張軍 楊忠明 鄒燕妮

摘要：針對(duì)高等院?？记诘攸c(diǎn)相對(duì)分散、考勤時(shí)間集中等特點(diǎn)，提出了一種基于分布式三層架構(gòu)的智能考勤設(shè)計(jì)方案。該方案利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考勤終端、控制主機(jī)、服務(wù)器的通信鏈路，通過(guò)運(yùn)行智能考勤軟件實(shí)現(xiàn)從考勤身份的感應(yīng)、識(shí)別，考勤數(shù)據(jù)的分析、匯總及統(tǒng)計(jì)等全流程的自動(dòng)管理。實(shí)際試用表明，該系統(tǒng)解決了地點(diǎn)分散、考勤集中及考勤定位等問(wèn)題，方便了院校的綜合考勤，提高了管理效率，為“智能校園”建設(shè)提供可借鑒的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：分布式;TCP/IP;考勤;管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）25-00107-04

Abstract： Introduction of a new design method of intelligence attendance management system. The system is based on three-layer distributed architecture to meet the actual application needs of school attendance management， whose difficulty is characterized by student concentrated attendance time， scattered student attendance locations， and teacher offices. In this scheme， TCP/IP network is used to build communication links among attendance terminals， control hosts and servers， and intelligent attendance software is used to realize automatic management of the whole process from induction and identification of attendance identity， analysis to summary and statistics of attendance data. The application shows that this system helps to solve the above-mentioned problems by facilitating the comprehensive attendance of colleges， improve ?management efficiency， and provide a reference design idea of the “intelligent campus”.

Key words： distributed; TCP/IP; attendance; management-system

1 背景

目前大部分高等院校沿用的人工統(tǒng)計(jì)考勤方式，其效率低、數(shù)據(jù)反饋滯后等弊端顯而易見[1]，成為規(guī)范化管理急需突破的難題;而已采用智能考勤方式的部分院校，因?yàn)檗k公地點(diǎn)無(wú)法集中，各二級(jí)部門自行購(gòu)買，而購(gòu)買的考勤系統(tǒng)由于需求各異、品牌不一帶來(lái)接入方式不統(tǒng)一、考勤軟件無(wú)法整合等問(wèn)題，因此，由于建設(shè)初期缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)導(dǎo)致的冗余性、擴(kuò)展性問(wèn)題使得無(wú)法定制組建覆蓋院校所有部門的考勤系統(tǒng);同時(shí)針對(duì)如何解決學(xué)生考勤時(shí)間集中、考勤地點(diǎn)定位的難題，出現(xiàn)了使用手機(jī)定位、攝像頭刷臉的新技術(shù)[2-5]，但由于較大上傳流量而無(wú)法推廣使用，至今也沒(méi)有一個(gè)相對(duì)成熟的應(yīng)用方案[6-7]。另一方面，隨著“智慧校園”建設(shè)的加快推進(jìn)，科學(xué)管理、信息集成、流程優(yōu)化的考勤系統(tǒng)在高校的需求應(yīng)用已迫在眉睫，研究并建立校園人員類別、考勤時(shí)段全覆蓋的智能綜合考勤管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。

本設(shè)計(jì)針對(duì)院校綜合考勤管理的實(shí)際應(yīng)用需要，提出一種基于分布式三層架構(gòu)的智能考勤方案。該設(shè)計(jì)方案首先根據(jù)院校建筑分布特點(diǎn)，并基于院校已有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及架設(shè)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，規(guī)劃系統(tǒng)的基本架構(gòu)，再對(duì)院校管理者、教師、學(xué)生等各類角色的考勤需求進(jìn)行調(diào)研，分析整理系統(tǒng)軟件開發(fā)的功能任務(wù)[8-9];具體設(shè)計(jì)均運(yùn)用模塊化思想，充分考慮數(shù)據(jù)接口、功能擴(kuò)充等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)易加入、易組態(tài)的靈活便利。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)性、適用性、實(shí)用性強(qiáng)，將有效完善高等院校智能化綜合考勤管理，并為建設(shè)“數(shù)字校園”提供一種行之有效的參考。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于分布式智能綜合考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)由三層架構(gòu)組成，如圖1所示，分別為服務(wù)器層（一般位于學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心）、控制主機(jī)層（每棟建筑的管理機(jī)房）、考勤終端層（每間房屋），同時(shí)鑒于目前院校TCP/IP網(wǎng)絡(luò)已基本覆蓋[10-11]，本方案各層之間均采用TCP/IP方式構(gòu)建通信鏈路。其工作流程描述為：開學(xué)前將學(xué)生、教師、課程表及身份認(rèn)證等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)器層，服務(wù)器根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性自動(dòng)生成每棟建筑一個(gè)學(xué)期的上課數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)身份認(rèn)證數(shù)據(jù)，并分發(fā)至控制主機(jī)層中，控制主機(jī)提前生成每間房屋的考勤表下發(fā)到考勤終端層，與每間房屋地址綁定的嵌入式考勤機(jī)保存身份認(rèn)證數(shù)據(jù)并等待考勤，正?？记跁r(shí)，考勤終端主要實(shí)現(xiàn)考勤數(shù)據(jù)的采集、識(shí)別、存儲(chǔ)、上傳，控制主機(jī)負(fù)責(zé)一棟建筑所有考勤終端數(shù)據(jù)的收集，并實(shí)時(shí)匯總統(tǒng)計(jì)、顯示每間房屋考勤的基本信息及出勤情況;服務(wù)器一方面與控制主機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中管理、存儲(chǔ)，另一方面通過(guò)Web發(fā)布，提供遠(yuǎn)程瀏覽及GSM短信預(yù)警功能[12-14]，實(shí)現(xiàn)考勤管理的智能處理過(guò)程。主要業(yè)務(wù)流程如表1所示。

2.1 考勤終端層

本層主要設(shè)計(jì)是放置在每間房屋的嵌入式考勤機(jī)，通過(guò)MAC地址綁定及高速指紋識(shí)別有效解決考勤定位、考勤時(shí)間集中的難題。嵌入式考勤機(jī)采用32位ARM處理器LPC2214為核心，按功能分為聲光指示、存儲(chǔ)、指紋感應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)饶K，如圖2所示。表2為L(zhǎng)PC2214處理器資源使用情況，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能擴(kuò)展需求。嵌入式考勤機(jī)提前接收從控制主機(jī)下發(fā)的考勤數(shù)據(jù)，存放于存儲(chǔ)器模塊;在有效考勤期間，指紋模塊感應(yīng)考勤信息，通過(guò)指紋感應(yīng)模塊預(yù)處理后傳輸至處理器，處理器收到考勤數(shù)據(jù)后調(diào)用存儲(chǔ)器中正確的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，判斷其合法性，驅(qū)動(dòng)聲光指示及液晶顯示，并將考勤狀態(tài)上傳至控制主機(jī)中。當(dāng)終端和控制主機(jī)數(shù)據(jù)鏈路傳輸錯(cuò)誤，終端128M 閃存容量可單機(jī)存儲(chǔ)7天考勤數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)計(jì)定時(shí)“握手”信號(hào)確保在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)下的信息同步機(jī)制及數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳。

本設(shè)計(jì)采用指紋識(shí)別作為身份鑒定，其作為生物識(shí)別技術(shù)中最為關(guān)注和成熟的一種，具有隨身性，與人體唯一綁定，防偽性好，具有傳統(tǒng)身份鑒定手段無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)[15-17]。模塊選型采用瑞典FingerPrints

公司推出的電容式面裝指紋傳感器FPC1011F，其具有高分辨率、高速、高耐磨等特點(diǎn)。整機(jī)實(shí)測(cè)結(jié)果為：50人次考勤人均<1S的感應(yīng)識(shí)別通過(guò)速度。

2.2 控制主機(jī)層

院校教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、行政、后勤等各部門樓宇安裝控制主機(jī)，分布式對(duì)不同類別人群進(jìn)行分類考勤信息匯總?？刂浦鳈C(jī)運(yùn)行Visual C#開發(fā)的應(yīng)用程序，主要為考勤信息記錄及處理、考勤信息看板展示兩大功能，如圖3所示。

每天將當(dāng)天課程、學(xué)生、教師等信息提取出來(lái)，放入相應(yīng)臨時(shí)表，課前及上班前下發(fā)至每臺(tái)嵌入式考勤機(jī);實(shí)時(shí)接收考勤終機(jī)上傳的身份數(shù)據(jù)及考勤時(shí)間，自動(dòng)匹配信息，生成“正?！薄斑t到”“曠課”數(shù)據(jù)并保存;實(shí)時(shí)將“遲到”“曠課”上傳至服務(wù)器層，并將各臨時(shí)表的考勤數(shù)據(jù)等刪除;當(dāng)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸不成功，通過(guò)啟動(dòng)多次定時(shí)重傳，并提供人工控制傳輸方式。

另一方面，通過(guò)在每棟建筑大廳的大屏幕LED進(jìn)行考勤信息的展示，包括房間號(hào)、課程、班級(jí)、出勤率、教師出勤狀態(tài)等信息。

2.3 服務(wù)器層

服務(wù)器架設(shè)在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心，運(yùn)行Java開發(fā)的考勤管理系統(tǒng)，與各樓宇控制主機(jī)進(jìn)行命令與數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)覆蓋院校所有樓宇、全部人群的考勤數(shù)據(jù)自動(dòng)處理管理，最大日處理考勤數(shù)據(jù)為100萬(wàn)人次、2TB，可滿足10萬(wàn)規(guī)模人數(shù)每天8次考勤需求。其主要功能包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)下發(fā)、考勤信息查詢與統(tǒng)計(jì)、考勤預(yù)警、調(diào)停課處理、考勤人工調(diào)整及系統(tǒng)與用戶管理等，如圖4所示。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子模塊是為滿足考勤需要，系統(tǒng)將課程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（課程名稱、授課時(shí)間段、地點(diǎn)、教師、班級(jí)）、學(xué)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、身份數(shù)據(jù)）、教師基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（教工號(hào)、姓名、學(xué)院、身份數(shù)據(jù)）、班級(jí)數(shù)據(jù)（班級(jí)名、年級(jí)、專業(yè)、學(xué)院、班主任）等導(dǎo)入。

數(shù)據(jù)下發(fā)子模塊在學(xué)期初前，首先發(fā)出清理數(shù)據(jù)指令，清空各控制主機(jī)數(shù)據(jù);再將生成的各建筑物考勤數(shù)據(jù)寫入控制主機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

考勤信息查詢與統(tǒng)計(jì)子模塊便于各類人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（Web）查詢、統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)的考勤信息，如某個(gè)學(xué)生的出勤情況、某個(gè)班級(jí)的出勤情況、某門課程的出勤情況、違規(guī)次數(shù)多于N次的人員情況等。

考勤預(yù)警子模塊指可設(shè)置預(yù)警條件，當(dāng)違規(guī)情況達(dá)到預(yù)警條件，通過(guò)GSM方式發(fā)送預(yù)警短信至預(yù)定手機(jī)號(hào)碼上（違規(guī)者本人、輔導(dǎo)員、班主任、家長(zhǎng)等）。

考勤數(shù)據(jù)人工修正子模塊指根據(jù)學(xué)生請(qǐng)假、休學(xué)、課程調(diào)整等情況，管理員可人工增加、修改、刪改考勤數(shù)據(jù)，其中對(duì)于休學(xué)、請(qǐng)假情況，考慮“事后”定期集中處理。

系統(tǒng)與用戶管理子模塊包括根據(jù)業(yè)務(wù)需要及管理級(jí)別，設(shè)置相應(yīng)權(quán)限，不同權(quán)限的用戶可以處理、查詢、修改業(yè)務(wù)內(nèi)容;也包括設(shè)置控制參數(shù)，如設(shè)置考勤時(shí)間、遲到及曠課時(shí)間點(diǎn)等。

假期調(diào)停課處理子模塊實(shí)現(xiàn)節(jié)假日集中調(diào)、停課功能，由學(xué)校教務(wù)部門或二級(jí)學(xué)院教務(wù)員按規(guī)定統(tǒng)一調(diào)整。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

為方便控制主機(jī)層及服務(wù)器層的數(shù)據(jù)傳輸，將采用相同的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)功能需求分析，選用SQL Server 2012作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。SQL Server 2012安全性、事務(wù)處理能力和誤差控制符合事務(wù)要求，其智能服務(wù)器技術(shù)增強(qiáng)了服務(wù)器上數(shù)據(jù)整體性，并具有分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，支持多用戶高性能快速響應(yīng)，充分滿足分布式多層計(jì)算模型的設(shè)計(jì)需求[18=19]。在院?？记诠芾硐到y(tǒng)中，其業(yè)務(wù)較為復(fù)雜，需實(shí)現(xiàn)的功能也很多[20-21]。因而在數(shù)據(jù)庫(kù)中用于不同功能的表也較多，概括起來(lái)可分為基本功能表和功能操作表兩大類?；竟δ鼙碇饕墙y(tǒng)計(jì)查詢所涉及的各類表，功能操作表主要是各個(gè)子模塊所用到的表。主要數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)說(shuō)明如下表3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于分布式院校考勤系統(tǒng)采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)合理規(guī)劃各層任務(wù)，考勤終端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)感應(yīng)、識(shí)別、存儲(chǔ)，控制主機(jī)負(fù)責(zé)管理本棟大樓所有考勤終端數(shù)據(jù)的整理、分析，服務(wù)器收集院校所有數(shù)據(jù)并匯總、統(tǒng)計(jì)，三層相互配合、協(xié)調(diào)共同完成智能考勤過(guò)程，體現(xiàn)了部門分布式處理和院校整體數(shù)據(jù)管理需求。本系統(tǒng)部署兩棟實(shí)訓(xùn)樓，共70間4800工位，每間日均考勤6次，經(jīng)試用驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性高，實(shí)現(xiàn)了院校考勤數(shù)據(jù)的集中、自動(dòng)處理，打破了院校各部門、各建筑考勤的數(shù)據(jù)壁壘，解決了傳統(tǒng)考勤方式耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等問(wèn)題，初步實(shí)現(xiàn)了智能校園中重要的考勤管理模塊[22-23]，為進(jìn)一步“數(shù)字校園”建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

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