蔡嘉興 黎 明

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

隨著信息化的發(fā)展，以及各方面對(duì)于快速有效的自動(dòng)身份驗(yàn)證的迫切需求，生物特征識(shí)別技術(shù)得到了迅猛地發(fā)展。作為人本身的一種的內(nèi)在屬性，具有很強(qiáng)的個(gè)體與個(gè)體間的差異性，基于此生物特征就成為了自動(dòng)身份驗(yàn)證的最理想的根據(jù)。

人工考勤、打卡考勤、脫機(jī)打卡等方式，有著費(fèi)時(shí)費(fèi)力，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不易，數(shù)據(jù)保護(hù)難的問題。并且如果存在其他干擾行為，很容易影響數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。與以上考勤方式相比，人臉識(shí)別技術(shù)，擁有非接觸性質(zhì)、高效性、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，易于被廣大用戶接受，從而得到廣泛地應(yīng)用[1]。文章提出一種基于人臉識(shí)別技術(shù)和定位信息的考勤方法，解決了自動(dòng)身份認(rèn)證和遠(yuǎn)程考勤的需求。

1 人臉識(shí)別技術(shù)與定位實(shí)現(xiàn)背景

1.1 人臉識(shí)別實(shí)現(xiàn)技術(shù)背景

人臉識(shí)別技術(shù)，是一種通用的，非接觸式的生物特征比對(duì)的技術(shù)。本質(zhì)上就是通過數(shù)據(jù)采集用戶人臉圖像，通過核心算法對(duì)臉部特征進(jìn)行分析，并和自身的數(shù)據(jù)范本進(jìn)行比對(duì)，最后確定用戶身份。在日常生活中常備應(yīng)用在安檢、網(wǎng)絡(luò)支付、身份證比對(duì)等各個(gè)方面。

當(dāng)前的人臉識(shí)別方法有多種，目前主流的人臉識(shí)別方法包含以下幾種：基于臉部幾何特征人臉識(shí)別、基于特征臉（PCA）的人臉識(shí)別、基于彈性匹配的人臉識(shí)別方法。

1.2 定位實(shí)現(xiàn)技術(shù)背景

定位技術(shù)是通過一定的技術(shù)手段獲取目標(biāo)當(dāng)前的地理坐標(biāo)位置信息。在生活中，室內(nèi)人員定位、商場(chǎng)物品定位、地圖導(dǎo)航等方面都離不開定位功能的實(shí)現(xiàn)，目前生活中應(yīng)用最廣泛的定位方式是GPS定位[2]。

當(dāng)前的定位方式主要有：衛(wèi)星定位、基站定位、網(wǎng)絡(luò)IP 定位。其中GPS 定位與基站定位、網(wǎng)絡(luò)IP定位相比有著定位精度高、功能多、應(yīng)用廣、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)框架

2.1 硬件框架

系統(tǒng)硬件框架是支撐這個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是不可或缺的一部分。在這個(gè)系統(tǒng)的整體框架中，用戶信息的錄入和處理，軟件的運(yùn)行都依賴硬件設(shè)備的支持。用戶的接收機(jī)和攝像設(shè)備以及GPS 芯片是系統(tǒng)硬件框架中最為重要的部分。用戶接收機(jī)實(shí)時(shí)獲取人臉數(shù)據(jù)信息以及地理位置信息，進(jìn)行人臉屬性檢測(cè)、位置定位、人臉識(shí)別等多種操作，并根據(jù)數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行反饋提示。為保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)來確保功能的實(shí)現(xiàn)。

2.2 軟件框架

在軟件框架中，分為數(shù)據(jù)分析與處理和用戶接收機(jī)的狀態(tài)變更。其中數(shù)據(jù)的分析與處理方面，首先采集用戶的人臉特征信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，考勤時(shí)通過虹軟SDK（軟件開發(fā)工具包）實(shí)現(xiàn)人臉數(shù)據(jù)的比對(duì)以及采用百度地圖SDK中的算法和GPS定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)與分析，并將用戶考勤信息加載到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶接收機(jī)的狀態(tài)變更方面，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間段對(duì)用戶接收機(jī)進(jìn)行不同操作，達(dá)到用戶接收機(jī)的設(shè)備的狀態(tài)管理的切換。

2.3 通信框架

數(shù)據(jù)傳輸是通信系統(tǒng)的一個(gè)主要環(huán)節(jié)，其功能是將用戶簽到信息、考勤數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器中。由于需要實(shí)現(xiàn)打卡簽到的功能，會(huì)在特定時(shí)間產(chǎn)生龐大的考勤數(shù)據(jù)，可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸緩慢、傳輸錯(cuò)誤等問題，會(huì)大大降低軟件的效率。為解決這一方面的問題，在軟件方面，采用消息隊(duì)列服務(wù)進(jìn)行代碼的優(yōu)化，并對(duì)無效信息如重復(fù)打卡的傳輸進(jìn)行一定的過濾。硬件方面，如有因高并發(fā)形成瓶頸問題，可以搭建服務(wù)器集群，數(shù)據(jù)庫(kù)集群，進(jìn)行讀寫分離，提高數(shù)據(jù)訪問和存儲(chǔ)效率。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)中采取的是服務(wù)器-客戶機(jī)結(jié)構(gòu)（C/S架構(gòu)），服務(wù)器負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)的管理，客戶機(jī)完成用戶的交互任務(wù)。系統(tǒng)主要內(nèi)容包括：

(1)用戶信息數(shù)據(jù)的人臉采集、位置定位、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理。

(2)用戶信息數(shù)據(jù)信息與服務(wù)器進(jìn)行交互。

(3)用戶信息數(shù)據(jù)的可視化。

(4)用戶信息數(shù)據(jù)的更新和維護(hù)。

系統(tǒng)采用虹軟SDK 實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別和百度SDK（工具開發(fā)包）實(shí)現(xiàn)位置簽到，利用數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL對(duì)用戶的數(shù)據(jù)信息等進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟件的完整功能。

基于Android 平臺(tái)的人臉識(shí)別與位置簽到App主要包括界面的初始化，登錄/注冊(cè)功能、人臉錄入功能、識(shí)別簽到和GPS 定位、查看考勤日志等功能，系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

基于Android 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別考勤App 的首要工作就是軟件的人臉身份識(shí)別功能。其主要內(nèi)容有人臉捕捉、人臉規(guī)范化分析、人臉建模、分類對(duì)比、人臉識(shí)別步驟如圖2。

圖2 人臉識(shí)別主要步驟圖

3.1 虹軟人臉識(shí)別SDK

為了簡(jiǎn)化軟件的開發(fā)流程，采用第三方提供的SDK（軟件開發(fā)工具包）。對(duì)于目前提供 SDK 的主流平臺(tái)有，曠世科技FACE++、虹軟ARCSOFT、百度、科大訊飛等多家公司[3]。

經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析用戶的體驗(yàn)，系統(tǒng)采用基于Android 的虹軟ARCSOFT SDK。當(dāng)前虹軟SDK檢測(cè)模式分為，靜態(tài)圖識(shí)別和動(dòng)態(tài)圖識(shí)別。虹軟SDK 其中包含人臉屬性檢測(cè)、人臉三維角度檢測(cè)、活體檢測(cè)、人臉特征提取、人臉特征比對(duì)等。功能結(jié)構(gòu)如圖 3，既簡(jiǎn)化了軟件的開發(fā)同時(shí)也保證了人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性，提升考勤的效率[4]。

圖3 虹軟SDK 功能圖

3.2 百度地圖定位SDK

為了保證外勤人員遠(yuǎn)程考勤信息的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，在實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別功能的同時(shí)使用定位功能。當(dāng)前基于Android 平臺(tái)的目前的定位方式主要有衛(wèi)星定位，網(wǎng)絡(luò)IP 定位，基站定位。其中網(wǎng)絡(luò)IP 定位和基站定位誤差較大。

系統(tǒng)使用百度地圖 SDK 實(shí)現(xiàn)定位功能，其定位的基本原理如圖 4 所示，當(dāng)應(yīng)用程序向定位的SDK發(fā)起定位請(qǐng)求時(shí)，定位SDK會(huì)根據(jù)當(dāng)前的GPS信息生成相對(duì)應(yīng)的定位依據(jù)。定位 SDK 會(huì)向定位服務(wù)器發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。定位服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求的定位依據(jù)推算出對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)位置，根據(jù)用戶的定制信息，將定位的結(jié)果返回定位SDK。實(shí)現(xiàn)GPS 定位功能包含以下步驟，首先通過配置Android studio環(huán)境，導(dǎo)入 SDK 開發(fā)工具包，導(dǎo)入手機(jī)權(quán)限，注冊(cè)SDK 服務(wù)，并初始化GPS 位置信息的監(jiān)聽，實(shí)時(shí)更新用戶的位置。

圖4 SDK 定位功能實(shí)現(xiàn)基本原理圖

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，常用的數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（MySQL、Oracle）和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（Redis、MongoDB）。本系統(tǒng)使用MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)的主要信息有個(gè)人基本信息，其中包括：用戶賬號(hào)、姓名、密碼、部門等信息。以及登錄打卡信息，包括：序列號(hào)、打卡人賬號(hào)、打卡時(shí)間、地點(diǎn)、機(jī)器碼。具體內(nèi)容如表 1和表2。

表1 用戶登錄打卡信息表

表2 用戶個(gè)人信息表

4 系統(tǒng)測(cè)試與分析

該系統(tǒng)搭建于 Lenovo 計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)：windows10，開發(fā)環(huán)境：Android studio3.5。開發(fā)中需要獲得相應(yīng) SDK 的使用權(quán)限，其中包括虹軟人臉識(shí)別SDK 的APP ID，SDK ID 和百度地圖定位SDK SHA1 碼。

軟件開發(fā)的具體步驟包含：1）Android 開發(fā)的環(huán)境搭建配置 2）虹軟人臉識(shí)別和百度地圖定位SDK 獲取3）軟件開發(fā)工具包的SDK 的導(dǎo)入4）頁(yè)面布局設(shè)計(jì)

APP 進(jìn)行了人臉注冊(cè)、比對(duì)和遠(yuǎn)程位置信息獲取、打卡等測(cè)試，其中人臉比對(duì)的測(cè)試結(jié)果圖如圖5，定位測(cè)試結(jié)果如圖6。

圖5 人臉比對(duì)圖

圖6 定位測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明該 APP 實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別的的屬性檢測(cè)以及人臉比對(duì)和定位功能。由于人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率受到以下幾個(gè)因素的影響：光照變化、人臉面部表情變化、背景與附著物，因此，為提高人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率，在使用時(shí)，應(yīng)盡量避免以上因素的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用虹軟SDK 與百度地圖SDK 實(shí)現(xiàn)基于人臉識(shí)別與位置信息的考勤系統(tǒng)，有較好的架構(gòu)穩(wěn)定性，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，解決了普通考勤信息自動(dòng)管理難和考勤難等問題，優(yōu)化了考勤管理業(yè)務(wù)，極大的提高了用戶和企業(yè)間的組織效率，經(jīng)測(cè)試和上線使用，滿足了當(dāng)前考勤管理工作的需要。