勤速度的第二次飞跃.

由于考勤的速率得到几何级数的提高，主动式考勤方式非常适合于大范围的考勤.

1.2 硬件投入分析

主动式考勤方式的实现，需要智能手机的支持.我们通过开发不同的手机终端软件，实现手机终端间的互联.而信息化时代，智能手机作为新一代重要的智能产品，已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分.因此，考勤系统所需的硬件成本，就转化到智能手机之中，大大减少了使用者的投入.如果考勤者和出勤者都使用了软件终端，那么整个考勤行为均可以在手机上完成，节省了刷卡机等硬件设备的成本投入.

由于硬件零成本的特性，主动式考勤方式的门槛更低，可适用于不同规模的考勤.

2 主动式二维码考勤系统的设计与实现

2.1 协议模型

在手机与服务器端的交互过程中，需要对主动式二维码考勤模型中使用到的结构和协议进行设计，如交互协议和数据格式等.在主动式二维码考勤模型中，不论终端还是服务器端，均使用统一的数据协议，可将服务器端和终端所需字段全部覆盖，如表1所示.

表1 二维码数据协议

如果终端和服务器端的交互过程中没有用到协议的相关部分，则不出现相应字段.

手机终端上传数据至服务器端，例如发送的数据包(十六进制)为“9F01019F02123456789-F039F049123812738712389F051293892998213981-9283913912839128399F06201406021530309F0712-31239123890182391239110923819239F08499F094-99F1090ecce8d5dad4396f681182cd478902c9FFF”，则其含义如表2所示.

服务器端接收到该数据，解析执行完成后，向终端发送另一个数据包:“9F01029F08499F09509-F10cce8d5d390ed439d478902c6f681182c9FFF”，其含义如表3所示.

表2 终端上传数据包解析

表3 服务器端回传数据包解析

2.2 数据准确性与安全性分析

可靠性问题是考勤行为中必须关注的重要问题.其核心在于，考勤行为是否能够代表考勤事实的发生.本文提出的主动式考勤方式中，该核心问题分成了传输安全性和判定准确性两个具体问题.

(1)考勤数据的传输安全性 本文中建立的主动式二维码考勤模型使用了握手协议方法实现考勤完成标识信息的上传.该握手协议方法类似于TCP 3次握手的流程.当手机终端需要上传数据时，首先向服务器端发送请求数据，同时陷入等待响应状态.当服务器端处理完该数据线程后，会向手机终端发送事件完成标识符.手机终端接收到该协议字符后，解锁响应状态，从而完成整个终端行为.在这种握手流程设计下，不会出现手机显示成功，而服务器端没有数据的情况.同时，如果服务器端数据处理不成功，也不会完成该次考勤行为.

(2)考勤行为的判定准确性 本文建立的主动式二维码考勤模型，为避免远程违规签到这一问题提供了完备的解决方案.出勤者使用手机终端进行扫描时，会自动获取手机的地理位置信息.获取的方式有优先基站定位、GPS定位、WIFI定位等，可以准确定位地理位置，从而确保考勤的准确性和真实性.

3 实验数据及分析

为了研究主动式考勤和被动式考勤的区别，我们采用实验的方式来进行验证.通过在不同人数下考勤总时间的变化，可以发现两种考勤方式的考勤时间随人数变化的规律.将刷卡考勤作为被动式考勤的代表，二维码考勤作为主动式考勤的代表.在实验中发现，刷卡考勤中每个人刷卡所用时间大致相同，考勤总时间随人数的增加呈线性增加，且由于排队而产生的额外时间也不断增加;在二维码考勤中，考勤者发布二维码图片的时间大致相同，出勤者扫码及后台记录所用时间呈曲线上升趋势，且趋势渐缓.具体数据见表4.由此，得到时间随人数变化的曲线如图2所示.

表4 被动式刷卡考勤与主动式二维码考勤的时间对比

图2 主动式与被动式考勤随人数变化的用时对比

由图2可以看出，考勤人数较少时，由于主动式二维码考勤需要考勤者发布信息，故刷卡考勤用时较短;大规模考勤时，主动式二维码考勤用时远小于被动式刷卡考勤.

4 结语

本文论述了被动式考勤和主动式考勤的特性，并对这两种方法进行了深入比较.提出了一种主动式二维码考勤系统，对该系统的手机终端和服务器端进行了详细论述，并给出了详细的交互协议和通讯示例.该系统具有开放式模型特性，可以不断进行优化和扩充.本文提出的主动式二维码考勤系统，由于其高速率、低投入的特性，可满足不同规模的考勤.与传统考勤设备兼容及该系统的继续优化，是下一阶段的研究重点.

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