姜瓊瓊　劉陽

摘要：文章以高校管理系統(tǒng)為研究對象，分析了江蘇大學(xué)公寓管理模式現(xiàn)狀，總結(jié)出當(dāng)前公寓管理模式存在的問題。通過對人臉識別技術(shù)的研究，針對現(xiàn)有管理系統(tǒng)的不足，將人臉識別技術(shù)應(yīng)用到高校管理系統(tǒng)中，設(shè)計了基于人臉識別技術(shù)的公寓管理系統(tǒng)，提高門禁對人員的識別性，提高公寓的安全管理，便于學(xué)校對學(xué)生的管理。

關(guān)鍵詞：公寓管理系統(tǒng)；人臉識別技術(shù)；系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

高校學(xué)生公寓的管理涉及到學(xué)生的人身和財產(chǎn)安全，校園安全問題維系著社會和學(xué)校的穩(wěn)定、牽動著家庭的幸福，直接影響到我國高等教育的改革和發(fā)展?，F(xiàn)階段的公寓管理模式已經(jīng)不能滿足快速發(fā)展的信息化校園管理，廣泛使用的校園一卡通的信息識別技術(shù)的缺陷日益突出，如代刷、漏刷，一卡通丟失、失效，身份驗證識別率低等問題。人臉識別具有唯一性、易攜帶、不可復(fù)制性等生物特征很好的解決了學(xué)校在安全管理方面存在的問題，大大提高了高校公寓管理的安全性，是不斷改進公寓管理系統(tǒng)不可或缺的識別技術(shù)。

一、公寓管理系統(tǒng)概述及存在的問題

（一）公寓管理系統(tǒng)概述

高校公寓管理系統(tǒng)是一個提高公寓管理效率、規(guī)范學(xué)生住宿管理、減輕高校公寓管理人員日常工作負(fù)擔(dān)、提高高校綜合管理效能的有效工具。系統(tǒng)以公寓房源、學(xué)生信息為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以對房間床位分配、住宿繳費、房間設(shè)備維護、日常設(shè)施檢查、公寓人員的工作分配與管理等進行規(guī)范化、系統(tǒng)化設(shè)置；可以使公寓管理中心、學(xué)工處、教務(wù)處、財務(wù)處等學(xué)校職能部門及學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)隨時獲得所需要的公寓管理信息，實現(xiàn)信息無障礙共享，進一步提高公寓管理的效率。

（二）公寓管理系統(tǒng)存在的問題

自從門禁系統(tǒng)設(shè)立以來，從管理者到學(xué)生都存在很大的問題

1.宿管處有明確的工作考核標(biāo)準(zhǔn)，需要每天晚上11點以前的歸寢率達到80%以上才不會被扣工資，所以經(jīng)常與不刷卡的學(xué)生發(fā)生沖突；為加強對學(xué)生刷卡的控制，宿管處經(jīng)常要在早上與中午的時候派人在門禁處對學(xué)生進行監(jiān)督，加重了工作量，導(dǎo)致宿舍人員抱怨不斷；

2.門禁的刷卡率與學(xué)生的考勤掛鉤，如果出門忘刷卡，晚上回宿舍忘刷卡，就會對學(xué)生的考勤率造成一定的影響，會在學(xué)生不知情的情況下對學(xué)生成績產(chǎn)生影響。

3.在學(xué)生請假期間沒有刷門禁，需要在輔導(dǎo)員處寫三份假條，一份給輔導(dǎo)員存根，一份給上課老師，一份給宿管科方便在晚上未歸寢時，宿管處無須再上報給輔導(dǎo)員處；在學(xué)生丟失一卡通的情況下，晚上歸寢不僅要告知宿管處，更要對輔導(dǎo)員進行聲明，程序繁復(fù)，為學(xué)生和管理者都帶來了諸多不便。

4.學(xué)生認(rèn)為刷卡是侵犯隱私的行為，經(jīng)常不配合宿管科的工作，甚至為方便逃課、放假前提前回家或出去玩，經(jīng)常會找同學(xué)代刷、替刷，不便于對公寓學(xué)生進行嚴(yán)格的管理。

二、人臉識別相關(guān)知識

（一）人臉識別概述

人臉識別是通過計算機利用人特有的面部特征分析人的面部圖像提取有效信息進行身份識別的一種生物識別技術(shù)。它屬于生物識別技術(shù)中一項應(yīng)用前景廣泛且價值很高的識別技術(shù)，具有可采集性、易攜帶、穩(wěn)定性、、唯一性等特點。人臉識別是通過將攝像頭采集到圖像，并對采集到的圖片進行人臉的檢測和跟蹤，進而對檢測到的人臉進行臉部的特征識別。

（二）人臉識別方法

人臉識別的方法有很多，如：基于特征臉（PCA）的人臉識別方法、幾何特征的人臉識別方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉識別方法、彈性圖匹配的人臉識別方法、支持向量機（SVM）的人臉識別方法。但無論采用什么方法，都要考慮多方面的因素，如噪音、光照強度、膚色、表情等。

（三）人臉識別過程

人臉識別是對獲取到的圖像進行檢測、特征識別、圖像匹配等一系列程序后，對探測到的數(shù)據(jù)進行比對的過程。主要包括：人臉檢測、特征提取、圖像匹配等一系列過程。

1.人臉檢測。對高清攝像頭采集到的圖像進行檢測，根據(jù)人臉的面部特征如：眼睛、鼻子、嘴巴，人臉輪廓形狀等一系列要素的屬性值進行檢測。常見的人臉檢測算法容易受到噪聲、光照、膚色、以及人臉角度等因素的影響。典型的人臉檢測算法有基于膚色區(qū)域分割的檢測算法、基于統(tǒng)計模板的檢測算法。

2.特征識別。對檢測到的人臉數(shù)據(jù)進行面部特征識別，以提取出能區(qū)別不同個體的差異性的面部的關(guān)鍵特征，如：眼睛之間的距離，眼睛、鼻子、嘴巴之間的比例、人臉輪廓的。這些特征對于同一個體必須是穩(wěn)定的，且對于不同的個體要具有差異性。與此同時，特征提取作為人臉識別技術(shù)中最為關(guān)鍵的一步，不僅要將高維的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為低維數(shù)據(jù)以便識別，更需要將圖像數(shù)據(jù)中有用的關(guān)鍵信息和主要的能描述表征人臉面部信息的特征數(shù)據(jù)提取出來。

3.圖像匹配。是將通過人臉檢測與面部特征提取后的數(shù)據(jù)通過適合的分類器進行人臉身份鑒別，以判斷其圖像與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的相似度是否在80%以上。該階段的過程十分依賴于特征提取的結(jié)果。針對不同個體間的面部特征具有一些相似性，同一個體在不同條件下的差異性也很大，這些相同或相似的面部結(jié)構(gòu)屬性對于人臉檢測是十分有利的，但對于圖像匹配來說困難卻很大。

三.江蘇大學(xué)基于人臉識別技術(shù)的學(xué)生公寓管理信息系統(tǒng)的設(shè)計

將人臉識別技術(shù)與門禁系統(tǒng)相結(jié)合以后，利用系統(tǒng)采集到的圖像進行相應(yīng)的識別，確認(rèn)與IC卡上的信息相一致，門禁系統(tǒng)的信息錄入功能進行相應(yīng)的實現(xiàn)，當(dāng)兩邊的數(shù)據(jù)不一致，則比較人臉識別到的信息是否在數(shù)據(jù)庫中能找到，IC卡上的信息在數(shù)據(jù)庫中是否有相對應(yīng)的信息，如果都在數(shù)據(jù)庫中存檔，但信息不一致，則系統(tǒng)記錄的信息以人臉識別到的信息為準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)記錄在系統(tǒng)中；當(dāng)人臉識別到的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中不存在而IC卡上的數(shù)據(jù)信息存在，則說明該人員不屬于本公寓，系統(tǒng)提示錯誤信號；當(dāng)人臉識別到的數(shù)據(jù)與IC卡的數(shù)據(jù)都不在數(shù)據(jù)庫中，則系統(tǒng)提示錯誤信號。

工作流程：每當(dāng)有人經(jīng)過刷卡時，首先讀取IC卡的信息，接著檢測人臉圖像，門禁控制器給攝像頭發(fā)出采集信息，攝像頭拍攝一幅含有人臉的正面照片，當(dāng)照片數(shù)據(jù)傳送到門禁控制器后，對接收的數(shù)據(jù)卡傳送的人臉圖像進行預(yù)處理和人臉檢測；對檢測出的人臉圖片進行處理，計算出人臉特征向量，并與IC卡上的數(shù)據(jù)進行匹配，如果匹配成功，則系統(tǒng)記錄此次通行時間跟人的相關(guān)數(shù)據(jù)，如果不一致，以攝像頭采集到的人臉特征為基礎(chǔ)與人臉數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)做匹配，如果人臉數(shù)據(jù)庫中有此人的信息，則將此人的通行記錄記錄在檔，IC卡信息作廢。流程圖如圖1所示：

四、江蘇大學(xué)基于人臉識別技術(shù)的學(xué)生公寓管理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

（一）系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境

開發(fā)語言為Java語言。java免費開源是世界上采用最廣泛的編程語言。

開發(fā)工具Eclipse。Eclipse 是開放源代碼的、而且是基于Java開發(fā)平臺，可以拓展。Eclipse是一個框架和一組服務(wù)，是通過插件組件來構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，也包括自身帶有的插件集，比如Java開發(fā)工具（Java Development Kit，JDK）就在其中。

數(shù)據(jù)庫mysql。Mysql是一個開源而且免費的中小型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，其特性非常好，往往被用中小公司采用，通常分布式存儲中往往mysql是最好的選擇，既能保證性能又能降低成本。

版本控制工具SVN/Git。SVN屬于集中式版本管理，全程是Subversion，它是開源免費的一個版本控制工具。Git是一款分布式版本控制系統(tǒng)，它是也是免費開源的，主要用于敏捷高效地處理任何或小或大的項目，十分好用，被大多數(shù)新興公司所采用，而且最大的開源網(wǎng)站gitHub也用的是Git，是版本管理最好的選擇。

項目輔助工具Maven。Maven其最大的便利性在于導(dǎo)包的自動性，解決了人為導(dǎo)包所帶來的繁瑣，并且便于對導(dǎo)包進行集中控制和管理。

服務(wù)器軟件tomcat。Tomcat是Apache開源的一款免費web應(yīng)用服務(wù)器，它的代碼也已經(jīng)開源，其具有輕量簡便好用的特性，是中小型系統(tǒng)中采用最為普遍的應(yīng)用服務(wù)器，目前非常流行。

阿里云服務(wù)器。阿里云，致力于打造公共、開放的云計算服務(wù)平臺。它提供云服務(wù)器ECS、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)RDS、對象存儲服務(wù)OSS、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN等產(chǎn)品服務(wù)，可以隨著應(yīng)用的增長和擴大方便安全的擴展。

（二）.系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)支持

1.前端顯示技術(shù)

目前前端技術(shù)有很多語言，而就安全性實用性美觀性來言，還是html/html5，CSS等技術(shù)比較主流，瀏覽器腳本語言推薦js，Jquery，Ajax技術(shù)，因為其能提供很好的頁面交互體驗。

AJAX即“Asynchronous Javascript And XML”（異步JavaScript和XML），是指一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁應(yīng)用的網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)。它通過在后臺與服務(wù)器進行少量數(shù)據(jù)交換，使網(wǎng)頁實現(xiàn)異步更新。使在不重新加載整個網(wǎng)頁的情況下，實現(xiàn)對網(wǎng)頁的某部分進行更新。

2.后臺應(yīng)用技術(shù)

就安全性來講，java語言的web應(yīng)用安全性是較高的，例如銀行機構(gòu)系統(tǒng)等安全性很高的系統(tǒng)和產(chǎn)品均是采用的java語言進行開發(fā)。Java語言有很多框架最基礎(chǔ)的比如Struts，Spring等基礎(chǔ)框架。而且java是開源免費的，其生態(tài)非常龐大，擁有眾多的免費開源的中間件。

Java是由Sun Microsystems公司推出的Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言（以下簡稱Java語言）和Java平臺的總稱。由James Gosling和同事們共同研發(fā)，并在1995年正式推出。用Java實現(xiàn)的HotJava瀏覽器（支持Java applet）顯示了Java的魅力：跨平臺、動態(tài)Web、Internet計算。從此，Java被廣泛的應(yīng)用并推動了Web的快速發(fā)展，常用的瀏覽器均支持Javaapplet。另一方面，Java技術(shù)也不斷更新。Java自面世后就發(fā)展十分迅速，非常流行，同時對C++語言形成有力沖擊。在全球云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，Java更具備了明顯的優(yōu)勢和廣闊前景。3.數(shù)據(jù)庫技術(shù)

由于本系統(tǒng)不會產(chǎn)生很大的數(shù)據(jù)量，因此采用輕量級的mysql數(shù)據(jù)庫。與后臺的結(jié)合采用框架技術(shù)hibernate和mybatis均可。

MySQL所使用的 SQL 語言是用于訪問數(shù)據(jù)庫最常用的標(biāo)準(zhǔn)化語言。MySQL 軟件采用了雙授權(quán)政策，分為社區(qū)版和商業(yè)版。由于其體積小、速度快、總體成本低，尤其是開放源碼這一特點，一般中小型網(wǎng)站的開發(fā)都采用 MySQL 作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫。

4.服務(wù)器技術(shù)

服務(wù)器技術(shù)一般采用linux+tomcat，由于本系統(tǒng)并非大型系統(tǒng)，所以tomcat足以滿足日常需求，linux系統(tǒng)穩(wěn)定成本低。

Tomcat是Apache 軟件基金會（Apache Software Foundation）的Jakarta 項目中的一個核心項目，由Apache、Sun 和其他一些公司及個人共同開發(fā)而成。由于Tomcat 技術(shù)先進、性能穩(wěn)定，而且免費，因而深受Java愛好者的喜愛并得到了大部分軟件開發(fā)商的認(rèn)可，成為目前比較流行的Web 應(yīng)用服務(wù)器。

Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計思想，是性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

（三）系統(tǒng)實施的難點

本系統(tǒng)是基于公寓管理信息化的基礎(chǔ)上研究設(shè)計的公寓管理系統(tǒng)，并根據(jù)人臉識別技術(shù)擴展了門禁的功能提高了門禁系統(tǒng)的效率。但本系統(tǒng)仍存在一些難以解決的問題和難點。

1.在門禁系統(tǒng)中，面對高峰期的學(xué)生流動情況，刷卡感應(yīng)可能會出現(xiàn)問題，需要不斷通過檢測人臉來達到信息錄入的目的，而系統(tǒng)需要高速運轉(zhuǎn)，不斷與人臉數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)做對比，但人臉的檢測與比對是需要一定時間的。然而留給系統(tǒng)的時間只有1至2秒鐘，時間短，人數(shù)多，如果系統(tǒng)運行速度跟不上，很可能在高峰期導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。造成門禁系統(tǒng)的癱瘓。

2.人臉檢測與處理需要考慮眾多因素。如果硬件設(shè)施不完備，或比較低級，不能將影響因素過濾，則將產(chǎn)生很大的誤差，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，尤其是早上與晚上的光照程度差別很大，夏天與冬天的光照差別也很大，在光照差別影響很大的情況下，門禁的效果將與無人臉識別一樣準(zhǔn)確率低下，不能高效率的統(tǒng)計人流量。不同的算法針對性不同，檢測到的人臉準(zhǔn)確率也不一樣，如何提高人臉檢測的精度與準(zhǔn)確度是值得深入研究的問題。

3.統(tǒng)計公寓信息時，因為每棟公寓都是一個獨立的子系統(tǒng)，而整個學(xué)校所有的公寓組合統(tǒng)計則會產(chǎn)生非常大的數(shù)據(jù)量，系統(tǒng)容易崩潰。

五.結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人臉識別技術(shù)的應(yīng)用前景不容小覷。無論是從人群眾多的機場、體育場還是火車站還是人數(shù)眾多的高等學(xué)校，都會應(yīng)用人臉識別技術(shù)來加強對人員的控制。高校公寓管理也會與學(xué)校的教學(xué)網(wǎng)平臺融為一體，提高學(xué)校的綜合水平。然而人臉識別技術(shù)的研究仍有很多地方是值得我們深入探討與學(xué)習(xí)的，對人臉檢測的算法問題仍可以進一步展開進行討論。對在不同條件下采集到的人臉數(shù)據(jù)的處理如光照、噪聲、膚色等的問題也能通過算法進行測試與實現(xiàn)。人臉識別技術(shù)與其他系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用也值得進一步的思考與研究。

本系統(tǒng)基于人臉識別技術(shù)分析設(shè)計了公寓管理信息系統(tǒng)，但對于人臉的識別過程只是做了簡單的描述，并沒有進行詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)，希望在以后的工作中能夠?qū)崿F(xiàn)此模塊具體的設(shè)計過程。

門禁技術(shù)的硬件系統(tǒng)需要隨著軟件功能的升級相應(yīng)的隨之更新，使軟硬件功能相映襯。

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