隨著基于深度學習技術的發(fā)展，人臉識別技術得到長足發(fā)展，已經具備了商業(yè)化的能力。2015年阿里巴巴馬云在德國漢諾威展會的“刷臉”購物，以及支付寶對“刷臉登錄”、“刷臉支付”技術的采用，徹底點燃了人臉識別技術商業(yè)化應用的星星之火。目前人臉識別技術已廣泛使用于金融、安防等領域，并逐步向零售、教育等行業(yè)擴展。而作為支付寶“刷臉”的技術提供方，（Face++）已經在包括清華在內的眾多高校中進行了各種嘗試，在學生、教工、安保管理等各個業(yè)務場景引入人臉識別技術，有力推進了新型智慧校園建設。本文就智慧校園建設中，比較成熟的人臉識別應用場景和解決方案進行描述。

第一章 業(yè)務需求理解

1.1 學生管理需求

1.1.1 學生宿舍管理需求

高校宿舍管理的信息化和數字化建設作為數字化校園建設的重要組成部分，對學校的安全管理將起到強大的助推作用。近年來高校宿舍安全問題頻發(fā)，特別是校區(qū)相對偏遠的學校以及女生比例大的學校，從新聞媒體報道出的學生宿舍安全性事件可見一斑。

歸納起來主要有以下幾種情況：外來人員未經登記及授權進入學生宿舍張貼廣告、偷竊、行兇；學生失蹤多日，學校管理方卻并不知情，導致未能及時采取相應措施。特別是2015 年中國傳媒大學在校女大學生失聯(lián)48小時遇害的新聞，讓社會再度把目光聚焦在校園安全問題上。

在高校宿舍管理上的問題，校方管理人員一直在努力嘗試各種方案：如宿舍樓管理員對進入宿舍樓的人員一一盤查確認；晚上宿舍樓關燈前進行人工查寢，登記晚歸和未歸學生；這些嘗試費時費力，并且進行這種人工重復度極高的工作，難免出錯，同時由于各種人為因素的影響并不能夠有效解決上述問題。 也有一些學校嘗試購買安裝一卡通刷卡門禁、指紋門禁系統(tǒng)，但校園卡忘帶、校園卡借出、仿造指紋套等系統(tǒng)漏洞不能夠得到有效解決的情況下，也使得這些高價買入的門禁設備形同虛設。而使用人臉識別技術的智能門禁管理系統(tǒng)，則可有效解決以上問題。

1.1.2 上課考勤管理需求

調查研究表明，出勤率與學習效果成正比關系。許多大學生都在自由與自制間面臨苦惱的選擇，而逃課則往往是大學的必修課。在自律難以實現(xiàn)的情況下，他律變得尤為重要，從管理角度看，考勤是挽救教育資源浪費，提升學習效果的有效手段?？记诓皇悄康?，而是一種方法，是學校對學生負責的一種表現(xiàn)。而考勤也從人工點名方式逐步發(fā)展為刷校園卡的方式，但是仍然經常發(fā)生替刷現(xiàn)象。基于人臉識別技術的考勤方式，在確?？记跍蚀_性、不可替代性的同時，大大提升了使用便利性，是考勤系統(tǒng)智能化的重要進步。

1.1.3 考場人證核驗需求

學校會組織自主招生考試、四六級、考研等眾多考試，最重要的工作就是確?？荚囘^程的公平公正。采用基于人臉識別的人證合一校驗系統(tǒng)，可簡便、快捷實現(xiàn)考生和身份信息的認證，有效減少監(jiān)考老師工作量，規(guī)范摒除人為因素的干擾，提高身份識別率，建立公平公正的考場環(huán)境，避免替考、舞弊現(xiàn)象的發(fā)生。

1.1.4 學生自助服務需求

目前在開學注冊、火車票優(yōu)惠卡充值查詢、打印成績單等，普遍采用人工方式進行，耗時耗力，效率不高。以開學注冊為例，某大學共3萬學生，每到新學期開學前，

學生都需要前往注冊中心完成注冊報到手續(xù)。在短短集中的3天時間里，注冊中心的老師們需要完成全校3萬多名本科生、研究生的手工注冊工作，存在時間短、工作量大、學生多、場地小、易長時間排隊等問題。類似的標準服務，在引入基于人臉識別的人證核驗后，完全可基于自助設備進行，解放人力，提高效率。

1.1 .5學生行為分析和預警需求

通過宿舍通行、上課考勤、圖書館通行、消記錄聯(lián)等方式采集的數據進行綜合分析，可對學生的行為軌跡和特征進行分析，可盡快發(fā)現(xiàn)潛在問題，提前介入干預。比如通過大數據分析提取出經常不回宿舍、多次曠課等行為的學生，進行及早干涉，避免意外情況發(fā)生。通過配合式、非配合式的刷卡和人臉識別設備采集的數據，可有效補充刷卡數據， 對學生日常行為進行精確畫像，更有效的發(fā)現(xiàn)分析和發(fā)現(xiàn)問題，針對可能出現(xiàn)的風險進行預警。

1.2 實驗室管理需求

1.2.1目前各院系的實驗室和教研組普遍采用研究室和老師考勤方式，來規(guī)范日常的教學和科研活動。現(xiàn)在普遍采用刷卡方式，但是不能解決替刷現(xiàn)象。引入基于人臉識別的生物識別技術可有效解決替刷問題。

1.2.2 實驗室通行管理

實驗室內有大量的珍貴實驗材料、科研設備，及教師和學生的電腦設備和研究數據等，一旦發(fā)生被竊，損失難以估量。而傳統(tǒng)的刷卡門禁方式存在冒用他人刷卡、外部人員尾隨進入等，無法實時發(fā)現(xiàn)核規(guī)避風險。而采用人臉識別技術的門禁系統(tǒng)，可解決丟卡、冒用卡片帶來的風險，及時阻止未授權人員進入科研場所；可將人臉識別的陌生人告警、黑名單告警功能和保衛(wèi)部門聯(lián)動，可有效發(fā)現(xiàn)并阻止未授權人員和可疑人員的活動，提升安全水平。

1.2.3 實驗資源使用授權管理

對于重要儀器設備、重點實驗場所的使用，比如化學、電氣設備，實驗室管理人

員往往進行有計劃的安排，確保資源被合理、正確、安全的使用。而實際場景中經常出現(xiàn)注冊者和使用者不一致的情況，導致糾紛和安全事件的發(fā)生。

1.3 安保管理需求

安保管理需求是針對傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控和門禁控制系統(tǒng)的不足提出的，且可使用人臉識別技術有效改觀的需求。

1.3.1 人員通行管理

重點區(qū)域的人員通行管理，比如學校大門、宿舍、體育場館等。目前普遍采用校園卡的方式進出，但無法解決忘帶卡、冒用卡等方式帶來的管理問題。采用基于人臉識別的通行管理系統(tǒng)，可設置白名單，如教工和學生信息，白名單人員可直接刷臉通行，提升使用體驗，避免忘帶卡的尷尬和冒刷風險。

1.3.2 陌生人告警

學校重點區(qū)域，如重要實驗室、涉密單位等，需要嚴格控制準入權限，通過人臉識別系統(tǒng)對白名單之外的人員進行預警，避免非授權人員進入，引發(fā)風險。

1.3.3 黑名單識別

學校是盜竊頻發(fā)地，盜竊行為經常發(fā)生在宿舍、實驗室、體育場等。而且盜竊者經常是慣犯、流竄犯，學校安保部門和公安部門往往掌握了犯罪嫌疑人的相關資料，卻無法及時發(fā)現(xiàn)和處理。通過在關鍵卡口處架設動態(tài)黑名單識別系統(tǒng)，布控黑名單人員，可及時發(fā)現(xiàn)黑名單人員的行蹤，便于及時阻止和抓捕。

第二章 總體解決方案

2.1 業(yè)務解決方案

基于業(yè)務需求理解，采用人臉識別技術的智慧校園建設方案所涵蓋的業(yè)務內容如下圖所示：

本技術方案中，從業(yè)務維度出發(fā)，將管理活動分為學生管理、實驗室管理和安保管理三個維度。

2.1.1 學生管理

學生管理活動中，用人臉作為標簽，打通學生在學校的所有活動場景。學生從使用人臉識別自助注冊開始，刷臉出入宿舍，上課刷臉簽到，考試人證核驗，刷臉進出圖書館、實驗室，刷臉消費等，將分散的業(yè)務系統(tǒng)數據通過人臉打通，將所有行為數據匯總到數據分析平臺，進行學生軌跡分析、行為危險預警、以圖找人等，構建智慧學生管理平臺。

2.1.2 實驗室管理

通過人臉識別技術進行考勤、重點區(qū)域門禁通行控制、重點設備使用授權控制等，解決現(xiàn)有痛點，并基于人臉數據打通系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一的底庫管理和業(yè)務場景使用。

 

2.1.3 安保管理

作為傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的有效升級和補充，采用人臉識別技術進行訪客管理、黑白名單和陌生人識別。白名單用于門禁通行，如學校、宿舍門口的通行等；黑名單用于重點人員布控，可及時發(fā)現(xiàn)和防范風險；陌生人識別可作為白名單識別的有效補充，確保重點區(qū)域的訪問人員合規(guī)。

2.2 整體技術架構

2.2.1 應用架構

1:1解決的是物理人和證件信息是否匹配的問題，從合規(guī)性上明確“你是不是你”；

1:N是在N張底庫中，識別照片或者視頻中的人是誰，解決的是“你是誰”的問題。根據比對照片來源的不同，分為靜態(tài)1：N（照片和底庫比）、動態(tài)1：N（視頻流和照片比）兩種方式。

學校應從頂層設計觸發(fā)，構建應用于全校的人臉識別統(tǒng)一平臺，進行統(tǒng)一的底庫、設備和識別結果管理，便于數據收集、分析和應用，夯實基礎，大力推進智慧校園建設系統(tǒng)邏輯架構

整個系統(tǒng)分為4層。

最底層是前端設備層，根據不同的識別方式而選擇不同的產品形態(tài)。比如宿舍通行管理中，需要基于視頻流動態(tài)識別的閘機系統(tǒng)，比較完善的解決宿舍通行問題等。常見的產品形態(tài)如下表所述：

形態(tài)	特點	應用場景
高清人臉槍機	實時視頻流處理，速度快	電磁門門禁，黑名單布控，陌生人提醒
高清人臉半球機	與閘機結合度好	閘機門禁，陌生人提醒
門禁控制器	識別后通知門禁系統(tǒng)開門	閘機，電磁門通行
人證核驗設備	人、卡是否一致校驗	考試人證校驗、自助設備身份校驗

前端面板機	前端抓拍+后端識別	實驗室門禁、會議室門禁、教室考勤場景
移動設備	基于移動設備的識別和展示	移動考勤、結果展示
結果展示設備	識別結果顯示	考勤彈窗顯示、識別結果展示

 

識別層根據識別模式區(qū)分，主要包括：

識別模式	部署形態(tài)	應用場景
1:1識別	識別服務器由學校集中部署，前端為抓拍一體機	人證核驗場景，自助設備場景
靜態(tài)1:N 識別	識別服務器由學校集中部署，前端為pad或者抓拍機	考勤場景，pad門禁場景
動態(tài)1:N識別	識別服務器靠近攝像頭處，直接處理視頻流。識別結果匯聚統(tǒng)一管理	閘機門禁識別，槍機門禁識別

數據層主要包括底庫數據、識別結果數據。底庫數據根據需要進行分組，比如按照宿舍樓、班級、學院、上課排班、實驗室等分組，用于確定識別范圍。識別結果統(tǒng)一匯聚管理，便于進行學生行為數據分析等。

     業(yè)務層是面向具體場景、由具體用戶使用的業(yè)務應用系統(tǒng)，一般與現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)交互，實現(xiàn)某一業(yè)務功能，如報表查看、數據分析、底庫管理邏輯等。以宿舍管理為例，其業(yè)務層包括宿舍人員管理、宿舍人員通行記錄查看、歸宿人員報表查看、陌生人告警等模塊。

2.2.2 物理部署架構

根據應用架構，物理架構示意圖如下：

整套系統(tǒng)運行在校園網內，需要千兆帶寬以上網絡；

   根據不同的應用場景和識別方式需求，部署不同的設備形態(tài)。

典型場景	前端設備	識別設備	識別設備部署位置
宿舍樓通行	人臉識別閘機	標準動態(tài)識別服務器	宿舍樓內，靠近閘機部署
教室考勤	抓拍考勤機	云端1：N識別服務	學校機房
實驗室通行	人臉識別相機	標準動態(tài)識別服務器	實驗室弱電間
	Pad門禁機	云端1:N識別服務	學校機房
校園安保	人臉識別槍機	動態(tài)安防識別服務器	學校機房
自助注冊、考試核驗等場景	人證核驗設備+業(yè)務設備	云端1:1識別服務	學校機房

第三章 宿舍通行管理子系統(tǒng)

本章描述了基于人臉識別的宿舍通行管理系統(tǒng)的主要功能和架構。

3.1 宿舍管理系統(tǒng)概述

人臉識別技術作為目前最成熟的生物識別技術之一，通過自有的深度學習技術，極大提高人臉識別的精準度。

智能校園解決方案基于人臉識別技術，有效解決原有系統(tǒng)刷卡、指紋方式問題，形成了高校公寓管理的一整套解決方案。該系統(tǒng)利用人臉識別技術實時甄別每個通過閘口進入到宿舍樓的人員，同時管理系統(tǒng)實時統(tǒng)計分析學生在寢時間、離寢時間、晚歸次數等各種狀況，并將報表推送給公寓管理中心、學生公寓、學生的輔導員教師進行相應處置，避免了每次大規(guī)模查寢所耗費的人力物力。

與傳統(tǒng)刷卡式通道系統(tǒng)相比擁有明顯優(yōu)勢：

人臉識別閘機解決了刷卡式通道一卡多刷、人卡不一的弊病，真正做到通行人員身份與通行授權合一，實現(xiàn)通行信息的精確記錄，從而使通行信息的統(tǒng)計和查詢功能不再形同虛設；

3.2 解決方案

3.2.1 系統(tǒng)總體設計

3.2.2 設計思路

校園智能化管理服務平臺解決方案為解決校園宿舍管理實時有效監(jiān)管與控制，最大限度的提升日常管理效率和水平。

考慮到學校的實際情況及其特殊性，我們認為智能化管理服務平臺建設要本著先進性、實用性、經濟性、成熟性、開放性、和可擴充性的原則；系統(tǒng)可靠、技術成熟、功能實用、方案先進、保密性強、思路創(chuàng)新；為學校建成能夠代表當今先進水平的管理服務平臺。

3.2.3 總體架構

3.2.4系統(tǒng)特點

采用集中管理的建設思路，將項目中多個子系統(tǒng)進行融合，形成一套基于人臉識別技術數據融匯共享的綜合性管理平臺，整個系統(tǒng)真正實現(xiàn)“一體化、智能化”管理，加強綜合體內部的管理效率。

網絡技術的高速發(fā)展，它已經給人們的工作、生活帶來了深遠影響，改變了人們許多的溝通交流方式，與此同時也將各領域的數據交互技術引向了一個新的領域。本系統(tǒng)的建設充分的利用了現(xiàn)階段高速發(fā)展的網絡技術，各子系統(tǒng)通過網絡，實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的數據共享，讓各單獨的子系統(tǒng)組合成為一個有機的整體，為未來的大數據應用提供底層基礎。