融合活体人脸识别和位置检测的智能查寝系统

达慧 邱刘翔 廖仁芳 谢修娟

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.005

摘  要：为解决人工查寝存在的效率低、统计烦琐和结果真实性难以把控等问题，文章设计了一种基于活体人脸识别融合位置检测的智能查寝系统。系统分为面向管理员的网页端和面向学生的移动应用两部分，前者采用SSM框架，设有考勤管理、请假管理和学生信息管理等功能;后者基于Android平台，设有签到、考勤查询等功能，签到采用静默式活体人脸识别融合位置检测技术。智能查寝系统功能设计较为合理、易于操作、界面简洁，并且查寝准确度高，具有一定的实际推广价值。

关键词：SSM;Android;人脸识别;位置检测;智能查寝系统

中图分类号：TP391.4  文献标识码：A 文章编号：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

近年来高校的住校学生数量不断增加，使得宿舍考勤管理的难度不断增大。宿舍考勤管理作为校园管理的重要环节，是保障学生人身安全和维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员去各学生寝室进行人工考勤，具有记录烦琐、效率低、学生覆盖面窄等问题，小部分高校实现了利用计算机进行无人化宿舍考勤工作。

现实生活中，人脸识别系统已广泛应用于公安、金融、机场、地铁、边防口岸等多个领域，很大程度上提高了考勤工作效率以及有效性。鉴于宿舍考勤具有特殊位置的限定，宿舍人脸识别考勤需要融合学生位置检测。为实现人性化人脸识别，提高用户的使用感受，采用静默式活体人脸识别技术。根据上述情况，本文设计了一种基于活体人脸识别融合位置检测的智能查寝系统。

1  系统实施方案

1.1  需求分析

基于人工考勤的诸多缺陷，迫切需要一个信息化的管理系统去提升整体宿舍考勤的运转效率。通过对多个高校进行走访调查，发现高校对于学生签到结果的真实性十分重视。人工考勤的方式，会因为其他学生代寝而产生考勤结果真实性不佳的问题。市面上的无人化考勤系统存在无定位功能或室内位置定位不准确，导致考勤结果准确性不高的问题。通过对市面上已有考勤相关产品的研究，发现活体人脸识别融合位置检测的考勤方式，能够有效地提高学生宿舍考勤结果的真实性和准确性。此外本系统还应该具有可靠性强，稳定性高，开发费用低等优点。

本系统的角色可分为宿舍管理员和学生两种，核心功能有以下两点：

（1）宿舍管理员：发布考勤的相关通知，查看所有学生打卡签到结果，学生请假管理，其他系统角色的信息管理。

（2）學生：接收通知，位置检测，活体人脸识别，历史考勤查询以及个人信息管理。

1.2  功能设计

1.2.1  管理端功能设计

本节将对智能查寝系统管理端的功能设计进行阐述，包含发布通知、设置考勤时间、考勤管理、请假管理和学生信息管理：

（1）发布通知。管理员可在系统中发布宿舍考勤相关信息，如考勤时间、尚未考勤成功人员的提醒等。对于既往发布的通知，管理员可以在系统中进行查看。

（2）考勤时间范围的限定。管理员可以限定学生考勤的时间。如管理员可在系统中设置考勤限定时间为21：00～

22：00。学生接收到相应的考勤时间通知后，只有在上述的规定时间内才能进行接下来考勤的相关操作，否则，无法在移动端应用上进行正常的考勤操作。

（3）考勤管理。管理员可以按照宿舍楼、楼层、宿舍号和学号条件对学生签到的结果进行组合动态查询。页面显示已签到和未签到人员，能够显示总签到人数和考勤率。

（4）请假管理。请假管理可分为请假和销假两部分。管理员可在系统中输入请假人员的相关信息，包括人员学号、请假原因、外出地址、回校时间、联系方式。对于已请假的学生，在宿舍考勤统计中，会标注为已请假。销假部分是在确认学生回校后，管理员可对该学生进行销假操作。

（5）学生信息管理。管理员可以新增，修改学生的相关信息。学生的信息包括学号、姓名、密码、所在寝室信息、所在楼栋的经纬度，人脸信息。可对已毕业的学生进行账号注销的操作。

1.2.2  学生端功能设计

本节将对智能查寝系统学生端的功能设计进行阐述，包含学生签到、历史考勤查询和个人信息管理：

（1）学生签到。学生端接收到来自管理端发布的通知后，需要在规定的时间内进行考勤。学生考勤主要分为两个步骤。首先对学生所在位置进行定位，当系统判定本次学生考勤的位置在既定的范围内，则进行接下来的人脸识别操作，否则无法继续进行。其次成功通过活体人脸识别后，学生端考勤业务会获取本次考勤的人脸信息，与系统初始录入的用户人脸信息进行比较，若通过比对得到人脸相似度大于设定的阈值，则视为本次签到成功，否则视为考勤失败。在考勤成功后，移动端应用会将学生考勤所在位置、人脸信息和考勤结果上传到数据库中。

（2）历史考勤查询。学生可以按照时间对自己历史考勤进行查询，显示个人历史考勤率。

（3）个人信息管理。在个人信息管理界面，学生可以对自己的用户名或者密码进行修改^[1]。

1.3  系统架构设计

系统由为管理员提供管理相关操作的网页端和面向学生考勤的移动端应用两部分组成。面向管理员的网页端采用的是B/S架构，管理员只需在有网络、浏览器的地点条件下，就能够随时随地实行查询、浏览等业务处理。面向学生的移动端应用采用C/S架构，使学生考勤时的人脸信息及位置信息的安全性能够得到保障。在学生端实现人脸识别，能够减轻服务器处理多用户同时考勤时的压力。管理端和学生端共用一个数据库服务器。智能查寝系统架构如图1所示。

2  系统实现

2.1  管理端网页的实现

管理端网页的实现采用MVC的模式进行开发。MVC的开发模式将业务模型，用户界面以及控制器进行分离，有着方便后期维护，耦合性低，重用性高的优点。在开发管理端的网站时采用SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架，SSM框架将整个系统划分为视图层、控制层、服务层、数据库访问层4层。Spring实现业务对象的管理和提供对持久层事物的支持，SpringMVC的功能是页面的转发重定向以及视图的管理，MyBatis是数据持久层框架，支持编程人员自定义SQL语句^[2]。

管理端网页的前端布局、动画以及样式采用Layui和Bootstrap框架实现。Layui是采用自身模块规范编写的前端UI框架，遵循原生HTML/CSS/JS的书写与组织形式^[3]。Bootstrap框架完全开源，采用Less和Sass工具开发，使用简洁灵活。如图2所示为管理端考勤管理页面，在此页面提供了查寝统计的相关信息，可根据搜索框的组合动态查询已查寝和未查寝学生相关信息。

2.2  学生端考勤应用的实现

考虑到学生群体主要使用的智能手机为安卓的操作系统，因此学生端考勤应用基于安卓进行开发。

2.2.1  推送功能的实现

由于安卓系统在国内缺少统一的云推送服务，需要在考勤应用中注入推送相关的SDK以实现通知的接收。市面上的第三方推送服务商主要有极光，百度和个推。经过对比，发现极光推送拥有如华为、小米、vivo等手机厂商通道，极光会自动转发到厂商通道，不受APP进程影响，从而保证通知及时送达。管理端的通知推送可以集成极光推送的后台管理界面，宿舍管理员能够方便快捷的发布通知。

2.2.2  位置检测功能的实现

学生端定位功能的实现选择集成百度地图定位。百度地图定位SDK提供GPS、基站、Wi-Fi等多种定位方式^[4]。虽然百度地图定位有着网络定位请求流量小、定位速度快的优点，但在室内对于定位精确度有着较大的影响，会造成学生考勤位置定位准确度低的问题^[5]。当用户进行签到时，系统将计算该学生本次考勤位置和既定位置的偏差值，当偏差值小于设定的阈值时即可视为该学生在既定位置进行考勤。如图3所示，利用百度地图定位SDK对学生的位置进行定位。

2.2.3  活体人脸识别功能的实现

活体人脸识别功能采用虹软离线人脸识别SDK实现。人脸信息的离线处理相较于在线处理，能够有效缓解服务器的计算压力，不受网络状况的限制。虹软离线人脸识别SDK提供了静默式RGB人脸识别。静默式人脸识别相较于以往的活体检测，不需要用户进行诸如微笑，眨眼，摇头等操作，用户的体验能够得到有效的提升。通过采集人像的破绽（摩尔纹、成像畸形等）来判断目标对象是否为活体，可有效防止屏幕二次翻拍等作弊攻击。如今，大部分手机的性能已经能够很好地进行离线实时活体人脸处理。采用虹软离线静默式活体人脸识别SDK人脸信息提取以及对比的耗时范围为400～500 ms。如图4所示，当学生端考勤应用成功识别和对比后，界面左上角显示出原始的人脸信息以及学生的姓名。

学生端人脸识别考勤流程为：通过学生移动设备的摄像头，判断学生是否为活体，通过活体识别后对学生人脸信息进行提取，在人脸数据库中进行比对，并且将成功考勤的人脸特征经过Base64编码后存储到云端数据库当中。

此外管理端网页在查看学生考勤结果时，系统会对学生上传的人脸信息进行二次核实。如果得出的人脸相似度小于设定的阈值，则会在系统中醒目的标注为红色，可发通知要求该学生重新考勤。

3  结  论

本文研究的目标是实现智能化查寝系统，对于人工考勤存在的查寝真实性和准确性问题，考勤系统实现了学生端活体人脸识别和位置检测的功能。对于管理员记录烦琐和查询效率低的问题，在管理端实现了考勤管理、请假管理和学生信息管理的功能。最终，设计实现了一款面向用户的功能齐全、易于操作、界面简洁的智能查寝系统，解决了人工查寝带来的诸多缺陷。经过测试，本系统学生端查寝准确度高，管理端管理查寝效率高。

参考文献：

[1] 马宁生，吕军，方凯，等.移动智能终端的微课程结构分析与设计 [J].中国信息技術教育，2016（23）：97-102.

[2] 肖祥林.基于SSM的毕业设计管理系统设计与实现 [J].电子科技，2016，29（10）：115-117.

[3] 曹灿，刘志刚.基于SSH和Layui的工程科学前沿与实践系统 [J].工业控制计算机，2019，32（2）：91-92+96.

[4] 范一霖.基于REST的移动应用集成研究与实现 [D].西安：西安理工大学，2016.

[5] 陈健鑫.合胜科技一体化运维管理系统设计与实现 [D].上海：东华大学，2014.

作者简介：达慧（1998—），女，汉族，江苏南通人，本科在读，研究方向：机器学习。

收稿日期：2021-04-26