隨著(zhù)基于深度學(xué)習技術(shù)的發(fā)展，人臉識別技術(shù)得到長(cháng)足發(fā)展，已經(jīng)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(huì )的“刷臉”購物，以及支付寶對“刷臉登錄”、“刷臉支付”技術(shù)的采用，徹底點(diǎn)燃了人臉識別技術(shù)商業(yè)化應用的星星之火。目前人臉識別技術(shù)已廣泛使用于金融、安防等領(lǐng)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(shù)提供方，（Face++）已經(jīng)在包括清華在內的眾多高校中進(jìn)行了各種嘗試，在學(xué)生、教工、安保管理等各個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景引入人臉識別技術(shù)，有力推進(jìn)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(chǎng)景和解決方案進(jìn)行描述。

第一章 業(yè)務(wù)需求理解

1.1 學(xué)生管理需求

1.1.1 學(xué)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(xué)校的安全管理將起到強大的助推作用。近年來(lái)高校宿舍安全問(wèn)題頻發(fā)，特別是校區相對偏遠的學(xué)校以及女生比例大的學(xué)校，從新聞媒體報道出的學(xué)生宿舍安全性事件可見(jiàn)一斑。

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

在高校宿舍管理上的問(wèn)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(jìn)入宿舍樓的人員一一盤(pán)查確認；晚上宿舍樓關(guān)燈前進(jìn)行人工查寢，登記晚歸和未歸學(xué)生；這些嘗試費時(shí)費力，并且進(jìn)行這種人工重復度極高的工作，難免出錯，同時(shí)由于各種人為因素的影響并不能夠有效解決上述問(wèn)題。 也有一些學(xué)校嘗試購買(mǎi)安裝一卡通刷卡門(mén)禁、指紋門(mén)禁系統，但校園卡忘帶、校園卡借出、仿造指紋套等系統漏洞不能夠得到有效解決的情況下，也使得這些高價(jià)買(mǎi)入的門(mén)禁設備形同虛設。而使用人臉識別技術(shù)的智能門(mén)禁管理系統，則可有效解決以上問(wèn)題。

1.1.2 上課考勤管理需求

調查研究表明，出勤率與學(xué)習效果成正比關(guān)系。許多大學(xué)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(xué)的必修課。在自律難以實(shí)現的情況下，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(xué)習效果的有效手段?？记诓皇悄康?，而是一種方法，是學(xué)校對學(xué)生負責的一種表現。而考勤也從人工點(diǎn)名方式逐步發(fā)展為刷校園卡的方式，但是仍然經(jīng)常發(fā)生替刷現象?；谌四樧R別技術(shù)的考勤方式，在確?？记跍蚀_性、不可替代性的同時(shí)，大大提升了使用便利性，是考勤系統智能化的重要進(jìn)步。

1.1.3 考場(chǎng)人證核驗需求

學(xué)校會(huì )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^(guò)程的公平公正。采用基于人臉識別的人證合一校驗系統，可簡(jiǎn)便、快捷實(shí)現考生和身份信息的認證，有效減少監考老師工作量，規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(chǎng)環(huán)境，避免替考、舞弊現象的發(fā)生。

1.1.4 學(xué)生自助服務(wù)需求

目前在開(kāi)學(xué)注冊、火車(chē)票優(yōu)惠卡充值查詢(xún)、打印成績(jì)單等，普遍采用人工方式進(jìn)行，耗時(shí)耗力，效率不高。以開(kāi)學(xué)注冊為例，某大學(xué)共3萬(wàn)學(xué)生，每到新學(xué)期開(kāi)學(xué)前，

學(xué)生都需要前往注冊中心完成注冊報到手續。在短短集中的3天時(shí)間里，注冊中心的老師們需要完成全校3萬(wàn)多名本科生、研究生的手工注冊工作，存在時(shí)間短、工作量大、學(xué)生多、場(chǎng)地小、易長(cháng)時(shí)間排隊等問(wèn)題。類(lèi)似的標準服務(wù)，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(jìn)行，解放人力，提高效率。

1.1 .5學(xué)生行為分析和預警需求

通過(guò)宿舍通行、上課考勤、圖書(shū)館通行、消記錄聯(lián)等方式采集的數據進(jìn)行綜合分析，可對學(xué)生的行為軌跡和特征進(jìn)行分析，可盡快發(fā)現潛在問(wèn)題，提前介入干預。比如通過(guò)大數據分析提取出經(jīng)常不回宿舍、多次曠課等行為的學(xué)生，進(jìn)行及早干涉，避免意外情況發(fā)生。通過(guò)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(xué)生日常行為進(jìn)行精確畫(huà)像，更有效的發(fā)現分析和發(fā)現問(wèn)題，針對可能出現的風(fēng)險進(jìn)行預警。

1.2 實(shí)驗室管理需求

1.2.1目前各院系的實(shí)驗室和教研組普遍采用研究室和老師考勤方式，來(lái)規范日常的教學(xué)和科研活動(dòng)?，F在普遍采用刷卡方式，但是不能解決替刷現象。引入基于人臉識別的生物識別技術(shù)可有效解決替刷問(wèn)題。

1.2.2 實(shí)驗室通行管理

實(shí)驗室內有大量的珍貴實(shí)驗材料、科研設備，及教師和學(xué)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。而傳統的刷卡門(mén)禁方式存在冒用他人刷卡、外部人員尾隨進(jìn)入等，無(wú)法實(shí)時(shí)發(fā)現核規避風(fēng)險。而采用人臉識別技術(shù)的門(mén)禁系統，可解決丟卡、冒用卡片帶來(lái)的風(fēng)險，及時(shí)阻止未授權人員進(jìn)入科研場(chǎng)所；可將人臉識別的陌生人告警、黑名單告警功能和保衛部門(mén)聯(lián)動(dòng)，可有效發(fā)現并阻止未授權人員和可疑人員的活動(dòng)，提升安全水平。

1.2.3 實(shí)驗資源使用授權管理

對于重要儀器設備、重點(diǎn)實(shí)驗場(chǎng)所的使用，比如化學(xué)、電氣設備，實(shí)驗室管理人

員往往進(jìn)行有計劃的安排，確保資源被合理、正確、安全的使用。而實(shí)際場(chǎng)景中經(jīng)常出現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的視頻監控和門(mén)禁控制系統的不足提出的，且可使用人臉識別技術(shù)有效改觀(guān)的需求。

1.3.1 人員通行管理

重點(diǎn)區域的人員通行管理，比如學(xué)校大門(mén)、宿舍、體育場(chǎng)館等。目前普遍采用校園卡的方式進(jìn)出，但無(wú)法解決忘帶卡、冒用卡等方式帶來(lái)的管理問(wèn)題。采用基于人臉識別的通行管理系統，可設置白名單，如教工和學(xué)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(fēng)險。

1.3.2 陌生人告警

學(xué)校重點(diǎn)區域，如重要實(shí)驗室、涉密單位等，需要嚴格控制準入權限，通過(guò)人臉識別系統對白名單之外的人員進(jìn)行預警，避免非授權人員進(jìn)入，引發(fā)風(fēng)險。

1.3.3 黑名單識別

學(xué)校是盜竊頻發(fā)地，盜竊行為經(jīng)常發(fā)生在宿舍、實(shí)驗室、體育場(chǎng)等。而且盜竊者經(jīng)常是慣犯、流竄犯，學(xué)校安保部門(mén)和公安部門(mén)往往掌握了犯罪嫌疑人的相關(guān)資料，卻無(wú)法及時(shí)發(fā)現和處理。通過(guò)在關(guān)鍵卡口處架設動(dòng)態(tài)黑名單識別系統，布控黑名單人員，可及時(shí)發(fā)現黑名單人員的行蹤，便于及時(shí)阻止和抓捕。

第二章 總體解決方案

2.1 業(yè)務(wù)解決方案

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

本技術(shù)方案中，從業(yè)務(wù)維度出發(fā)，將管理活動(dòng)分為學(xué)生管理、實(shí)驗室管理和安保管理三個(gè)維度。

2.1.1 學(xué)生管理

學(xué)生管理活動(dòng)中，用人臉作為標簽，打通學(xué)生在學(xué)校的所有活動(dòng)場(chǎng)景。學(xué)生從使用人臉識別自助注冊開(kāi)始，刷臉出入宿舍，上課刷臉簽到，考試人證核驗，刷臉進(jìn)出圖書(shū)館、實(shí)驗室，刷臉消費等，將分散的業(yè)務(wù)系統數據通過(guò)人臉打通，將所有行為數據匯總到數據分析平臺，進(jìn)行學(xué)生軌跡分析、行為危險預警、以圖找人等，構建智慧學(xué)生管理平臺。

2.1.2 實(shí)驗室管理

通過(guò)人臉識別技術(shù)進(jìn)行考勤、重點(diǎn)區域門(mén)禁通行控制、重點(diǎn)設備使用授權控制等，解決現有痛點(diǎn)，并基于人臉數據打通系統，實(shí)現統一的底庫管理和業(yè)務(wù)場(chǎng)景使用。

 

2.1.3 安保管理

作為傳統安防系統的有效升級和補充，采用人臉識別技術(shù)進(jìn)行訪(fǎng)客管理、黑白名單和陌生人識別。白名單用于門(mén)禁通行，如學(xué)校、宿舍門(mén)口的通行等；黑名單用于重點(diǎn)人員布控，可及時(shí)發(fā)現和防范風(fēng)險；陌生人識別可作為白名單識別的有效補充，確保重點(diǎn)區域的訪(fǎng)問(wèn)人員合規。

2.2 整體技術(shù)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(wèn)題，從合規性上明確“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(shuí)，解決的是“你是誰(shuí)”的問(wèn)題。根據比對照片來(lái)源的不同，分為靜態(tài)1：N（照片和底庫比）、動(dòng)態(tài)1：N（視頻流和照片比）兩種方式。

學(xué)校應從頂層設計觸發(fā)，構建應用于全校的人臉識別統一平臺，進(jìn)行統一的底庫、設備和識別結果管理，便于數據收集、分析和應用，夯實(shí)基礎，大力推進(jìn)智慧校園建設系統邏輯架構

整個(gè)系統分為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(chǎn)品形態(tài)。比如宿舍通行管理中，需要基于視頻流動(dòng)態(tài)識別的閘機系統，比較完善的解決宿舍通行問(wèn)題等。常見(jiàn)的產(chǎn)品形態(tài)如下表所述：

形態(tài)	特點(diǎn)	應用場(chǎng)景
高清人臉槍機	實(shí)時(shí)視頻流處理，速度快	電磁門(mén)門(mén)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(mén)禁，陌生人提醒
門(mén)禁控制器	識別后通知門(mén)禁系統開(kāi)門(mén)	閘機，電磁門(mén)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(shí)驗室門(mén)禁、會(huì )議室門(mén)禁、教室考勤場(chǎng)景
移動(dòng)設備	基于移動(dòng)設備的識別和展示	移動(dòng)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分，主要包括：

識別模式	部署形態(tài)	應用場(chǎng)景
1:1識別	識別服務(wù)器由學(xué)校集中部署，前端為抓拍一體機	人證核驗場(chǎng)景，自助設備場(chǎng)景
靜態(tài)1:N 識別	識別服務(wù)器由學(xué)校集中部署，前端為pad或者抓拍機	考勤場(chǎng)景，pad門(mén)禁場(chǎng)景
動(dòng)態(tài)1:N識別	識別服務(wù)器靠近攝像頭處，直接處理視頻流。識別結果匯聚統一管理	閘機門(mén)禁識別，槍機門(mén)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(jìn)行分組，比如按照宿舍樓、班級、學(xué)院、上課排班、實(shí)驗室等分組，用于確定識別范圍。識別結果統一匯聚管理，便于進(jìn)行學(xué)生行為數據分析等。

     業(yè)務(wù)層是面向具體場(chǎng)景、由具體用戶(hù)使用的業(yè)務(wù)應用系統，一般與現有業(yè)務(wù)系統交互，實(shí)現某一業(yè)務(wù)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(wù)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：

整套系統運行在校園網(wǎng)內，需要千兆帶寬以上網(wǎng)絡(luò )；

   根據不同的應用場(chǎng)景和識別方式需求，部署不同的設備形態(tài)。

典型場(chǎng)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(dòng)態(tài)識別服務(wù)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(wù)	學(xué)校機房
實(shí)驗室通行	人臉識別相機	標準動(dòng)態(tài)識別服務(wù)器	實(shí)驗室弱電間
	Pad門(mén)禁機	云端1:N識別服務(wù)	學(xué)校機房
校園安保	人臉識別槍機	動(dòng)態(tài)安防識別服務(wù)器	學(xué)校機房
自助注冊、考試核驗等場(chǎng)景	人證核驗設備+業(yè)務(wù)設備	云端1:1識別服務(wù)	學(xué)校機房

第三章 宿舍通行管理子系統

本章描述了基于人臉識別的宿舍通行管理系統的主要功能和架構。

3.1 宿舍管理系統概述

人臉識別技術(shù)作為目前最成熟的生物識別技術(shù)之一，通過(guò)自有的深度學(xué)習技術(shù)，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(shù)，有效解決原有系統刷卡、指紋方式問(wèn)題，形成了高校公寓管理的一整套解決方案。該系統利用人臉識別技術(shù)實(shí)時(shí)甄別每個(gè)通過(guò)閘口進(jìn)入到宿舍樓的人員，同時(shí)管理系統實(shí)時(shí)統計分析學(xué)生在寢時(shí)間、離寢時(shí)間、晚歸次數等各種狀況，并將報表推送給公寓管理中心、學(xué)生公寓、學(xué)生的輔導員教師進(jìn)行相應處置，避免了每次大規模查寢所耗費的人力物力。

與傳統刷卡式通道系統相比擁有明顯優(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(shí)現通行信息的精確記錄，從而使通行信息的統計和查詢(xún)功能不再形同虛設；

3.2 解決方案

3.2.1 系統總體設計

3.2.2 設計思路

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

考慮到學(xué)校的實(shí)際情況及其特殊性，我們認為智能化管理服務(wù)平臺建設要本著(zhù)先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟性、成熟性、開(kāi)放性、和可擴充性的原則；系統可靠、技術(shù)成熟、功能實(shí)用、方案先進(jìn)、保密性強、思路創(chuàng )新；為學(xué)校建成能夠代表當今先進(jìn)水平的管理服務(wù)平臺。

3.2.3 總體架構

3.2.4系統特點(diǎn)

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

網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的高速發(fā)展，它已經(jīng)給人們的工作、生活帶來(lái)了深遠影響，改變了人們許多的溝通交流方式，與此同時(shí)也將各領(lǐng)域的數據交互技術(shù)引向了一個(gè)新的領(lǐng)域。本系統的建設充分的利用了現階段高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，各子系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現各子系統之間的數據共享，讓各單獨的子系統組合成為一個(gè)有機的整體，為未來(lái)的大數據應用提供底層基礎。