薛亞許，陳金玉

（重慶大學(xué)，重慶 400044）

學(xué)校指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

薛亞許，陳金玉

（重慶大學(xué)，重慶 400044）

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。

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(lèi)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(lái)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(lái)沒(méi)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?，就能滿足考試監(jiān)考管理的業(yè)務(wù)功能，從而能夠很好地適應(yīng)各類(lèi)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)進(jìn)行指紋識(shí)別。通過(guò)將特征點(diǎn)表示為點(diǎn)模式，自動(dòng)指紋識(shí)別問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為點(diǎn)模式匹配（細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配）問(wèn)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。

圖1 AFIS系統(tǒng)處理流程

各部分功能如下：

（1）圖像處理：因?yàn)槭种竿懫ぁ⒏稍?、潮濕或表面的污點(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(lái)。

（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(lái)，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(lái)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(kù)采用開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)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(kāi)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(kù)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。

圖2 指紋考勤系統(tǒng)拓?fù)鋱D

指紋采集儀通過(guò)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(kù)服務(wù)器上運(yùn)行通用數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(guò)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??；

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(lái)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(kāi)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(kāi)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(yǔ)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(guò)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(guò)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(mén)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。

圖3 指紋比對(duì)數(shù)據(jù)流程圖

圖4 考勤管理系統(tǒng)模塊示意圖

（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(mén)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(mén)信息來(lái)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?？记诘怯浖翱记跀?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(méi)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(mén)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)題及時(shí)查找原因并解決。初始化界面如圖5。

圖5 考勤機(jī)初始化界面

（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(méi)有測(cè)試或沒(méi)有通過(guò)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(chēng)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(kù)LogKaoQingInfo進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)。根據(jù)學(xué)校管理部門(mén)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(guò)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(guò)程。如表1所示。

表1 樣本各項(xiàng)性能指標(biāo)

結(jié)果顯示，本解決方案所提供的指紋考勤系統(tǒng)無(wú)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(guò)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(wú)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(jiàn)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。

[1]楊田捷，楊鑫.生物特征識(shí)別技術(shù)理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]ISENOR D K，ZAKY S G.Fingerprint identification using graph matching.Pattern Recognition，1986，19（2）：113-122.

[3]HRECHAK A K，MCHUGH J A.Automated fingerprint recognition using structural matching.Recognition， 1990，23（8）：893-904.

[4]陳艷俐，蔡捷.網(wǎng)絡(luò)指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005，18（12）：52-55.

Design and realization of school fingerprint attendance system

Xue Yaxu，Chen Jinyu

（Chongqing University，Chongqing 400044，China）

Considering the malpractices existing classroom attendance，this paper puts forward a method based on fingerprint identification network checking attendance system.This paper introduces the principle of automatic fingerprint identification，analyzes and discusses the network fingerprinting attendance system software design and the functions of the module.Experimental results show that compared with the traditional network fingerprinting attendance record attendance is more convenient，efficiency，and has practicability.

fingerprint identification；attendance checking；module

TP311

A

1674-7720（2011）01-0083-03

重慶自然科學(xué)基金（102075120050121）

2010-07-06）

薛亞許，男，1985年生，碩士研究生，主要研究方向：線性系統(tǒng)理論、數(shù)據(jù)挖掘等。