一種基于智能手機(jī)的課堂考勤系統(tǒng)

湯文俊 彭立 席博文

摘? 要： 智能手機(jī)已用于課堂考勤，但現(xiàn)有的系統(tǒng)沒有兼顧考勤效率和身份識(shí)別。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，通過綜合運(yùn)用人臉識(shí)別及手機(jī)定位技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于智能手機(jī)的課堂考勤系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，客戶端運(yùn)行于Android手機(jī)，服務(wù)端運(yùn)行于后臺(tái)服務(wù)器，學(xué)生通過客戶端以簽到和簽退的方式來完成考勤，教師通過客戶端可直接查詢考勤結(jié)果。

關(guān)鍵詞： 課堂考勤; 智能手機(jī); 人臉識(shí)別; 手機(jī)定位

中圖分類號(hào)：TP311.1? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2019）02-18-04

A mobile phone based classroom attendance checking system

Tang Wenjun， Peng Li， Xi Bowen

（Department of Information Science and Engineering， Hunan First Normal University， Changsha， Hunan 410205， China）

Abstract： The mobile phone has been applied to check attendance， but existing systems do not give attention to both efficiency and identity recognition. To compensate for the shortcomings of these systems， a mobile phone based system for checking classroom attendance is designed. The system adopts the C/S architecture， in which the client side runs on Android mobile phones， and the server side runs on a back-end server. Using the client side， students can record their attendance in a way of checking in and checking out， and teachers can query students' attendance directly.

Key words： classroom attendance checking; mobile phone; face recognition; mobile phone location

0 引言

在高校這種較為寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境中，因?qū)W生缺乏自覺性和自律性，逃課現(xiàn)象較為嚴(yán)重。為了嚴(yán)肅教學(xué)紀(jì)律，確保教學(xué)質(zhì)量，有必要采取相應(yīng)措施來打擊這種現(xiàn)象。課堂考勤是目前各高校普遍采用的一種手段。任課教師一般是通過點(diǎn)名來進(jìn)行考勤，在學(xué)生人數(shù)較多的情況下，無疑會(huì)耗費(fèi)較多的時(shí)間，并影響教學(xué)進(jìn)度。為了在有限的課時(shí)內(nèi)完成既定的教學(xué)任務(wù)，有些教師干脆不考勤或盡量少考勤，這給那些不自覺的學(xué)生可乘之機(jī)。另外，人工考勤一般只會(huì)記錄在紙上，也不便于做考勤結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。

隨著智能手機(jī)的普及和其功能的不斷強(qiáng)大，已出現(xiàn)一些基于智能手機(jī)的課堂考勤系統(tǒng)[1-2]。這些系統(tǒng)分為兩類，一類基于人臉識(shí)別技術(shù)并只運(yùn)行在教師的手機(jī)上，另一類基于手機(jī)定位技術(shù)并只運(yùn)行在學(xué)生的手機(jī)上。前者通過比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)掃描到的學(xué)生臉部信息和事先采集到的學(xué)生臉部信息來確認(rèn)哪些學(xué)生到課，從而解決了身份識(shí)別問題，但考勤時(shí)需要教師對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行臉部掃描，耗費(fèi)的時(shí)間并不比傳統(tǒng)的點(diǎn)名方式少。后者通過比較學(xué)生手機(jī)的位置和教室的位置來確認(rèn)學(xué)生是否到課，因?yàn)椴恍枰處焻⑴c考勤，所以提高了考勤效率，但無法識(shí)別學(xué)生身份。為了彌補(bǔ)以上兩類系統(tǒng)的不足，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于智能手機(jī)的課堂考勤系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過綜合運(yùn)用人臉識(shí)別和手機(jī)定位技術(shù)，解決了到課確認(rèn)和身份識(shí)別問題，且具有較好的考勤效率。

1 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)由客戶端和服務(wù)端構(gòu)成，用戶分為學(xué)生和教師。客戶端運(yùn)行于Android手機(jī)，為學(xué)生和教師提供了訪問入口;服務(wù)端運(yùn)行于后臺(tái)服務(wù)器，負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)邏輯處理。學(xué)生通過客戶端以簽到和簽退的方式來完成考勤，教師不需要參與考勤便可通過客戶端查詢到考勤結(jié)果。

1.1 賬號(hào)激活

系統(tǒng)事先為學(xué)生和教師設(shè)置了個(gè)人賬號(hào)，他們必須激活賬號(hào)才能使用系統(tǒng)。學(xué)生激活賬號(hào)時(shí)，需選擇用戶類別為學(xué)生，輸入學(xué)號(hào)和密碼，并通過前置攝像頭拍攝人臉照片（拍攝3張），系統(tǒng)根據(jù)以上信息激活相應(yīng)的賬號(hào)并進(jìn)行人臉識(shí)別器的訓(xùn)練。只有當(dāng)學(xué)號(hào)和密碼正確，且3次拍照都拍到了人臉時(shí)，激活賬號(hào)才會(huì)成功。教師激活賬號(hào)時(shí)，選擇用戶類別為教師并輸入工號(hào)和密碼，系統(tǒng)根據(jù)以上信息激活相應(yīng)的賬號(hào)。只有當(dāng)工號(hào)和密碼正確時(shí)，激活賬號(hào)才會(huì)成功。

1.2 登錄

已激活賬號(hào)的學(xué)生和教師在每次使用系統(tǒng)時(shí)需先登錄。用戶登錄時(shí)，需選擇用戶類別并輸入賬號(hào)和密碼，系統(tǒng)根據(jù)以上信息完成登錄處理。只有當(dāng)賬號(hào)和密碼正確時(shí)，登錄才會(huì)成功。

1.3 簽到和簽退

學(xué)生登錄系統(tǒng)后，可通過簽到和簽退來完成考勤。學(xué)生簽到時(shí)，需選擇簽到的課程（含節(jié)次）并通過前置攝像頭拍攝人臉（拍攝1張），系統(tǒng)根據(jù)簽到的課程、簽到的時(shí)間、手機(jī)所在的位置、人臉照片等信息來完成簽到處理。對(duì)于任意一門課程，只有在規(guī)定的時(shí)間和上課地點(diǎn)由學(xué)生本人簽到，簽到才能成功。簽退流程與簽到類似。其他要求如下：①每次課都要進(jìn)行簽到和簽退，任何一個(gè)操作未完成都將視為缺勤;②正常簽到時(shí)間為上課前10分鐘內(nèi)，不能提前簽到，上課后10分鐘內(nèi)簽到則視為遲到，10分鐘后將無法簽到并視為缺勤;③正常簽退時(shí)間為下課后10分鐘內(nèi)，不能延后簽退，提前簽退則視為早退。

1.4 考勤查詢

教師登錄系統(tǒng)后，可查詢本學(xué)期任教課程的考勤情況，考勤查詢只能在登錄的當(dāng)天進(jìn)行。查詢時(shí)，需選擇任教課程（含班級(jí)），并選擇是查詢當(dāng)天的考勤情況還是查詢本學(xué)期的考勤情況，系統(tǒng)根據(jù)以上信息返回查詢結(jié)果。若查詢的是當(dāng)天的考勤情況，查詢結(jié)果為該課程當(dāng)天每次課的考勤情況，包含課程、班級(jí)、節(jié)次、缺勤人姓名、遲到者姓名、早退者姓名等信息;若查詢的是本學(xué)期的考勤情況，查詢結(jié)果為本學(xué)期該課程到目前為止總的考勤情況，包含課程、班級(jí)以及每位學(xué)生的出勤次數(shù)、出勤率等信息。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基本設(shè)計(jì)思想

⑴ 整體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，其中客戶端運(yùn)行于Android手機(jī)，為學(xué)生和教師提供訪問入口，服務(wù)端運(yùn)行于后臺(tái)服務(wù)器，負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)邏輯處理。針對(duì)系統(tǒng)的功能需求，在客戶端中設(shè)計(jì)相應(yīng)的模塊;針對(duì)客戶端中的每一個(gè)模塊，在服務(wù)端中設(shè)計(jì)相應(yīng)的服務(wù)模塊?？蛻舳说膶?shí)現(xiàn)采用Android開發(fā)技術(shù);服務(wù)端的實(shí)現(xiàn)采用Java Web開發(fā)技術(shù)[3]：運(yùn)行服務(wù)端程序的Web服務(wù)器為Tomcat，系統(tǒng)數(shù)據(jù)存放于MySQL數(shù)據(jù)庫，服務(wù)模塊被封裝成Servlet?？蛻舳送ㄟ^HTTP協(xié)議與服務(wù)端通信，客戶端模塊將用戶提交的信息以HTTP請(qǐng)求發(fā)往后臺(tái)服務(wù)器，當(dāng)Tomcat接收到HTTP請(qǐng)求后，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的服務(wù)端模塊進(jìn)行處理，期間服務(wù)端模塊會(huì)根據(jù)需要訪問MySQL數(shù)據(jù)庫，請(qǐng)求處理完畢后，Tomcat將處理結(jié)果以HTTP響應(yīng)返回至客戶端。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

⑵ 到課確認(rèn)的方法

學(xué)生簽到時(shí)，客戶端利用百度地圖API[4]獲取學(xué)生手機(jī)所在的位置并將該信息發(fā)往服務(wù)端，服務(wù)端通過比較該信息和數(shù)據(jù)庫中存放的教室位置信息來判斷學(xué)生是否到課。

⑶ 身份識(shí)別的方法

學(xué)生激活賬號(hào)時(shí)，客戶端把要激活的賬號(hào)和拍攝到的人臉照片發(fā)往服務(wù)端，服務(wù)端以賬號(hào)作為人臉照片的分類標(biāo)簽，并以人臉照片和其分類標(biāo)簽作為訓(xùn)練樣本來訓(xùn)練人臉識(shí)別器，人臉識(shí)別器是Opencv for Java[5]提供的人臉識(shí)別器類的實(shí)例。學(xué)生簽到和簽退時(shí)，客戶端會(huì)把當(dāng)前用戶的賬號(hào)和采集到的人臉照片發(fā)往服務(wù)端，服務(wù)端利用人臉識(shí)別器識(shí)別出人臉照片的分類標(biāo)簽，并比較當(dāng)前用戶的賬號(hào)與分類標(biāo)簽是否相同，以此判斷是否學(xué)生本人簽到或簽退。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的客戶端和服務(wù)端各有5個(gè)模塊。客戶端和服務(wù)端的軟件結(jié)構(gòu)分別見圖2和圖3。

2.3 模塊設(shè)計(jì)

⑴ 賬號(hào)激活模塊

該模塊先接收用戶輸入的賬號(hào)和密碼，對(duì)于學(xué)生用戶，還要通過前置攝像頭采集3張人臉照片。之后，將用戶類別（學(xué)生或教師）、賬號(hào)、密碼、人臉照片（學(xué)生用戶）發(fā)往發(fā)往服務(wù)端的賬號(hào)激活服務(wù)模塊，以激活用戶的個(gè)人賬號(hào)。

⑵ 賬號(hào)激活服務(wù)模塊

該模塊先根據(jù)接收到的用戶類別、賬號(hào)和密碼來查詢數(shù)據(jù)庫，以確認(rèn)賬號(hào)和密碼正確且賬號(hào)的狀態(tài)為未激活，之后將賬號(hào)的狀態(tài)改為激活。接著，對(duì)于學(xué)生用戶，將接收到的3張照片放置于人臉照片目錄并用目錄中的所有照片來訓(xùn)練人臉識(shí)別器。最后將處理結(jié)果返回客戶端。

⑶ 登錄模塊

該模塊先接收用戶輸入的賬號(hào)和密碼，之后將用戶類別、賬號(hào)、密碼、登錄日期發(fā)往服務(wù)端的登錄服務(wù)模塊，以確認(rèn)用戶是否有使用該系統(tǒng)的資格。

⑷ 登錄服務(wù)模塊

該模塊先根據(jù)接收到的用戶類別、賬號(hào)和密碼來查詢數(shù)據(jù)庫，以確認(rèn)賬號(hào)和密碼正確且賬號(hào)的狀態(tài)為已激活。之后，根據(jù)接收到的賬號(hào)和登錄日期在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行以下查詢：對(duì)于學(xué)生用戶，查找當(dāng)天可簽到的課程及相應(yīng)節(jié)次;對(duì)于教師用戶，查找本學(xué)期的任教課程及相應(yīng)班級(jí)。最后，將處理結(jié)果返回客戶端。在登錄成功的情況下，處理結(jié)果中會(huì)包含當(dāng)天可簽到的課程及相應(yīng)節(jié)次（學(xué)生用戶）或本學(xué)期的任教課程及相應(yīng)班級(jí)（教師用戶）。

⑸ 簽到模塊

該模塊先接收學(xué)生選擇的簽到課程（含節(jié)次），并通過前置攝像頭采集1張人臉照片。之后，調(diào)用百度地圖API獲取手機(jī)所在的位置。最后，將賬號(hào)、簽到課程（含節(jié)次）、簽到時(shí)間、手機(jī)所在的位置、人臉照片發(fā)往服務(wù)端的簽到服務(wù)模塊，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)該次課的簽到。

⑹ 簽到服務(wù)模塊

該模塊先根據(jù)接收到的賬號(hào)、簽到課程（含節(jié)次）、簽到時(shí)間、手機(jī)所在的位置來查詢數(shù)據(jù)庫，以確認(rèn)該生該次課尚未簽到，并確認(rèn)該生在規(guī)定的時(shí)間和地點(diǎn)簽到。之后，用人臉識(shí)別器根據(jù)接收到的人臉照片識(shí)別出照片對(duì)應(yīng)的賬號(hào)，并確認(rèn)識(shí)別出的賬號(hào)與接收到的賬號(hào)一致。接著，將簽到情況（正常或遲到）記錄在數(shù)據(jù)庫中。最后，將處理結(jié)果返回客戶端。

⑺ 簽退模塊

該模塊先接收學(xué)生選擇的簽退課程（含節(jié)次），并通過前置攝像頭采集1張人臉照片。之后，調(diào)用百度地圖API獲取手機(jī)所在的位置。最后，將賬號(hào)、簽退課程（含節(jié)次）、簽退時(shí)間、手機(jī)所在的位置、人臉照片發(fā)往服務(wù)端的簽退服務(wù)模塊，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)該次課的簽退。

⑻ 簽退服務(wù)模塊

該模塊先根據(jù)接收到的賬號(hào)、簽退課程（含節(jié)次）、簽退時(shí)間、手機(jī)所在的位置來查詢數(shù)據(jù)庫，以確認(rèn)該生該次課尚未簽退，并確認(rèn)該生在規(guī)定的時(shí)間和地點(diǎn)簽退。之后，用人臉識(shí)別器根據(jù)接收到的人臉照片識(shí)別出照片對(duì)應(yīng)的賬號(hào)，并確認(rèn)識(shí)別出的賬號(hào)與接收到的賬號(hào)一致。接著，將簽退情況（正常或早退）記錄在數(shù)據(jù)庫中。最后，將處理結(jié)果返回客戶端。

⑼ 考勤查詢模塊

該模塊先接收用戶選擇的任教課程（含班級(jí)）和查詢方式（查詢當(dāng)天考勤情況或本學(xué)期考勤情況），之后將賬號(hào)、任教課程（含班級(jí)）、查詢方式、查詢時(shí)間發(fā)往服務(wù)端的考勤查詢服務(wù)模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該課程考勤結(jié)果的查詢。

⑽ 考勤查詢服務(wù)模塊

該模塊根據(jù)接收到的賬號(hào)、任教課程（含班級(jí)）、查詢方式、查詢時(shí)間來查詢數(shù)據(jù)庫，以獲得該課程當(dāng)天每次課的考勤情況或本學(xué)期到目前為止總的考勤情況。之后，將處理結(jié)果返回客戶端，處理結(jié)果中包含該課程當(dāng)天每次課的考勤情況或本學(xué)期到目前為止總的考勤情況。

2.4 數(shù)據(jù)庫表

本系統(tǒng)共有9個(gè)表。

⑴ student表（存放學(xué)生用戶的基本信息，表結(jié)構(gòu)見表1）。

⑵ teacher表（存放教師用戶的基本信息，表結(jié)構(gòu)見表2）。

⑶ class表（存放班級(jí)的基本信息，表結(jié)構(gòu)見表3）。

⑷ course表（存放課程的基本信息，表結(jié)構(gòu)見表4）。

⑸ classroom表（存放上課教室的基本信息，表結(jié)構(gòu)見表5）。

⑹ semester表（存放學(xué)期的基本信息，表結(jié)構(gòu)見表6）。

⑺ schedule表（存放教學(xué)計(jì)劃信息，表結(jié)構(gòu)見表7）。

⑻ curriculum表（存放課表信息，表結(jié)構(gòu)見表8）。

⑼ kaoqin表（存放考勤結(jié)果，表結(jié)構(gòu)見表9）。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于智能手機(jī)的課堂考勤系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，客戶端運(yùn)行于Android手機(jī)，服務(wù)端運(yùn)行于后臺(tái)服務(wù)器，學(xué)生通過客戶端以簽到和簽退的方式來完成考勤，教師通過客戶端可直接查詢考勤結(jié)果。該系統(tǒng)通過綜合運(yùn)用人臉識(shí)別及手機(jī)定位技術(shù)，不但解決了到課確認(rèn)和身份識(shí)別問題，還具有較好的考勤效率。

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