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微信小程序基础上智能查寝系统研究

2020-11-11 900 上传者：管理员

摘要：为解决目前高校宿舍查寝制度的不足，本系统利用微信小程序、人脸识别技术和云计算服务平台实现了一套智能查寝系统。本系统部署在阿里云ECS上，服务器环境是LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP），采用MVC架构模式设计，小程序及后台管理系统的后端均使用ThinkPHP5框架，并使用百度大脑提供的在线人脸识别服务交互完成人脸数据库的建立和人脸搜索M:N识别，实现了对合照中的学生人脸进行人脸识别以及汇总统计结果的功能。实验表明，在一定的条件范围内，本系统能够达到实现应用的需求。

关键词：
云平台
云计算服务
人脸识别技术
微信小程序
晚间查寝
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1、前言

查寝是教师确保学生夜间在校，保障学生安全的一种主要手段，但高校校园查寝一般是通过在特定时间内，以指纹打卡或人工查寝的方式来完成，且现有方式存在一些弊端，不能及时且真实地得到学生是否在寝的反馈，总是存在疏漏出错的情况。查寝效率往往也不尽人意，针对校园宿舍查寝问题不少高校都极为困扰。以福州大学至诚学院计算机工程系为例，为了确保完全了解全系学生晚上的在校情况，规定晚上9点40分进行指纹打卡，10点半进行人工查寝。但是，指纹查寝易出现仪器失灵，有少部分人群指纹较浅或是手指湿润等情况导致指纹极难识别，甚至还有指纹膜作假的情况出现，而且在晚上宿舍集中进出时间段，容易造成学生排队等待打指纹，造成时间上的浪费与管理上的混乱；专人查寝耗时耗力，查寝频率低效率低，而且无法保证所有学生在查寝时间仍在宿舍，且易出现查寝结束学生外出的情况，并不能有效防止学生外出。由于辅导员工作比较繁忙，对于所有宿舍的查寝往往会心有余而力不足，不能及时检查所有宿舍。

为解决上述问题，有效弥补现有宿舍查寝制度的不足和薄弱环节，本文提出以微信小程序[1]作为辅导员和学生的主要使用平台。相较于传统APP，微信小程序无须安装，即开即用，用完就走，不仅节省了用户的手机内存和运行空间，也为用户节省了在各类APP切换和进行复杂操作的时间。在本智能查寝小程序中，辅导员发布随机限时查寝任务，学生可通过小程序在规定的时间范围内，上传带有随机数字的宿舍合照完成打卡。查寝时间截止后，对合照中的学生人脸进行人脸识别，帮助辅导员快速统计各个宿舍学生的查寝情况。本系统仅利用手机收集照片，而将图像的人脸检测与人脸搜索交由云计算服务平台实现，并通过分布式的处理方法实现并行人脸身份验证，大大提高晚间查寝的效率[2,3,4]。并且，本系统同时配备Web后台管理系统，方便辅导员批量管理学生数据，直观查看学生的查寝统计情况。

2、系统总体设计

本系统主要实现了基于微信小程序的智能查寝系统，具体包括智能查寝小程序和Web后台管理系统。系统的主要功能包括：学生信息管理、随机或自定义抽取宿舍和查寝结果统计等功能。

辅导员首次使用，需要在Web后台管理系统按照规定格式，批量导入学生姓名、学号、年级等信息，同时需要导入学生个人照片来创建学生人脸库，以便查寝情况统计。之后在查寝时段，辅导员只需登录小程序，设置查寝时间，选择随机或自定义抽取宿舍。同时辅导员可以通过一键提醒功能发送邮件提醒未签到的宿舍学生，或是在班级群里通知已发布的查寝任务。被抽中的宿舍学生登录小程序查看抽取记录，并进行合照与上传照片。学生上传照片完成后，人脸识别功能开始鉴别图像，判断该宿舍是否签到成功，将统计数据存储到数据库中。辅导员可以在查寝时间截止后，在指定页面查看详细的统计情况，包括未签到的人员名单等。系统的总体功能如图1所示：

图1系统功能图

2.1 系统架构

基于微信小程序的智能查寝系统采用MVC的架构模式设计，小程序以及后台管理系统的后端均使用ThinkPHP5框架，后台管理系统还使用了Layui前端UI框架。同时，将系统部署到阿里云ECS上，服务器的环境是LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP），并使用百度大脑提供的在线人脸识别服务交互完成人脸数据库的建立和人脸搜索M:N识别，完成一次人脸识别的步骤为：

(1）辅导员设置查寝时间，随机或自定义抽签的宿舍名单。

(2）宿舍学生登录小程序，拍照上传合照，照片传至服务器中保存，并将照片地址存在MySQL数据库中。在学生上传完毕后，读取数据库中的照片地址，通过调用接口，借助百度云人脸识别服务中的人脸搜索功能，检测出合照中的所有的人脸范围，并将这些区域人脸，以M:N在人脸数据库中的指定用户组进行搜索，搜索结果返回为JSON数据，数据中包括合照中，识别到的人脸数量，每张人脸在该照片中的范围坐标，以及搜索到的在人脸数据库中的学生信息。

(3）完成人脸搜索后，将JSON数据进行处理，与数据库中的学生信息进行匹配，识别到的人脸则在数据库中记为已签，反之则记为未签，最后输出未签到的学生详情信息至小程序中。

2.2 小程序端设计

小程序学生端的主要功能是被抽到的宿舍全体成员进行合照，要求在规定的时间范围内上传照片，人脸识别功能将快速识别学生人脸，判断是否缺勤后，进行汇总统计，将统计结果汇总到辅导员端。其实现效果如图2和图3所示：

图2小程序学生端查看详细界面

图3小程序学生端上传照片界面

汇总统计结果的思路是：根据查寝记录的起止时间查找相应的宿舍号与该宿舍上传的照片，如果该宿舍未上传照片，自动将宿舍所有成员记为缺勤；若该宿舍成功上传照片，调用百度API下M:N的人脸搜索功能，在该宿舍对应的人脸库中进行搜索，成功搜寻到，则返回学号，将此学号下的本记录记为已签到，反之记为缺勤。根据数据库中的记录信息，返回缺勤人员信息以及查寝情况至小程序以及后台管理系统。

2.3 后台管理系统

后台管理系统实现了批量导入、导出数据，添加、删除、编辑、查询学生相关信息，导入学生人脸照片创建人脸库，如图4所示，以及查看统计结果功能。

图4导入学生照片创建人脸库

2.4 统计相关设计

统计前需要收集学生的人脸信息，通过百度人脸识别服务功能，创建人脸数据库，后进行对宿舍合照的人脸搜索，判断该生是否缺勤，得到查寝情况统计。以学生个人合照为例，实现的效果如图5所示。

图5人脸识别效果图

3、结语

本系统以高校智能查寝系统为出发点，为解决目前高校宿舍查寝制度存在的不足之处，基于微信小程序实现辅助辅导员进行晚间查寝。微信小程序界面友好，操作简单，极大提高了查寝的效率与准确度，也使得人脸识别技术的应用得到了更大的推广，对智能校园的发展有着积极的推动作用。

参考文献：

[1]李珊.基于微信小程序的学生活动管理系统的设计与实现[D].广东工业大学,2019.

[2]成伟.基于人脸识别学生宿舍管理系统设计[D].电子科技大学,2016.

[3]李鑫洪.推进高校教学管理平台信息化现实问题探讨——以智能手机为视角[J].中国教育信息化,2015(17):53-55.