高校人脸识别建设

借助于云计算、大数据、物(wù)联网、移动互联网、人工智能(néng)技术等信息技术的发展，智慧校园建设也被赋予了更多(duō)的含义，更加丰富的数据获取途径、更智能(néng)化的分(fēn)析方法使得精细化和人性化的校园管理(lǐ)成為(wèi)可(kě)能(néng)。而“人”这一最重要的因素，是智慧校园建设中最重要的课题。以往的数字化校园建设中，通常使用(yòng)校园卡作為(wèi)學(xué)生、教工的数字化标签，比如刷卡通行、刷卡签到、刷卡消费等，通过刷卡信息来获取、分(fēn)析、引导人的行為(wèi)，从而实现精细、人性化的管理(lǐ)。卡是一种成本低、效率高、需要配合的方式， 目前已经得到了大面积应用(yòng)，也為(wèi)智慧校园建设积累了大量的数据和经验。但是卡本身无法和人进行有(yǒu)效绑定，丢卡、忘带卡等现象带来的不便和安全隐患时有(yǒu)发生。
随着基于深度學(xué)习技术的发展，人脸识别技术得到長(cháng)足发展，已经具备了商(shāng)业化的能(néng)力。2015年阿里巴巴马云在德國(guó)汉诺威展会的“刷脸”購(gòu)物(wù)，以及支付宝对“刷脸登录”、“刷脸支付”技术的采用(yòng)，彻底点燃了人脸识别技术商(shāng)业化应用(yòng)的星星之火。目前人脸识别技术已广泛使用(yòng)于金融、安防等领域，并逐步向零售、教育等行业扩展。而作為(wèi)支付宝“刷脸”的技术提供方，（Face++）已经在包括清华在内的众多(duō)高校中进行了各种尝试，在學(xué)生、教工、安保管理(lǐ)等各个业務(wù)场景引入人脸识别技术，有(yǒu)力推进了新(xīn)型智慧校园建设。本文(wén)就智慧校园建设中，比较成熟的人脸识别应用(yòng)场景和解决方案进行描述。
第一章 业務(wù)需求理(lǐ)解
1.1 學(xué)生管理(lǐ)需求
1.1.1 學(xué)生宿舍管理(lǐ)需求
高校宿舍管理(lǐ)的信息化和数字化建设作為(wèi)数字化校园建设的重要组成部分(fēn)，对學(xué)校的安全管理(lǐ)将起到强大的助推作用(yòng)。近年来高校宿舍安全问题频发，特别是校區(qū)相对偏遠(yuǎn)的學(xué)校以及女生比例大的學(xué)校，从新(xīn)闻媒體(tǐ)报道出的學(xué)生宿舍安全性事件可(kě)见一斑。
归纳起来主要有(yǒu)以下几种情况：外来人员未经登记及授权进入學(xué)生宿舍张贴广告、偷窃、行凶；學(xué)生失踪多(duō)日，學(xué)校管理(lǐ)方却并不知情，导致未能(néng)及时采取相应措施。特别是 2015 年中國(guó)传媒大學(xué)在校女大學(xué)生失联48小(xiǎo)时遇害的新(xīn)闻，让社会再度把目光聚焦在校园安全问题上。
在高校宿舍管理(lǐ)上的问题，校方管理(lǐ)人员一直在努力尝试各种方案：如宿舍楼管理(lǐ)员对进入宿舍楼的人员一一盘查确认；晚上宿舍楼关灯前进行人工查寝，登记晚归和未归學(xué)生；这些尝试费时费力，并且进行这种人工重复度极高的工作，难免出错，同时由于各种人為(wèi)因素的影响并不能(néng)够有(yǒu)效解决上述问题。 也有(yǒu)一些學(xué)校尝试購(gòu)买安装一卡通刷卡门禁、指纹门禁系统，但校园卡忘带、校园卡借出、仿造指纹套等系统漏洞不能(néng)够得到有(yǒu)效解决的情况下，也使得这些高价买入的门禁设备形同虚设。而使用(yòng)人脸识别技术的智能(néng)门禁管理(lǐ)系统，则可(kě)有(yǒu)效解决以上问题。
1.1.2 上课考勤管理(lǐ)需求
调查研究表明，出勤率与學(xué)习效果成正比关系。许多(duō)大學(xué)生都在自由与自制间面临苦恼的选择，而逃课则往往是大學(xué)的必修课。在自律难以实现的情况下，他(tā)律变得尤為(wèi)重要，从管理(lǐ)角度看，考勤是挽救教育资源浪费，提升學(xué)习效果的有(yǒu)效手段。考勤不是目的，而是一种方法，是學(xué)校对學(xué)生负责的一种表现。而考勤也从人工点名方式逐步发展為(wèi)刷校园卡的方式，但是仍然经常发生替刷现象。基于人脸识别技术的考勤方式，在确保考勤准确性、不可(kě)替代性的同时，大大提升了使用(yòng)便利性，是考勤系统智能(néng)化的重要进步。
1.1.3 考场人证核验需求
學(xué)校会组织自主招生考试、四六级、考研等众多(duō)考试，最重要的工作就是确保考试过程的公平公正。采用(yòng)基于人脸识别的人证合一校验系统，可(kě)简便、快捷实现考生和身份信息的认证，有(yǒu)效减少监考老师工作量，规范摒除人為(wèi)因素的干扰，提高身份识别率，建立公平公正的考场环境，避免替考、舞弊现象的发生。
1.1.4 學(xué)生自助服務(wù)需求
目前在开學(xué)注册、火車(chē)票优惠卡充值查询、打印成绩单等，普遍采用(yòng)人工方式进行，耗时耗力，效率不高。以开學(xué)注册為(wèi)例，某大學(xué)共3万學(xué)生，每到新(xīn)學(xué)期开學(xué)前，
學(xué)生都需要前往注册中心完成注册报到手续。在短短集中的3天时间里，注册中心的老师们需要完成全校3万多(duō)名本科(kē)生、研究生的手工注册工作，存在时间短、工作量大、學(xué)生多(duō)、场地小(xiǎo)、易長(cháng)时间排队等问题。类似的标准服務(wù)，在引入基于人脸识别的人证核验后，完全可(kě)基于自助设备进行，解放人力，提高效率。
1.1 .5學(xué)生行為(wèi)分(fēn)析和预警需求
通过宿舍通行、上课考勤、图书馆通行、消记录联等方式采集的数据进行综合分(fēn)析，可(kě)对學(xué)生的行為(wèi)轨迹和特征进行分(fēn)析，可(kě)尽快发现潜在问题，提前介入干预。比如通过大数据分(fēn)析提取出经常不回宿舍、多(duō)次旷课等行為(wèi)的學(xué)生，进行及早干涉，避免意外情况发生。通过配合式、非配合式的刷卡和人脸识别设备采集的数据，可(kě)有(yǒu)效补充刷卡数据， 对學(xué)生日常行為(wèi)进行精确画像，更有(yǒu)效的发现分(fēn)析和发现问题，针对可(kě)能(néng)出现的风险进行预警。
1.2 实验室管理(lǐ)需求
1.2.1目前各院系的实验室和教研组普遍采用(yòng)研究室和老师考勤方式，来规范日常的教學(xué)和科(kē)研活动。现在普遍采用(yòng)刷卡方式，但是不能(néng)解决替刷现象。引入基于人脸识别的生物(wù)识别技术可(kě)有(yǒu)效解决替刷问题。
1.2.2 实验室通行管理(lǐ)
实验室内有(yǒu)大量的珍贵实验材料、科(kē)研设备，及教师和學(xué)生的電(diàn)脑设备和研究数据等，一旦发生被窃，损失难以估量。而传统的刷卡门禁方式存在冒用(yòng)他(tā)人刷卡、外部人员尾随进入等，无法实时发现核规避风险。而采用(yòng)人脸识别技术的门禁系统，可(kě)解决丢卡、冒用(yòng)卡片带来的风险，及时阻止未授权人员进入科(kē)研场所；可(kě)将人脸识别的陌生人告警、黑名单告警功能(néng)和保卫部门联动，可(kě)有(yǒu)效发现并阻止未授权人员和可(kě)疑人员的活动，提升安全水平。
1.2.3 实验资源使用(yòng)授权管理(lǐ)
对于重要仪器设备、重点实验场所的使用(yòng)，比如化學(xué)、電(diàn)气设备，实验室管理(lǐ)人
员往往进行有(yǒu)计划的安排，确保资源被合理(lǐ)、正确、安全的使用(yòng)。而实际场景中经常出现注册者和使用(yòng)者不一致的情况，导致纠纷和安全事件的发生。
1.3 安保管理(lǐ)需求
安保管理(lǐ)需求是针对传统的视频监控和门禁控制系统的不足提出的，且可(kě)使用(yòng)人脸识别技术有(yǒu)效改观的需求。
1.3.1 人员通行管理(lǐ)
重点區(qū)域的人员通行管理(lǐ)，比如學(xué)校大门、宿舍、體(tǐ)育场馆等。目前普遍采用(yòng)校园卡的方式进出，但无法解决忘带卡、冒用(yòng)卡等方式带来的管理(lǐ)问题。采用(yòng)基于人脸识别的通行管理(lǐ)系统，可(kě)设置白名单，如教工和學(xué)生信息，白名单人员可(kě)直接刷脸通行，提升使用(yòng)體(tǐ)验，避免忘带卡的尴尬和冒刷风险。
1.3.2 陌生人告警
學(xué)校重点區(qū)域，如重要实验室、涉密单位等，需要严格控制准入权限，通过人脸识别系统对白名单之外的人员进行预警，避免非授权人员进入，引发风险。
1.3.3 黑名单识别
學(xué)校是盗窃频发地，盗窃行為(wèi)经常发生在宿舍、实验室、體(tǐ)育场等。而且盗窃者经常是惯犯、流窜犯，學(xué)校安保部门和公安部门往往掌握了犯罪嫌疑人的相关资料，却无法及时发现和处理(lǐ)。通过在关键卡口处架设动态黑名单识别系统，布控黑名单人员，可(kě)及时发现黑名单人员的行踪，便于及时阻止和抓捕。
第二章 总體(tǐ)解决方案
2.1 业務(wù)解决方案
基于业務(wù)需求理(lǐ)解，采用(yòng)人脸识别技术的智慧校园建设方案所涵盖的业務(wù)内容如下图所示：

本技术方案中，从业務(wù)维度出发，将管理(lǐ)活动分(fēn)為(wèi)學(xué)生管理(lǐ)、实验室管理(lǐ)和安保管理(lǐ)三个维度。
2.1.1 學(xué)生管理(lǐ)
學(xué)生管理(lǐ)活动中，用(yòng)人脸作為(wèi)标签，打通學(xué)生在學(xué)校的所有(yǒu)活动场景。學(xué)生从使用(yòng)人脸识别自助注册开始，刷脸出入宿舍，上课刷脸签到，考试人证核验，刷脸进出图书馆、实验室，刷脸消费等，将分(fēn)散的业務(wù)系统数据通过人脸打通，将所有(yǒu)行為(wèi)数据汇总到数据分(fēn)析平台，进行學(xué)生轨迹分(fēn)析、行為(wèi)危险预警、以图找人等，构建智慧學(xué)生管理(lǐ)平台。
2.1.2 实验室管理(lǐ)
通过人脸识别技术进行考勤、重点區(qū)域门禁通行控制、重点设备使用(yòng)授权控制等，解决现有(yǒu)痛点，并基于人脸数据打通系统，实现统一的底库管理(lǐ)和业務(wù)场景使用(yòng)。
 
2.1.3 安保管理(lǐ)
作為(wèi)传统安防系统的有(yǒu)效升级和补充，采用(yòng)人脸识别技术进行访客管理(lǐ)、黑白名单和陌生人识别。白名单用(yòng)于门禁通行，如學(xué)校、宿舍门口的通行等；黑名单用(yòng)于重点人员布控，可(kě)及时发现和防范风险；陌生人识别可(kě)作為(wèi)白名单识别的有(yǒu)效补充，确保重点區(qū)域的访问人员合规。
2.2 整體(tǐ)技术架构
2.2.1 应用(yòng)架构


1:1解决的是物(wù)理(lǐ)人和证件信息是否匹配的问题，从合规性上明确“你是不是你”；
1:N是在N张底库中，识别照片或者视频中的人是谁，解决的是“你是谁”的问题。根据比对照片来源的不同，分(fēn)為(wèi)静态1：N（照片和底库比）、动态1：N（视频流和照片比）两种方式。

學(xué)校应从顶层设计触发，构建应用(yòng)于全校的人脸识别统一平台，进行统一的底库、设备和识别结果管理(lǐ)，便于数据收集、分(fēn)析和应用(yòng)，夯实基础，大力推进智慧校园建设

系统逻辑架构
整个系统分(fēn)為(wèi)4层。
最底层是前端设备层，根据不同的识别方式而选择不同的产品形态。比如宿舍通行管理(lǐ)中，需要基于视频流动态识别的闸机系统，比较完善的解决宿舍通行问题等。常见的产品形态如下表所述：
形态
特点
应用(yòng)场景
高清人脸枪机
实时视频流处理(lǐ)，速度快
電(diàn)磁门门禁，黑名单布控，陌生人提醒
高清人脸半球机
与闸机结合度好
闸机门禁，陌生人提醒
门禁控制器
识别后通知门禁系统开门
闸机，電(diàn)磁门通行
人证核验设备
人、卡是否一致校验
考试人证校验、自助设备身份校验
前端面板机
前端抓拍+后端识别
实验室门禁、会议室门禁、教室考勤场景
移动设备
基于移动设备的识别和展示
移动考勤、结果展示
结果展示设备
识别结果显示
考勤弹窗显示、识别结果展示
 
识别层根据识别模式區(qū)分(fēn)，主要包括：
识别模式
部署形态
应用(yòng)场景
1:1识别
识别服務(wù)器由學(xué)校集中部署，前端為(wèi)抓拍一體(tǐ)机
人证核验场景，自助设备场景
静态1:N 识别
识别服務(wù)器由學(xué)校集中部署，前端為(wèi)pad或者抓拍机
考勤场景，pad门禁场景
动态1:N识别
识别服務(wù)器靠近摄像头处，直接处理(lǐ)视频流。识别结果汇聚统一管理(lǐ)
闸机门禁识别，枪机门禁识别
数据层主要包括底库数据、识别结果数据。底库数据根据需要进行分(fēn)组，比如按照宿舍楼、班级、學(xué)院、上课排班、实验室等分(fēn)组，用(yòng)于确定识别范围。识别结果统一汇聚管理(lǐ)，便于进行學(xué)生行為(wèi)数据分(fēn)析等。
     业務(wù)层是面向具體(tǐ)场景、由具體(tǐ)用(yòng)户使用(yòng)的业務(wù)应用(yòng)系统，一般与现有(yǒu)业務(wù)系统交互，实现某一业務(wù)功能(néng)，如报表查看、数据分(fēn)析、底库管理(lǐ)逻辑等。以宿舍管理(lǐ)為(wèi)例，其业務(wù)层包括宿舍人员管理(lǐ)、宿舍人员通行记录查看、归宿人员报表查看、陌生人告警等模块。
2.2.2 物(wù)理(lǐ)部署架构
根据应用(yòng)架构，物(wù)理(lǐ)架构示意图如下：

整套系统运行在校园网内，需要千兆带宽以上网络；
   根据不同的应用(yòng)场景和识别方式需求，部署不同的设备形态。
典型场景
前端设备
识别设备
识别设备部署位置
宿舍楼通行
人脸识别闸机
标准动态识别服務(wù)器
宿舍楼内，靠近闸机部署
教室考勤
抓拍考勤机
云端1：N识别服務(wù)
學(xué)校机房
实验室通行
人脸识别相机
标准动态识别服務(wù)器
实验室弱電(diàn)间
Pad门禁机
云端1:N识别服務(wù)
學(xué)校机房
校园安保
人脸识别枪机
动态安防识别服務(wù)成都自动门器
學(xué)校机房
自助注册、考试核验等场景
人证核验设备+业務(wù)设备
云端1:1识别服務(wù)
學(xué)校机房
第三章 宿舍通行管理(lǐ)子系统
本章描述了基于人脸识别的宿舍通行管理(lǐ)系统的主要功能(néng)和架构。
3.1 宿舍管理(lǐ)系统概述
人脸识别技术作為(wèi)目前最成熟的生物(wù)识别技术之一，通过自有(yǒu)的深度學(xué)习技术，极大提高人脸识别的精准度。
智能(néng)校园解决方案基于人脸识别技术，有(yǒu)效解决原有(yǒu)系统刷卡、指纹方式问题，形成了高校公寓管理(lǐ)的一整套解决方案。该系统利用(yòng)人脸识别技术实时甄别每个通过闸口进入到宿舍楼的人员，同时管理(lǐ)系统实时统计分(fēn)析學(xué)生在寝时间、离寝时间、晚归次数等各种状况，并将报表推送给公寓管理(lǐ)中心、學(xué)生公寓、學(xué)生的辅导员教师进行相应处置，避免了每次大规模查寝所耗费的人力物(wù)力。
与传统刷卡式通道系统相比拥有(yǒu)明显优势：
人脸识别闸机解决了刷卡式通道一卡多(duō)刷、人卡不一的弊病，真正做到通行人员身份与通行授权合一，实现通行信息的精确记录，从而使通行信息的统计和查询功能(néng)不再形同虚设；
3.2 解决方案
3.2.1 系统总體(tǐ)设计
3.2.2 设计思路
校园智能(néng)化管理(lǐ)服務(wù)平台解决方案為(wèi)解决校园宿舍管理(lǐ)实时有(yǒu)效监管与控制，最大限度的提升日常管理(lǐ)效率和水平。
考虑到學(xué)校的实际情况及其特殊性，我们认為(wèi)智能(néng)化管理(lǐ)服務(wù)平台建设要本着先进性、实用(yòng)性、经济性、成熟性、开放性、和可(kě)扩充性的原则；系统可(kě)靠、技术成熟、功能(néng)实用(yòng)、方案先进、保密性强、思路创新(xīn)；為(wèi)學(xué)校建成能(néng)够代表当今先进水平的管理(lǐ)服務(wù)平台。
3.2.3 总體(tǐ)架构


3.2.4系统特点
采用(yòng)集中管理(lǐ)成都多(duō)玛自动门的建设思路，将项目中多(duō)个子系统进行融合，形成一套基于人脸识别技术数据融汇共享的综合性管理(lǐ)平台，整个系统真正实现“一體(tǐ)化、智能(néng)化”管理(lǐ)，加强综合體(tǐ)内部的管理(lǐ)效率。
网络技术的高速发展，它已经给人们的工作、生活带来了深遠(yuǎn)影响，改变了人们许多(duō)的沟通交流方式，与此同时也将各领域的数据交互技术引向了一个新(xīn)的领域。本系统的建设充分(fēn)的利用(yòng)了现阶段高速发展的网络技术，各子系统通过网络，实现各子系统之间的数据共享，让各单独的子系统组合成為(wèi)一个有(yǒu)机的整體(tǐ)，為(wèi)未来的大数据应用(yòng)提供底层基础。