摘 要： 針對(duì)目前課堂考勤存在的種種弊端，提出了一種基于指紋識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)考勤系統(tǒng)。介紹了自動(dòng)指紋識(shí)別的原理，分析并探討了網(wǎng)絡(luò)指紋考勤系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及各功能模塊的實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，網(wǎng)絡(luò)指紋考勤相比傳統(tǒng)考勤更加方便，效率高，具有較大的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞： 指紋識(shí)別；考勤；模塊
科學(xué)的考勤管理不僅是各項(xiàng)經(jīng)營(yíng)管理計(jì)劃得以落實(shí)的保證，而且有利于提高工作效率，是搞好各項(xiàng)工作的前提和保障。傳統(tǒng)的課堂考勤管理都是靠人員管理，不但管理工作量大，而且人為因素較多，從而效率低下。隨著技術(shù)發(fā)展，各種智能型卡類考勤系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，但同樣存在諸多缺點(diǎn)，如代打卡現(xiàn)象、不斷卡成本投入、考勤信息不能及時(shí)更新等。給管理者帶來了諸多的不便，因此已不能滿足課堂教學(xué)管理的需求。
隨著科技水平的提升和指紋識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展，一種建立在指紋識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)上的考勤系統(tǒng)已逐漸成熟，現(xiàn)已被廣泛用于各種領(lǐng)域。而本文所研究的網(wǎng)絡(luò)指紋考勤系統(tǒng)徹底摒棄了人工統(tǒng)計(jì)管理的落后手段，克服不規(guī)范的出勤考核行為，解放考勤管理人員繁重的匯總統(tǒng)計(jì)工作，從而大大提高了工作管理效率。此外系統(tǒng)還具有靈活的排版功能和豐富的管理功能，處理各種突發(fā)異常情況，節(jié)約了系統(tǒng)的運(yùn)用成本，只需拖動(dòng)鼠標(biāo)，各種復(fù)雜的報(bào)表即可完成設(shè)置；并且還有利于學(xué)生的人身安全，那種幾天不來沒人知道的情況將不復(fù)出現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)本系統(tǒng)做適當(dāng)?shù)男薷模湍軡M足考試監(jiān)考管理的業(yè)務(wù)功能，從而能夠很好地適應(yīng)各類學(xué)校課堂教學(xué)考勤的管理制度。
1 指紋識(shí)別技術(shù)原理
指紋識(shí)別技術(shù)是通過取像設(shè)備讀取指紋圖像，然后用計(jì)算機(jī)識(shí)別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最后通過匹配識(shí)別算法得到識(shí)別結(jié)果，以確定指紋所有人身份的生物特征識(shí)別技術(shù)[1]。
指紋識(shí)別技術(shù)主要涉及指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、保存數(shù)據(jù)、特征值的比對(duì)與匹配等過程。人們對(duì)自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)做了大量的研究，ISENOR D K等人提出了一種用圖匹配來對(duì)兩幅指紋圖像進(jìn)行匹配的方法[2]。HRECHAK A K等人用結(jié)構(gòu)匹配做指紋識(shí)別[3]。目前最常用的方法是FBI細(xì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)模型做細(xì)節(jié)匹配。它利用脊線末梢與脊線分叉點(diǎn)這兩種關(guān)鍵點(diǎn)作為特征來進(jìn)行指紋識(shí)別。通過將特征點(diǎn)表示為點(diǎn)模式，自動(dòng)指紋識(shí)別問題就轉(zhuǎn)化為點(diǎn)模式匹配(細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配)問題。一個(gè)典型的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的流程如圖1所示。
各部分功能如下：
(1)圖像處理：因?yàn)槭种竿懫ぁ⒏稍铩⒊睗窕虮砻娴奈埸c(diǎn)等原因，得到的指紋圖像有某種程度上的模糊，為了更好地提取細(xì)節(jié)點(diǎn)，需要對(duì)得到的原始指紋圖像做二值化、細(xì)化等操作，使指紋的特征信息突出表現(xiàn)出來。
(2)提取特征點(diǎn)：在上一步的基礎(chǔ)上找出指紋圖像中的脊線末梢點(diǎn)和脊線分叉點(diǎn)作為特征點(diǎn)記錄下來，作為下一步的匹配特征。
(3)指紋特征匹配：用上面的方法分別從兩幅圖像中得到兩組指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)，這里就可以對(duì)這兩組細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配，返回一個(gè)匹配分?jǐn)?shù)，從這個(gè)分?jǐn)?shù)就可以判斷這兩幅指紋是否來自同一個(gè)手指。
2 指紋考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本指紋考勤系統(tǒng)基于Windows 2003操作系統(tǒng)平臺(tái)；數(shù)據(jù)庫采用開放式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SQL Server 2005；指紋采集終端采用北京中控科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的YLC 2000型指紋儀及其提供的軟件開發(fā)包(SDK)。
2.1考勤系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本指紋考勤系統(tǒng)利用學(xué)校已有的局域網(wǎng)絡(luò)，將指紋考勤終端連接到網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)由應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理機(jī)、普通客戶端等幾個(gè)部分組成。其中學(xué)生基本信息可與外部學(xué)籍系統(tǒng)(教務(wù)系統(tǒng))共享數(shù)據(jù)，課表、選課情況可共享教務(wù)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠很好地與現(xiàn)有系統(tǒng)接合。圖2給出了本網(wǎng)絡(luò)指紋考勤系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。
指紋采集儀通過USB接口與指紋登記終端和驗(yàn)證控制臺(tái)相連，完成指紋的采集識(shí)別等工作。指紋登記終端從指紋儀獲得指紋并確定為對(duì)應(yīng)人員的指紋保存模板并傳送到應(yīng)用服務(wù)器。驗(yàn)證控制臺(tái)從應(yīng)用服務(wù)器上讀取模板，從指紋儀獲得指紋并對(duì)比指紋，顯示結(jié)果并將結(jié)果保存到應(yīng)用服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上運(yùn)行通用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，保存指紋儀配置信息、學(xué)生信息、指紋檔案、考勤數(shù)據(jù)等。Web服務(wù)器主要針對(duì)管理運(yùn)行端各功能模塊的管理、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。應(yīng)用服務(wù)器上運(yùn)行考勤服務(wù)程序，在應(yīng)用服務(wù)器中進(jìn)行活體指紋與學(xué)生指紋庫的比對(duì)并根據(jù)自定義考勤規(guī)則生成考勤記錄。整個(gè)指紋考勤系統(tǒng)支持TCP/IP通信方式，通過網(wǎng)絡(luò)連接，方便查詢管理，使管理自動(dòng)化成為現(xiàn)實(shí)，真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)考勤[4]。
2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及原則
(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
學(xué)生上下課方便直觀地按指考勤；簡(jiǎn)捷處理請(qǐng)假、審核、節(jié)日設(shè)置等相關(guān)事項(xiàng)；如實(shí)反映每個(gè)人的考勤情況，杜絕舞弊；管理員可隨時(shí)查詢考勤記錄與課表檔案；管理員可方便地統(tǒng)計(jì)、打印或?qū)С隹记诮y(tǒng)計(jì)結(jié)果；經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)營(yíng)成本。
(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
先進(jìn)性：采用當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)和成熟穩(wěn)定的設(shè)備；
安全性：數(shù)據(jù)的安全性與課表資料的安全性；
實(shí)用性：合理的配置，合適的功能使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠并且成本最省；
方便性：功能完善，軟件操作清晰簡(jiǎn)單；
可擴(kuò)展性及易維護(hù)性原則：系統(tǒng)在容量和功能上考慮了用戶將來的需求增長(zhǎng)，可以根據(jù)需要增加新的設(shè)備或新的系統(tǒng)，并保證使用的一致性；
開放性：為保證其他設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行，同時(shí)考慮到投資者的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，本系統(tǒng)必須是開放系統(tǒng)，并結(jié)合相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
2.3考勤系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
網(wǎng)絡(luò)指紋考勤系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分，一是主要用于指紋采集及管理監(jiān)控的C/S服務(wù)端軟件，設(shè)計(jì)采用C++ Builder系統(tǒng)編程；二是主要用于數(shù)據(jù)展現(xiàn)及請(qǐng)假管理的B/S客戶端軟件，采用ASP.NET語言編程。
2.3.1指紋采集程序?qū)崿F(xiàn)
指紋采集程序負(fù)責(zé)考勤時(shí)采集學(xué)生指紋。首先，登錄系統(tǒng)并輸入管理員驗(yàn)證信息，通過后對(duì)指紋儀進(jìn)行初始化，以清除以前的注冊(cè)信息，保證硬件與軟件里的資料一致。當(dāng)學(xué)生上、下課時(shí)將手指按在指紋儀上，指紋儀會(huì)連續(xù)采集多幅指紋圖像，并將其中的兩幅作為指紋圖像和備份指紋圖像，之后添加上時(shí)間戳傳送到驗(yàn)證控制臺(tái)，并進(jìn)行1∶N比對(duì)，確定學(xué)生身份。成功后顯示學(xué)號(hào)、姓名，再根據(jù)考勤時(shí)間和班次等信息，得到該學(xué)生考勤結(jié)果并保存到應(yīng)用服務(wù)器。如果比對(duì)失敗，則將指紋放入未識(shí)別指紋隊(duì)列中，待指紋隊(duì)列清空后，服務(wù)器再依次對(duì)未識(shí)別指紋隊(duì)列的指紋進(jìn)行1∶1比對(duì)。這次同備份指紋圖像進(jìn)行比對(duì)識(shí)別。其指紋比對(duì)數(shù)據(jù)流程圖如圖3所示。
2.3.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)
管理員通過系統(tǒng)參數(shù)和考勤參數(shù)設(shè)置、考勤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、領(lǐng)導(dǎo)和管理部門進(jìn)行考勤數(shù)據(jù)查詢等。從系統(tǒng)功能分析出發(fā)，可分為數(shù)據(jù)信息管理模塊、考勤登記查詢模塊和系統(tǒng)管理模塊。其功能模塊設(shè)計(jì)如圖4所示。
(1)數(shù)據(jù)信息管理模塊
該模塊完成系統(tǒng)基礎(chǔ)信息的設(shè)置。包括學(xué)生信息維護(hù)、部門信息維護(hù)、節(jié)假日設(shè)置等功能。其中學(xué)生信息和部門信息來源于學(xué)校教學(xué)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行更新維護(hù)。
(2)考勤登記查詢模塊
該模塊用于學(xué)生異常考勤登記及考勤數(shù)據(jù)的人工處理，提供瀏覽查詢和匯總統(tǒng)計(jì)等功能。異常考勤主要是指學(xué)生在病假、請(qǐng)假、休學(xué)等期間沒有考勤記錄，為完善考勤記錄，需在系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并詳細(xì)登記。人工考勤登記用于考勤機(jī)故障時(shí)，直接登記學(xué)生考勤記錄。學(xué)生考勤查詢功能對(duì)學(xué)生的請(qǐng)假情況、上下課情況等進(jìn)行查詢。匯總查詢分為個(gè)人匯總和部門匯總，根據(jù)需要可以對(duì)不同的時(shí)間段進(jìn)行年統(tǒng)計(jì)、月統(tǒng)計(jì)和日統(tǒng)計(jì)。查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果通過自定義樣式生成報(bào)表。
(3)系統(tǒng)管理模塊
該模塊完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置、用戶權(quán)限設(shè)置及數(shù)據(jù)、系統(tǒng)維護(hù)、管理員權(quán)限、用戶密碼和功能權(quán)限的設(shè)置和修改、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)等。其中系統(tǒng)維護(hù)指系統(tǒng)管理員的設(shè)置和權(quán)限分配、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出、過期數(shù)據(jù)的清除、系統(tǒng)初始化等。數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出功能為考勤管理系統(tǒng)和考勤比對(duì)系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立提供了基礎(chǔ)。使管理更加人性化、簡(jiǎn)潔化。
2.3.3 系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)
(1)考勤機(jī)管理模塊
本模塊用于考勤機(jī)進(jìn)教室前的初始化測(cè)試，包括考勤機(jī)教室對(duì)應(yīng)、IP設(shè)定、通信測(cè)試等。通過初始化測(cè)試可以更加順利地與驗(yàn)證控制臺(tái)連接，如有問題及時(shí)查找原因并解決。初始化界面如圖5。
(2)指紋采集模塊
指紋采集模塊用于采集教師/學(xué)生的指紋。允許采集用戶左手/右手共十枚指紋，并根據(jù)要求確定其中兩枚作為考勤指紋。在指紋采集前，首先要選擇采集指紋的條件。之后，教師/學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)的提示按壓指紋三次，如果出現(xiàn)黃色行則表明沒有測(cè)試或沒有通過測(cè)試，需要重新采集指紋。
(3)教學(xué)管理模塊
本模塊包括確定教師/學(xué)生的課程信息，是考勤管理的基本單位。同時(shí)，運(yùn)用本信息，可以確定各課程班學(xué)生的學(xué)期考勤匯總，每個(gè)學(xué)生可以對(duì)應(yīng)多個(gè)課程班，主要由學(xué)生本學(xué)期所修的課程決定；管理各課程班的課表信息；設(shè)置課次的名稱及上下課時(shí)間，方便考勤。
(4)考勤登錄管理模塊
本模塊是軟件用戶登錄校驗(yàn)管理界面。提供了學(xué)生、學(xué)生家長(zhǎng)、上課教師、行政管理人員、系統(tǒng)管理員等不同角色，其中家長(zhǎng)角色與具體的學(xué)生相對(duì)應(yīng)，這樣就可以方便家長(zhǎng)瀏覽相應(yīng)學(xué)生的考勤及請(qǐng)假信息。
(5)考勤查詢模塊
考勤查詢模塊可以對(duì)保存學(xué)校學(xué)生考勤信息的數(shù)據(jù)庫LogKaoQingInfo進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)。根據(jù)學(xué)校管理部門的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)有學(xué)生個(gè)人考勤查詢、考勤異常查詢、教師考勤查詢、班級(jí)考勤查詢和學(xué)院考勤查詢。通過子模塊查詢，可以對(duì)不同學(xué)期、時(shí)間段、課表科目等考勤情況進(jìn)行查詢。
2.4 系統(tǒng)性能分析
為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，特選擇了幾組樣本進(jìn)行測(cè)試，并且為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的速度，還采用了分組識(shí)別的方法。即根據(jù)實(shí)際的指紋數(shù)量，設(shè)置若干個(gè)組，每組登記30~40枚指紋。每個(gè)人登記的所有指紋都分配在同一個(gè)組中，并有一個(gè)相應(yīng)的組號(hào)。當(dāng)考勤識(shí)別指紋時(shí)，先輸入組號(hào)，在提取到指紋特征后，就只在該組的30~40枚指紋中進(jìn)行識(shí)別，而不考慮其他組的指紋，這樣就可以大大加快考勤的過程。如表1所示。
結(jié)果顯示，本解決方案所提供的指紋考勤系統(tǒng)無論在考勤速度還是在準(zhǔn)確性上都達(dá)到要求，各功能模塊也都正常工作。
本論文所設(shè)計(jì)的指紋考勤系統(tǒng)很好地利用了指紋識(shí)別原理及其技術(shù)，根據(jù)用戶需求進(jìn)行系統(tǒng)需求分析，并建立設(shè)計(jì)目標(biāo)及原則，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生考勤數(shù)據(jù)采集、查詢過程的自動(dòng)化、學(xué)生/教師出勤考核等功能。本系統(tǒng)各功能模塊滿足了對(duì)學(xué)生自動(dòng)化管理的基本要求，更好地適應(yīng)高校學(xué)生課堂考勤的管理制度，準(zhǔn)確無誤地記錄學(xué)生的考勤情況，自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)，提供復(fù)雜的任意組合查詢和所見即所得的自由報(bào)表設(shè)計(jì)，為考勤的獎(jiǎng)懲參考提供科學(xué)依據(jù)。本系統(tǒng)已經(jīng)在某高校進(jìn)行了試運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求。
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