高校學(xué)生管理中人臉識別技術(shù)的應(yīng)用研究

余燦玲?馬千知?張倩?廖麗

摘要：在高校學(xué)生管理越來越精細(xì)、要求越來越嚴(yán)格的背景下，如何有序高效開展學(xué)生健康、安全、教學(xué)管理工作，是各高校極其重要的任務(wù)。本文對如何將人臉識別技術(shù)應(yīng)用于高校安保、宿舍門禁、 圖書館、食堂、課堂考勤、考生信息有效管理，以及如何將其應(yīng)用于學(xué)生的健康信息、行程軌跡、體溫等高效檢測進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)快速智能核查，為高校有序開展學(xué)生管理提供了有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：高校學(xué)生管理；人臉識別；健康信息

一、引言

2020年初發(fā)生了全球性的公共衛(wèi)生事件，對我國人民生命健康與經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響，對我國高校教學(xué)秩序和人才培養(yǎng)也造成了很大影響。高校學(xué)生通常來自全國各省各市，具有生源地廣、流動(dòng)性大、人數(shù)眾多等特點(diǎn)，高校需要全力保障學(xué)生健康、安全、有序開展教學(xué)工作，這給各所高校提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，也給學(xué)生管理工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

特別是高校校門人員進(jìn)出密集，手續(xù)繁多檢查嚴(yán)格，除了要檢查學(xué)生的請假記錄、健康信息、行程軌跡之外，還需要測量體溫，經(jīng)常發(fā)生人員聚集的現(xiàn)象，個(gè)別學(xué)生存在信息造假蒙混過關(guān)等問題，給學(xué)校管理造成了巨大壓力與現(xiàn)實(shí)困難。

基于此，運(yùn)用技術(shù)手段解決高校中學(xué)生健康、安全、教學(xué)管理工作的難題迫在眉睫，高校需要一種可靠的自動(dòng)身份驗(yàn)證技術(shù)核對進(jìn)出人員的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)高?？焖僦悄芎瞬?，最大限度保障高校學(xué)生健康、安全與教學(xué)工作有序開展，并為高?？茖W(xué)有效學(xué)生管理提供技術(shù)支撐。

二、基于人臉識別的高校學(xué)生管理現(xiàn)狀

目前我國人工智能技術(shù)研究者眾多，其中人臉識別技術(shù)在高校智慧校園中各種應(yīng)用場景的研究也比較多。比如，文獻(xiàn)[1]介紹了通過人工智能技術(shù)發(fā)展智慧課堂，大力推進(jìn)高校智慧校園的建設(shè)，而且還重點(diǎn)闡述了人工智能在高校智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用場景。文獻(xiàn)[2]首先說明人臉識別技術(shù)的意義與背景，然后重點(diǎn)說明了該技術(shù)如何應(yīng)用在高校安保中，最后還分析了該技術(shù)欠缺之處及未來如何發(fā)展。文獻(xiàn)[3]利用人臉識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園安保監(jiān)控、上課前簽到、下課后反饋等功能，保障學(xué)生的考勤簽到與在校的人身財(cái)產(chǎn)安全。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于人臉識別技術(shù)的高校自動(dòng)考勤管理系統(tǒng)，通過人臉識別及自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化學(xué)生考勤流程，提高了考勤效率。文獻(xiàn)[5]將人臉識別融進(jìn)宿舍智能化管理平臺(tái)，講解了基于人臉識別的智能化宿舍管理系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)程序等信息。文獻(xiàn)[6]則研究了基于高清攝像頭監(jiān)控下人臉識別技術(shù)在公共安全的現(xiàn)狀，給人臉識別的應(yīng)用實(shí)踐提供一定理論依據(jù)。文獻(xiàn)[7]基于人臉識別技術(shù)在高校學(xué)生校園軌跡回溯中的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，闡述與分析其工作過程及應(yīng)用概況，總結(jié)其應(yīng)用場景。以上文獻(xiàn)都給人工智能人臉識別技術(shù)賦能高校智慧校園的構(gòu)建及智能化發(fā)展提供有效的參考思路。

在高校學(xué)生管理越來越精細(xì)、全力保護(hù)學(xué)生健康期間，健康信息、行程軌跡和體溫監(jiān)測是師生健康出行的重要“憑證”，將人臉識別與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，對高校學(xué)生的健康信息、行程軌跡等信息進(jìn)行檢測，以達(dá)到高效管理目標(biāo)，下文將使用人工智能中的人臉識別技術(shù)對高校中各種應(yīng)用場景進(jìn)行深入探索應(yīng)用研究。

三、人臉識別技術(shù)原理與設(shè)計(jì)思路

人臉識別也叫面部識別，是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的近幾年快速發(fā)展的一種生物識別技術(shù)，已經(jīng)逐漸成為各領(lǐng)域識別應(yīng)用中的最優(yōu)選擇之一。具有采集簡單、特征穩(wěn)定、不易仿制、非接觸性和無需刻意配合、短期內(nèi)人臉結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生太大變化等優(yōu)點(diǎn)。

（一）人臉識別技術(shù)原理

高校需要應(yīng)用人臉識別技術(shù)進(jìn)行學(xué)生管理，需要先收集高校學(xué)生的個(gè)人信息、班級信息及人臉信息等。收集好人臉信息后，利用采集的人臉圖像大數(shù)據(jù)，使用特征提取算法與深度學(xué)習(xí)算法，生成特征模型數(shù)據(jù)，保存到人臉庫中，后期用于人臉識別驗(yàn)證。使用人臉識別技術(shù)有人臉圖像采集、人臉檢測與預(yù)處理、人臉圖像特征提取、人臉圖像比對與識別及人臉識別結(jié)果輸出幾個(gè)環(huán)節(jié)，見圖1。

當(dāng)人員在攝像頭或高清攝像機(jī)等采集設(shè)備的拍攝范圍內(nèi)時(shí)，采集設(shè)備會(huì)自動(dòng)搜索并采集人臉圖像；人臉檢測主要用于人臉識別的預(yù)處理，即在圖像中準(zhǔn)確標(biāo)定出人臉的位置和大??；人臉圖像預(yù)處理是基于人臉檢測結(jié)果，對圖像進(jìn)行處理并將其在特征提取的過程中使用；人臉特征提取是對人臉進(jìn)行特征建模的過程，不同的人能提取出不同的人臉特征；人臉圖像比對需要將人臉圖像特征數(shù)據(jù)與人臉大數(shù)據(jù)庫中的特征模型進(jìn)行搜索匹配，設(shè)定一個(gè)閾值，根據(jù)相似度是否超過閾值，得到了一個(gè)匹配結(jié)果；人臉識別就是將待識別的人臉特征與已得到的人臉特征進(jìn)行比較，根據(jù)相似程度對人臉的身份信息進(jìn)行判斷與輸出；當(dāng)人臉識別系統(tǒng)投入使用后，人臉識別即可判別采集對象是否本校學(xué)生或工作人員。

（二）設(shè)計(jì)思路及注意事項(xiàng)

下文闡述人臉識別設(shè)計(jì)思路中的人臉目標(biāo)檢測、比對與識別，同時(shí)對設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行簡要說明。

1.人臉目標(biāo)檢測

當(dāng)人員進(jìn)入人臉識別設(shè)備范圍內(nèi)，將用攝像頭或高清攝像機(jī)采集含有人臉的視頻流或圖像，自動(dòng)在視頻圖片或圖像中檢測人臉，并跟蹤人臉，接著對檢測到的人臉進(jìn)行標(biāo)識，判斷目標(biāo)對象返回人臉框位置，準(zhǔn)確識別人臉屬性信息，接著對檢測出的人臉位置進(jìn)行停留對并捕獲到的高清人臉圖像截圖保存，對保存的圖片完成再次篩選后，進(jìn)行人臉檢測和人臉確認(rèn)，最終得到攝像頭范圍內(nèi)的人臉圖像。

2.人臉比對與識別

根據(jù)人臉目標(biāo)檢測技術(shù)獲取的信息，在此基礎(chǔ)上對人臉進(jìn)行識別與判斷人臉的身份信息。其識別與判斷過程是，對人臉進(jìn)行屬性分析、人臉對比、人臉?biāo)阉鞯人惴夹g(shù)再次識別，快速檢測人臉返回人臉相似度分值，取出人臉大數(shù)據(jù)庫中相似度分值最高的人臉信息，判斷其身份信息，將身份信息保存并進(jìn)行下一步的信息關(guān)聯(lián)，獲取該學(xué)生其他必要的信息以滿足應(yīng)用場景需求。

3.設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)人臉識別系統(tǒng)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

①充分考慮到系統(tǒng)工作量及擴(kuò)展性。高校學(xué)生數(shù)以萬計(jì)，人臉識別系統(tǒng)務(wù)必要承擔(dān)每日大量的人臉檢測需求；同時(shí)，考慮到由于學(xué)校擴(kuò)招帶來的人數(shù)增長，要增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及用戶接口的性能，優(yōu)化人機(jī)交互的界面。

②充分考慮應(yīng)用場景的需求增加。比如，今年的應(yīng)用場景是保護(hù)學(xué)生健康的需求，明年可能需要增加考勤、運(yùn)動(dòng)打卡需求，后年可能需要增加考試自動(dòng)化檢測需求等，因此，需要充分考慮因應(yīng)用場景增加帶來的系統(tǒng)并發(fā)量劇增的問題。

③注意軟件質(zhì)量、效率與準(zhǔn)確性。如果軟件的質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，也會(huì)影響人臉識別的效率，因此，需檢查人臉識別系統(tǒng)是否存在漏洞，并做好修復(fù)工作；還要考慮到成本，要選擇性價(jià)比較高的產(chǎn)品，以節(jié)省資金。

④注意處理速度與實(shí)用性。人臉識別速度要達(dá)到秒級，且準(zhǔn)確率要高，避免影響用戶體驗(yàn)與工作效率；在信息反饋方面，需要將信息實(shí)時(shí)反饋給學(xué)校人員進(jìn)行及時(shí)處理，最后一公里的應(yīng)用設(shè)計(jì)要注意實(shí)用性與易用性。

四、學(xué)生健康與行程信息獲取設(shè)計(jì)思路

檢查學(xué)生的健康信息與行程信息是高校保護(hù)良好健康環(huán)境非常重要的手段，目前高校普遍采用的人工審核學(xué)生的健康信息、行程軌跡信息等方式。學(xué)生本人可以通過微信小程序查詢并按需使用與展示，但這些信息是動(dòng)態(tài)的，學(xué)校教職工需要反復(fù)收集及人工審核，效率低且易出錯(cuò)，因此，提出了一種基于AI的人臉識別與大數(shù)據(jù)相結(jié)合的高效檢測方法。

（一）基于關(guān)鍵信息關(guān)聯(lián)獲取API的健康信息與行程信息

采用的是基于人臉識別的高效鑒別學(xué)生健康信息與行程信息的方法，該方法利用攝像頭采集人臉信息，對學(xué)生人臉進(jìn)行自動(dòng)檢測與識別。同時(shí)，通過身份關(guān)鍵信息關(guān)聯(lián)調(diào)用衛(wèi)生部門大數(shù)據(jù)共享的API接口，學(xué)生的健康信息、近期行程信息將被封裝傳輸?shù)秸{(diào)用端，供調(diào)用端按需合法合理適度使用。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掌握學(xué)生的健康狀況、行程軌跡、健康檢測結(jié)果等信息，以達(dá)到學(xué)生管理中對學(xué)生的健康與行程等信息核查便捷、可靠、高效、自動(dòng)化的要求，實(shí)現(xiàn)高?？焖僦悄芎瞬?，為科學(xué)有效學(xué)生管理提供技術(shù)支撐。

（二）基于目標(biāo)分析與判斷進(jìn)行標(biāo)簽預(yù)警

對獲取的學(xué)生健康信息、行程信息進(jìn)行分析與判斷，方法可考慮如下：首先，健康信息是否低風(fēng)險(xiǎn)，若否直接預(yù)警；其次，若健康信息為低風(fēng)險(xiǎn)，則判斷行程軌跡是否低風(fēng)險(xiǎn)，若否直接預(yù)警；最后，若健康信息與行程信息都低風(fēng)險(xiǎn)，則判斷正常，無需預(yù)警。同時(shí)，也可以結(jié)合本地化需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如云南省可以判斷學(xué)生是否來自25個(gè)邊境縣。另外，還可以對特殊軌跡學(xué)生進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)打標(biāo)簽，作為高校教職工的重點(diǎn)關(guān)注對象。這樣可以實(shí)現(xiàn)綜合智慧分析與判斷學(xué)生是否存在健康風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行標(biāo)簽預(yù)警。

五、 人臉識別在高校學(xué)生管理中的應(yīng)用

隨著高校學(xué)生的擴(kuò)招，學(xué)生管理及教學(xué)任務(wù)量劇增，工作難度加大，人臉識別技術(shù)在一定程度上可以提高學(xué)校教職工的學(xué)生管理效率，提升教學(xué)效果。

（一）體溫監(jiān)測

對高校學(xué)生的健康記錄管理是學(xué)生管理的重中之重，是及時(shí)排查體溫異常最行之有效的手段。搭建人臉識別和紅外熱像儀體溫檢測的硬件系統(tǒng)部署在宿舍樓、教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)樓、圖書館、食堂及超市等入口處，可以對出入的學(xué)生進(jìn)行臉部識別，利用紅外熱像儀測量其體溫，記錄體溫信息，并對異常體溫報(bào)警處理。在線實(shí)時(shí)對健康檢查結(jié)果進(jìn)行記錄與管理，對比每日人工健康信息登記方式，更加高效、準(zhǔn)確與全面。

（二）安保、宿舍門禁檢測

對需進(jìn)校的人員進(jìn)行健康信息與行程信息檢查是高校管理中非常重要的手段。使用人臉識別系統(tǒng)對健康信息與行程信息進(jìn)行檢測，對比傳統(tǒng)人工檢查既高效又準(zhǔn)確。同時(shí)，還可以將記錄到的學(xué)生活動(dòng)軌跡、學(xué)生是否在校、請假外出時(shí)間、返校時(shí)間及返校銷假等信息推送給相關(guān)教職工跟進(jìn)。夜晚學(xué)生就寢前，高校教職工需要對學(xué)生宿舍進(jìn)行人數(shù)核查，以確保每位學(xué)生安全在校。傳統(tǒng)人工點(diǎn)名核查方式不僅耗費(fèi)大量人力與時(shí)間，還會(huì)給學(xué)生學(xué)習(xí)、休息、運(yùn)動(dòng)及生活等造成諸多不便。使用宿舍門禁人臉識別系統(tǒng)，可以獲取并記錄進(jìn)出宿舍的學(xué)生信息及時(shí)間，自動(dòng)分析哪些學(xué)生未能在晚上規(guī)定時(shí)間內(nèi)返回宿舍就寢，將名單推送給相關(guān)教職工跟進(jìn)，避免未及時(shí)返校學(xué)生出現(xiàn)危險(xiǎn)。

（三）圖書館、食堂、超市管理

圖書館、食堂、超市等場所使用人臉識別系統(tǒng)不僅可以通過人臉識別獲取學(xué)生的實(shí)時(shí)體溫、健康信息與行程信息，還可以對人數(shù)進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)場所限流的目標(biāo)，避免人員過于密集。另外，還可以登記所有人員身份信息及進(jìn)出時(shí)間，實(shí)現(xiàn)記錄信息可追蹤可回溯的目標(biāo)。同時(shí)，對比一卡通的打卡付款方式，使用人臉識別系統(tǒng)進(jìn)行付款，更高效與便捷。

（四）課堂考勤打卡管理

在教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)樓與運(yùn)動(dòng)場等教學(xué)場所，通常上課教師采用點(diǎn)名、學(xué)生掃碼等方式進(jìn)行考勤，存在冒名頂替、效率低、占用教學(xué)時(shí)間等問題。為提升教學(xué)的質(zhì)量，使用人臉識別系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)名考勤，不僅可以通過人臉識別獲取學(xué)生的實(shí)時(shí)體溫、健康信息與行程信息，確保學(xué)生的健康狀態(tài)，更重要的是可以對上課學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)考勤，對于無故曠課學(xué)生名單可以推送給相關(guān)教職工進(jìn)行及時(shí)跟進(jìn)學(xué)生情況，了解學(xué)生的安全與否、心理動(dòng)態(tài)、是否有異常狀況。

（五）考生信息檢測

目前高校線下考試仍是傳統(tǒng)的準(zhǔn)考證+身份證+其他必需材料+監(jiān)考老師觀察比對詢問入場的方式，考生除了要出示身份證、準(zhǔn)考證等證件外，還要出示行程信息、健康信息、體溫記錄表等材料，準(zhǔn)備材料繁雜，不僅僅給學(xué)生帶來更多的負(fù)擔(dān)，也給考官增加了檢查難度，而且監(jiān)考老師對考生的辨別具有主觀性，很難做到百分百準(zhǔn)確，甚至若考生材料造假或替考，考官用肉眼難以識別。通過人臉識別的方式可提高考生鑒別的準(zhǔn)確度，減少考生與監(jiān)考老師考前準(zhǔn)備工作，提高考試效率。方法可以是，通過手機(jī)端應(yīng)用或小程序或考場門禁，調(diào)用攝像頭對人臉進(jìn)行識別與信息比對，調(diào)取大數(shù)據(jù)平臺(tái)核對考生身份信息、健康信息與行程信息。這樣將能減少考生因漏帶證件材料不能進(jìn)考場、因人為原因造成的入場效率低等問題，同時(shí)也有效防止材料造假與替考代考現(xiàn)象的發(fā)生。

六、人臉識別技術(shù)的法律風(fēng)險(xiǎn)與建議

隨著人工智能的快速發(fā)展，人臉識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，但人臉識別具有唯一性、不易察覺的特點(diǎn)，這與其他類型的生物識別方式非常不同，一旦泄露，無論是哪個(gè)公司哪個(gè)單位或哪個(gè)個(gè)人，都將會(huì)面臨法律風(fēng)險(xiǎn)。在法律層面上，我國最新頒布的《個(gè)人信息保護(hù)法》則是從政府、企事業(yè)單位兩個(gè)角度分別對人臉識別技術(shù)的使用作出了詳盡的規(guī)定[8]。實(shí)際上，光靠現(xiàn)有的法律法規(guī)還是不足的，需要建立與完善防范機(jī)制，充分保障公民的知情權(quán)與同意權(quán)原則。一方面可以通過宣傳教育的方式來增強(qiáng)公民的個(gè)人信息保護(hù)意識；另一方面可以引入公眾參與機(jī)制，讓越來越多的公眾參與到企業(yè)日常運(yùn)營的監(jiān)管上來[9]。

七、結(jié)束語

本文探討了人臉識別技術(shù)在高校學(xué)生管理工作上的一些應(yīng)用，能夠快速有效地檢測學(xué)生的體溫、健康狀況、行程軌跡等信息，能應(yīng)用在體溫監(jiān)測、安保、宿舍門禁、考生信息檢測，圖書館、食堂、超市、課堂考勤打卡管理等多種場景中，為高校的學(xué)生管理工作提供高效的技術(shù)支持，為高校的學(xué)生健康與安全工作帶來切實(shí)的保障。

作者單位：余燦玲 馬千知 張倩 廖麗 云南開放大學(xué)

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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[4]巫春玲，馮志文，鐘沈豪，等.基于人臉識別技術(shù)的高校課堂自動(dòng)考勤管理系統(tǒng)[J].智能建筑與智慧城市，2020（05）：20-24.

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基金項(xiàng)目：云南開放大學(xué)云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究基金《人工智能在疫情防控中高校學(xué)生管理的應(yīng)用研究》（21YNOU23）。

余燦玲（1984- ），女，漢族，廣東信宜，碩士，助教，研究方向：人工智能、大數(shù)據(jù)。