智能无人监考考试系统设计与研究

李川

摘要：针对考试过程中人力、教室等资源的紧缺，考试时间不灵活等问题，在应用智能化在线考试系统、人脸识别、指纹识别、智能手环、数字视频监控等技术的基础上、提出一种智能无人监考考试系统模型。该系统通过指纹识别技术确认考生身份、通过智能化在线考试系统随时考试、通过人脸识别及智能手环进行考试监控。使用该系统，可以节约资源，提高效率，同时保证了考试的公平公正性。

关键词：OJ；人脸识别；指纹识别；智能手环

中图分类号：TP312 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）30-0193-03

Abstract：In view of the shortage of resources such as manpower and classrooms during the examination process， and the examination time is not flexible， based on the application of intelligent online judge system， face recognition， fingerprint recognition， smart bracelet， digital video surveillance and other technologies， an intelligent unsupervised exam system model is proposed . The system recognizes the identity of candidates through fingerprint recognition technology， tests at any time through the intelligent online judge system， and conducts examinations through face recognition and smart bracelets. Using this system can save resources， improve efficiency， and ensure the fairness and impartiality of the test.

Key words：OJ； Face recognition； fingerprint recognition； smart bracelet

考试是评估学生知识掌握程度及教师教学效果的重要指标，目前大部分考试方式为笔试，传统的笔试考试方式组织实施简单，但也存在试卷保密安全隐患、过程烦琐、人为因素干预较多、耗费资源较多的问题[1]。随着中国教育现代化的发展，传统笔试形式急需改革，无纸化的智能考试系统是高等教育考试发展的必然趋势。智能考试系统采用计算机自动组卷、阅卷的方式 ，保障了考試的公平性和安全性。自动组卷、自动阅卷系统现阶段已有比较成熟的系统，但在考试运行过程中考试监督也是一个重要环节，而现阶段一般的智能考试系统还需要人工监考，这不仅浪费了人力资源和物质资源，而且不能随时考试。如何实现无人监考且能保证考试质量成为智能考试系统中一个重要问题。

在传统考试过程中，也有过无人监考的考试，一般都是利用考生的诚信素养来保证考试的公平公正性，这种模式在学生整体素养较高的情况下有一定的可行性，但实际上，班级学生素养水平参差不齐，传统的无人监考模式是很难实施的[2]。

现阶段有人提出把人脸识别技术运用在考试当中，解决考试监督问题。一个视频采集设备只能跟踪一个人，但一般考试都是多个人同时考，这种模式需要多个视频采集设备追踪不同的对象，这显然不合理，且几乎无法实现。

针对以上问题，本文提出一种基于人体生物特征识别技术、智能监控技术、物联网技术、信息处理技术等技术的一种智能无人监考考试系统，可实现无人监考且能保证考试质量。

使用本系统 ，考生可以随时到考场参加考试，从而将一些考生生病、与其他课程考试冲突等因素造成的问题简单化解，而且也解决了大考时教室资源紧缺的问题。

1 智能无人监考考试系统研究

1.1指纹识别技术

指纹识别技术是利用计算机技术来进行指纹识别的一种方法。指纹识别相对于其他生物特征鉴别技术（语音识别、虹膜识别等），具有高可靠性，低差错率等优点，已经成为一种理想的身份认证技术，应用面十分广泛[3]。

指纹识别技术主要包括指纹采集技术和指纹识别技术。人体指纹是终生不变的且每个人的指纹具有唯一性。指纹识别系统根据指纹的基本特征对指纹图案进行划分包括BasicRidgePattern、CoreArea、PatternArea、Delta、RidgeCount等，对每一部分分别进行识别，另外再通过局部特征的识别进行唯一性确认。一般局部特征识别是通过纹线端点和分叉点这两类特征识别，因其在指纹中出现的概率大、固定不变、容易获取且具有唯一性[4]。

1.2人脸识别技术

人脸识别技术就是根据给定图像通过计算机技术进行身份识别的技术，是一门综合性应用技术，涵盖了信号处理、图像处理、模式识别等多种技术[5]。人脸识别一般过程为给定一个静止或视频图像（也可以是真人），利用人脸数据库中的数据对比给定图像中的人是否存在。人脸识别技术的主要包括五点内容，如表1所示。

以上五点内容在建立人脸识别系统时至少要包括人脸检测、人脸表征及人脸鉴别三部分，人脸识别的主要过程如图1所示。

人脸识别的工作流程具体步骤如下：

（1）视频采集处理程序对给定图像进行图像采集。

（2）人脸检测，从采集到的图像中检测定位人脸，去背景图像信息仅保留人脸图像部分。

（3）对人脸图像进行归一化操作，再进行人脸特征提取。

（4）人脸识别，根据人脸表征进行人脸鉴别。

1.3智能手环

智能手环是一种随身穿戴的智能设备，可以提供很多日常服务的功能[7]，常见的功能如下：

（1）震动唤醒，智能手环内置了震动组件，可以通过该功能设置时钟振动唤醒用户。

（2）记录睡眠，通过用户在睡前和醒后的操作，记录睡眠数据。

（3）监测运动，根据人体生物运动特征记录用户每天行走的步数。

（4）记录膳食，根据用户用餐记录分析摄入能量。

（5）心率测量，检测用户即时心率。

（6）其他功能，除了以上基本功能以外，智能手环内置传感器可以实现对动作的侦测、内置的软件系统同样也可以提供更多功能，内置的GPS连接器，可以随时准确定位。

1.4 智能化OJ系统

OJ系统指的是基于Web的在线考试系统，其主要功能包括[8]：

学生端的主要功能：

个人登录：考生可通过输入学号、姓名登录考试系统，通过科目选择进行相关考试；

信息修改：考生可以在该系统修改个人信息；

试卷生成：该系统能够通过考生选择的科目进行试卷的随机生成，并在考生进行考试时将考卷全屏显示；

考试计时：实现考试倒计时。在时间结束之前，考生可自行提交考卷，若时间结束，考生仍未完成作答，将自动提交试卷；

答案核对：在试卷提交之后，系统将进行自动阅卷，并给出相应的分数；

成绩查询：考生可登录系统查看个人以往所有考试成绩、排名及成绩等级。

管理员端的主要功能包括：

试卷的随机生成：通过访问数据库，根据课程随机生成试卷；

用户管理：可对考生的信息进行添加、修改、删除等操作；

考生信息导入：可通过导入Excel表格录入考生名单，在特殊情况下，也支持手动录入；

成绩导出：将考生的考试成绩可以按不同系别、科目、班级进行导出，完成成绩单打印工作；

成绩分析：通过考生的最终成绩，给出等级划分；

考卷的二次评判：教师可以通过成绩单来调取考生试卷，修改试卷评分，防止系统错判、误判，并修改最终成绩，实现在线考试系统的人性化设计。

2 智能无人监考考试系统设计

智能无人监考考试系统，包括身份认证单元、信号屏蔽单元、视频监控单元、过程监控单元、广播单元、处理单元，其结构如图2所示。

其中，身份认证单元包括指纹识别模块和人脸识别模块，身份认证单元用于识别考试身份。每次考试将考生信息及考试安排等信息录入考试模块中，考生在自己所参加考试开始时间前30分钟期间，通过人脸识别或指纹识别验证身份，通过处理单元判定身份合法后，方可进入考场。身份不合法强行进入考场者，无法进行考试。

信号屏蔽单元用于屏蔽考场内移动设备的信号，对应的信号屏蔽模块可以屏蔽各种移动通信运营商的手机信号。

视频监控单元用于考场情况监督，开始考试5分钟后，在线考试管理系统按预定的座位统计登录考试人员，视频监控模块统计考场实际考试人员，如发现有考试系统中的统计与视频监控中的统计不符，立即向不符的桌面发送警告，并将警告信息发送给广播单元。另外，视频监控还用于考试过程中违纪作弊监控。

过程监控单元用于考试过程监督，考试中，每位考生佩戴智能手环，当智能手环离开人体超过30秒，考试管理系统向考生桌面发送警告消息，若在1分钟内还未佩戴，记为违纪，考试系统自动结束该考生考试。考试采用單人单桌，间距超过50厘米，若在开始过程中，智能手环检测到该考生距离考试机超过50厘米的时间超过1分钟，考试系统向该考试机发送警告消息，发出警告后1分钟考生还未归位，自动结束该考生，并记为违纪。

广播单元用于考场的广播通知，其中，警告模块用于处理单元向违纪考生发出违纪广播通知，考试指令模块用于处理单元向考场发送考试指令。

处理单元用于各种数据信息的处理，对应的考试模块用于制定考试试卷、统一开考、统一结束考试、自动评分等，处理模块用于各模块之间的信息收发、处理等。

3 实施测试

参见图2，智能无人监考考试系统，包括身份认证单元、信号屏蔽单元、视频监控单元、过程监控单元、广播单元、处理单元。

身份认证单元中指纹识别模块可以使用带网络或wifi功能的指纹打卡考勤机，人脸识别模块可以使用人脸识别考勤机，或者整个身份认证单元采用指纹人脸混合识别考勤机。

信号屏蔽单元中的信号屏蔽模块可以使用手机信号屏蔽器 ，可以屏蔽2g+3g+4g+wifi信号。

视频监控单元中的网络视频监控模块可以使用具有人脸识别功能的智能网络摄像系统。

过程监督单元中的智能手环模块可以使用带蓝牙、GPS定位的智能手环。

广播单元中的警告模块和考试指令模块可以通过处理模块将消息通过考场广播播放。

处理单元中的考试模块可以是在线考试系统，包括随机组卷、安排座位、分发试卷、结束考试、自动评分等功能；处理模块可以是一部分处理程序，包括各单元之间的通信、消息收发等功能。

4 结语

1）使用本系统，考生可以随时到考场参加考试，从而将一些考生生病、与其他课程考试冲突等因素造成的问题简单化解，而且也解决了大考时教室资源紧缺的问题。

2）节省了人工监控资源，一般期末大考，教师面临监考、阅卷、日常工作等多重工作任务，省去监考这项工作，可以极大地减轻教师工作压力。

3）保证了考试的公平公正性，人工监考人为因素难以控制，智能无人监考系统排除了人为因素，可确保考试的公平公正。

参考文献

[1] 张华华.计算机化考试与中国教育评估[J].心理学探新，2013，33（5）：387-391.

[2] 杨颖秀.高校发挥育人功能的认识误区与努力空间[J].黑龙江高教研究，2018，36（6）：62-64.

[3] 李翠华，苏秀英，詹金兰，等.指纹识别在新型学籍管理系统中的应用[J].厦门大学学报（自然科学版），2010，49（2）：181-185.

[4] 顾陈磊，刘宇航，聂泽东，等.指纹识别技术发展现状[J].中国生物医学工程学报，2017，36（4）：470-482.

[5] 邹国锋，傅桂霞，李海涛，等.多姿态人脸识别综述[J].模式识别与人工智能，2015，28（7）：613-625.

[6] 苏煜，山世光，陈熙霖，等.基于全局和局部特征集成的人脸识别[J].软件学报，2010，21（8）：1849-1862.

[7] 毕晓东.2014“嵌入式技术及应用高峰论坛”成功举办[J].电子技术应用，2014，40（11）：7.

[8] Lei Liu，Hui Shi，Rui Zhai. The Design and Implementation of Online Exam System[J]. Applied Mechanics and Materials，2014，3634（687）： 2506-2509.

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