基于人臉識(shí)別和RFID技術(shù)的設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁智龍,潘威華(通信作者),朱浩文,何韋穎,秦沛聰

(廣州理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 廣東 廣州 510540)

0 引言

隨著科技的發(fā)展,生活中的設(shè)備和信息也在不斷地提升,各個(gè)公司對(duì)設(shè)備資產(chǎn),特別是重要設(shè)備或保密設(shè)備的重視程度也在不斷提高。然而,如何高效安全地保管這些設(shè)備,同時(shí)兼顧實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中的便利性,仍然是一個(gè)備受挑戰(zhàn)的問(wèn)題。傳統(tǒng)的設(shè)備管理方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代企業(yè)的需求,需要一種創(chuàng)新的解決方案。為此,本文提出了一種基于人臉識(shí)別和射頻識(shí)別 (radio frequency identification,RFID)技術(shù)的智能設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng),旨在提供一套既安全可靠又便捷易用的解決方案,來(lái)幫助企業(yè)更好地掌控設(shè)備狀態(tài),提高設(shè)備使用效率,同時(shí)避免設(shè)備損失和機(jī)密泄露的風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的人臉識(shí)別和RFID技術(shù),可以智能識(shí)別借用人和監(jiān)管各種設(shè)備,系統(tǒng)通過(guò)將人臉識(shí)別與RFID技術(shù)相結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化監(jiān)控和管理,確保設(shè)備的安全性和保密性。該系統(tǒng)還具備簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn),可以方便地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理設(shè)備狀態(tài),并提供準(zhǔn)確的設(shè)備數(shù)據(jù)報(bào)告。通過(guò)引入智能設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng),企業(yè)可以更好地掌控設(shè)備狀態(tài),提高設(shè)備使用效率和安全性,同時(shí)避免設(shè)備損失和機(jī)密泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

1 研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的管理方式都是采用人工登記,設(shè)備在用戶(hù)之間的轉(zhuǎn)借不方便,效率低下。如果多人同時(shí)借用,需要排隊(duì)等待。在保證設(shè)備的安全性中,無(wú)法獲取設(shè)備物理位置,檢測(cè)含有保密信息的設(shè)備是否被非法帶出公司等問(wèn)題。而此系統(tǒng)在設(shè)備的轉(zhuǎn)借、借出和退還中,使用人臉識(shí)別和掃描設(shè)備二維碼進(jìn)行設(shè)備借出、轉(zhuǎn)借、退還以及把設(shè)備帶出公司的登記,只需要在移動(dòng)端中完成,大大提高借用、歸還、轉(zhuǎn)借的方便性。

系統(tǒng)的人臉識(shí)別算法為虹軟的免費(fèi)算法,其具有離線、快速、識(shí)別率高等特點(diǎn)。在當(dāng)時(shí)選擇算法時(shí)離線的需求更符合系統(tǒng)的使用[1]。用虹軟算法ArcFaceSDK的人臉識(shí)別技術(shù),能確保設(shè)備借用歸還用戶(hù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。同時(shí),在安全性方面,將需要監(jiān)管的設(shè)備貼上RFID電子標(biāo)簽,采用RFID來(lái)檢測(cè)設(shè)備是否在公司內(nèi)。RFID電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線(或線圈)及標(biāo)簽芯片組成,芯片是具有無(wú)線收發(fā)和存貯功能的單片系統(tǒng),它存有一定格式的電子數(shù)據(jù),可根據(jù)需要標(biāo)識(shí)信息[2]。

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

人臉識(shí)別和RFID是目前世界各國(guó)研究中的熱點(diǎn)技術(shù)。人臉識(shí)別作為一種新興的生物特征識(shí)別技術(shù),依據(jù)人的面部特征對(duì)身份進(jìn)行自動(dòng)鑒別[3],已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,如安防、門(mén)禁、考勤等。而RFID技術(shù)可以通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行目標(biāo)對(duì)象的識(shí)別并進(jìn)行數(shù)據(jù)提取,讀取過(guò)程由電子標(biāo)籃和讀寫(xiě)器自動(dòng)完成無(wú)需人為操作,環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)[4]。這兩種技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊,但也面臨著一些挑戰(zhàn),例如隱私保護(hù)、技術(shù)安全性等方面的問(wèn)題。目前,世界各國(guó)的研究者們正在不斷努力推動(dòng)這些技術(shù)的發(fā)展,同時(shí)也在積極探索其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。在人臉識(shí)別技術(shù)方面,研究人員正在探索如何提高識(shí)別準(zhǔn)確性和魯棒性,同時(shí)減少誤識(shí)率。在 RFID 技術(shù)方面,研究人員正在研究如何進(jìn)一步提高識(shí)別速度和準(zhǔn)確性,并提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和互操作性。但大部分是進(jìn)行技術(shù)性的探索,并且研究的方向是針對(duì)國(guó)外的人臉識(shí)別技術(shù)。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)RFID發(fā)展較晚,二十世紀(jì)初,中國(guó)也開(kāi)始將RFID技術(shù)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)中,并且我國(guó)政府對(duì)此表示全力支持。截至目前,我國(guó)將RFID技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域放在軍事與安全、金融支付、身份識(shí)別等多個(gè)方面。在國(guó)內(nèi)的人臉識(shí)別技術(shù)發(fā)展中,市場(chǎng)上也出現(xiàn)了不少的以人臉識(shí)別技術(shù)為優(yōu)勢(shì)的公司,其中虹軟的人臉識(shí)別技術(shù)更是獨(dú)具一格。在百度、阿里、騰訊、礦視、虹軟國(guó)內(nèi)5大人工智能人臉識(shí)別技術(shù)公司中,虹軟人臉識(shí)別技術(shù)是唯一支持人臉跟蹤。虹軟人臉識(shí)別技術(shù)是國(guó)內(nèi)少數(shù)開(kāi)放了本地離線SDK引擎,這種方式既有效保障了用戶(hù)信息安全,又不過(guò)分依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)。雖然從RFID應(yīng)用的總體上來(lái)說(shuō),美國(guó)與歐洲國(guó)家處于世界領(lǐng)先地位,而我國(guó)起步晚并且在技術(shù)上存在一定的局限性,但是,近十幾年隨著人們對(duì)RFID的廣泛關(guān)注,RFID應(yīng)用的廣泛深入,RFID集成與制造技術(shù)的提高、經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)以及產(chǎn)業(yè)的集中度的提高,我國(guó)將朝著RFID產(chǎn)業(yè)應(yīng)用第一大國(guó)的方向快速發(fā)展[5]。

2 系統(tǒng)對(duì)象與應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象

系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象如下所示。

(1)管理員:系統(tǒng)管理員,負(fù)責(zé)設(shè)備管理,借出等級(jí),檢查設(shè)備。

(2)管理機(jī):放置管理房間,用于設(shè)備借還登記。

(3)員工:借用設(shè)備的主體。

(4)設(shè)備:被借用的主體。

2.2 借用和退還場(chǎng)景

在公司內(nèi)設(shè)置一個(gè)管理房間,里面存放著所有重要的設(shè)備,員工如果要借取設(shè)備,需要到管理房間內(nèi)的管理機(jī)面前進(jìn)行人臉識(shí)別登錄、掃描設(shè)備二維碼登記,即可在公司范圍內(nèi)使用該設(shè)備。當(dāng)員工要退還設(shè)備時(shí),只需要到管理機(jī)面前,先人臉登錄,然后再掃描設(shè)備二維碼,直接點(diǎn)退還登錄,即可退還。

2.3 設(shè)備續(xù)借場(chǎng)景

當(dāng)一個(gè)員工要借取設(shè)備時(shí),如果在App端搜索到需要借取的設(shè)備在別人手中,可以去找持有設(shè)備人,然后通過(guò)App端的轉(zhuǎn)借設(shè)備功能,雙方先登錄App端,然后借出方先掃描要借出設(shè)備的二維碼,再掃對(duì)方人臉,即可完成借用。

2.4 RFID報(bào)警場(chǎng)景

在公司內(nèi)設(shè)置兩個(gè)RFID,一個(gè)射頻范圍和管理設(shè)備房間一樣大小的,一個(gè)射頻范圍和公司一樣大小的,如果設(shè)備在未登記的情況下帶出管理房間,房間會(huì)響起警報(bào)。但不會(huì)記錄,但是如果設(shè)備被借取了,但是沒(méi)有管理員的登記和允許帶出公司,表示為非法把設(shè)備帶出公司,并且會(huì)報(bào)警并且做記錄。

3 技術(shù)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)

3.1 術(shù)語(yǔ)與縮略語(yǔ)

設(shè)計(jì)及與實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)需要涉及的技術(shù),如表1所示。

表1 術(shù)語(yǔ)、縮略語(yǔ)解釋對(duì)照表

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要

3.2.1 Web端概述

系統(tǒng)的Web端利用Vue+Vuex+VueRouter構(gòu)建前端頁(yè)面,并采用了element框架來(lái)對(duì)主題UI風(fēng)格進(jìn)行設(shè)計(jì)加以美化,利用前端的video和canvas生成照片給Tracking.js識(shí)別,Tracking.js識(shí)別后利用Axios傳給后端,后端利用虹軟的SDK進(jìn)行活體檢測(cè)和人臉識(shí)別,如果后端識(shí)別通過(guò),返回給前端token。前端可以用token拿到后端接口的訪問(wèn)權(quán)限,取需要的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)操作。

3.2.2 移動(dòng)端概述

系統(tǒng)的移動(dòng)端利用Vue+Vuex+VueRouter構(gòu)建前端H5頁(yè)面,利用5+App把頁(yè)面生成App,利用前端的video和canvas生成照片給Tracking.js識(shí)別,Tracking.js識(shí)別后利用Axios傳給后端,后端利用虹軟的SDK進(jìn)行活體檢測(cè)和人臉識(shí)別,如果后端識(shí)別通過(guò),返回給前端token。前端可以用token做需要的操作。

3.2.3 服務(wù)端概述

系統(tǒng)的服務(wù)端包含了基礎(chǔ)框架層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。其中,基礎(chǔ)框架層采用 SpringBoot 框架搭建,實(shí)現(xiàn)了HTTP協(xié)議的請(qǐng)求處理、資源管理和服務(wù)器配置等功能。業(yè)務(wù)邏輯層主要使用SpringJwt和SpringRSA技術(shù),實(shí)現(xiàn)用戶(hù)認(rèn)證、角色授權(quán)和數(shù)據(jù)簽名等功能,來(lái)保證系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)合法性。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層則使用Mybatis實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn),同時(shí)用Redis實(shí)現(xiàn)緩存功能,提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和并發(fā)處理能力。

3.2.4 報(bào)警系統(tǒng)概述

系統(tǒng)通過(guò)結(jié)合RFID技術(shù)和設(shè)備管理系統(tǒng),讓RFID設(shè)備連接一個(gè)處理端,并定時(shí)發(fā)送指令給RFID設(shè)備。每當(dāng)RFID設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)時(shí),處理端會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,并篩選出哪些設(shè)備缺失或出現(xiàn)異常情況。若發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺失或異常,則系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)并進(jìn)行記錄。同時(shí),設(shè)備管理系統(tǒng)給每一個(gè)設(shè)備生成設(shè)備二維碼以及綁定一個(gè)電子標(biāo)簽。解決線下設(shè)備借用通過(guò)人工記錄,容易造成記錄錯(cuò)誤、遺漏,以及設(shè)備借出后續(xù)借麻煩,設(shè)備容易丟失,無(wú)法獲取設(shè)備位置信息,判斷是否已帶離限定范圍等系列問(wèn)題。

4 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 總體功能設(shè)計(jì)

4.1.1 系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思路

該系統(tǒng)以管理設(shè)備為基礎(chǔ),專(zhuān)注于設(shè)備的借用和退還,設(shè)備在人員間的流動(dòng)狀態(tài)變更以及設(shè)備在非法被帶出公司時(shí)自動(dòng)報(bào)警并且進(jìn)行記錄。

首先,采用RFID和掃描二維碼技術(shù),給每一個(gè)設(shè)備綁定一個(gè)電子標(biāo)簽以及設(shè)備二維碼,只需要掃描二維碼的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工登記方式,采用人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行登錄人員身份以及轉(zhuǎn)借人員身份的確認(rèn)。

其次,設(shè)備的借用和退還是系統(tǒng)的核心模塊之一,在管理設(shè)備房間內(nèi),通過(guò)在管理機(jī)器的人臉識(shí)別和掃描設(shè)備二維碼識(shí)別即可借走和退還設(shè)備。

再次,設(shè)備在人員間的流動(dòng)以及設(shè)備的狀態(tài)變更也是系統(tǒng)的核心之一,在該文中,制定了一個(gè)移動(dòng)App端,用來(lái)管理設(shè)備在用戶(hù)人員中的流動(dòng),人員之間只需要人臉登錄App后,用App里面的轉(zhuǎn)借設(shè)備功能,先掃描設(shè)備二維碼后再掃對(duì)方人臉即可完成設(shè)備在用戶(hù)之間的轉(zhuǎn)借操作。

最后,設(shè)備的安全,系統(tǒng)通過(guò)采用雙重RFID方式,將一個(gè)RFID放在管理房間里面,如果設(shè)備在未登記就帶出管理房間,管理房間里面會(huì)響警報(bào)。另一個(gè)RFID部署在公司門(mén)禁入口處,在設(shè)備被登記后,設(shè)備處于借用狀態(tài),如果設(shè)備未經(jīng)過(guò)管理員登記帶出去,就會(huì)被認(rèn)為非法把設(shè)備帶出公司,報(bào)警并且記錄。

4.2 系統(tǒng)功能流程設(shè)計(jì)

4.2.1 Web端功能流程設(shè)計(jì)

Web端的人臉登錄、借用設(shè)備,掃描設(shè)備二維碼、人臉識(shí)別確認(rèn)身份借還功能流程如圖1所示。

圖1 Web端功能流程設(shè)計(jì)圖

4.2.2 移動(dòng)端功能流程設(shè)計(jì)

移動(dòng)端的人臉識(shí)別登錄、掃描設(shè)備二維碼、App轉(zhuǎn)借設(shè)備流功能流程如圖2、圖3所示。

圖2 App端功能流程設(shè)計(jì)1

圖3 App端功能流程設(shè)計(jì)2

4.2.3 后臺(tái)管理端功能流程設(shè)計(jì)

后臺(tái)管理端的信息查看、轉(zhuǎn)借記錄查看、報(bào)警記錄查看、設(shè)備狀態(tài)查看等功能流程設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 服務(wù)端功能流程設(shè)計(jì)圖

4.3 核心功能流程設(shè)計(jì)

4.3.1 人臉識(shí)別

人臉識(shí)別是系統(tǒng)的主要核心技術(shù),系統(tǒng)服務(wù)端采用的是虹軟的人臉識(shí)別SDK,前端采用的是Tracking.js框架。前端的Web端、App端的登錄和后臺(tái)管理端以及設(shè)備借出,用戶(hù)之間的轉(zhuǎn)借都采用了以下人臉識(shí)別流程。

(1)Web端人臉識(shí)別流程

Web端先用tracking.js框架識(shí)別到人臉后,截取該人臉照片,并生成簽名,傳給服務(wù)端識(shí)別,服務(wù)端識(shí)別后返回token,員工可以通過(guò)token和生成的簽名借用設(shè)備和退回設(shè)備。Web端人臉識(shí)別流程如圖5所示。

圖5 Web端人臉識(shí)別流程圖

(2)App端人臉識(shí)別流程

App端先用Tracking.js框架識(shí)別到人臉后,截取該人臉照片,并生成簽名,傳給服務(wù)端識(shí)別,服務(wù)端識(shí)別后返回token,員工可以通過(guò)token和生成的簽名進(jìn)行設(shè)備轉(zhuǎn)借等操作。App端人臉識(shí)別流程如圖6所示。

圖6 App端人臉識(shí)別流程圖

(3)服務(wù)端人臉識(shí)別流程

前端發(fā)回圖片,服務(wù)端攔截器先驗(yàn)證簽名和token是否正確,正確就放行,放行后進(jìn)行虹軟人臉識(shí)別SDK的活體檢測(cè),活體檢測(cè)通過(guò)后再進(jìn)行多線程取出數(shù)據(jù)庫(kù)特征,再把前端傳回來(lái)的圖片進(jìn)行人臉特征提取,把這個(gè)提取值和取出的特征進(jìn)行比較,最后得出結(jié)果,如果通過(guò),人臉識(shí)別通過(guò)。服務(wù)端人臉識(shí)別流程如圖7所示。

圖7 服務(wù)端人臉識(shí)別流程圖

4.3.2 RFID警報(bào)

這項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是基于RFID硬件和搭載電子標(biāo)簽技術(shù)。當(dāng)電子標(biāo)簽脫離RFID的射頻范圍時(shí),RFID設(shè)備就會(huì)返回一個(gè)信號(hào)值,通過(guò)分析這個(gè)信號(hào)值,可以確定哪個(gè)設(shè)備的標(biāo)簽值缺失了。隨后,系統(tǒng)將該記錄存入數(shù)據(jù)庫(kù)中間表作為緩存,并同時(shí)生成一條報(bào)警記錄以提醒管理人員采取措施。RFID報(bào)警功能流程圖如圖8所示。

圖8 RFID報(bào)警流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以管理設(shè)備為基礎(chǔ),專(zhuān)注于設(shè)備的借用和退還,設(shè)備在人員間的流動(dòng)狀態(tài)變更以及設(shè)備在非法被帶出公司時(shí)自動(dòng)警報(bào)并且進(jìn)行記錄。在安全性方面,采用RFID來(lái)檢測(cè)設(shè)備是否在公司內(nèi),用虹軟算法ArcFaceSDK的人臉識(shí)別技術(shù),確保設(shè)備借用歸還用戶(hù)的真實(shí)性,準(zhǔn)確性,設(shè)備的安全性。為企業(yè)解決提供一個(gè)合理高效的解決方案來(lái)保護(hù)重要設(shè)備問(wèn)題。