摘 要： 針對目前課堂考勤存在的種種弊端，提出了一種基于指紋識別的網(wǎng)絡考勤系統(tǒng)。介紹了自動指紋識別的原理，分析并探討了網(wǎng)絡指紋考勤系統(tǒng)的軟件設計及各功能模塊的實現(xiàn)。試驗結果顯示，網(wǎng)絡指紋考勤相比傳統(tǒng)考勤更加方便，效率高，具有較大的實用性。
關鍵詞： 指紋識別；考勤；模塊
科學的考勤管理不僅是各項經(jīng)營管理計劃得以落實的保證，而且有利于提高工作效率，是搞好各項工作的前提和保障。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，如代打卡現(xiàn)象、不斷卡成本投入、考勤信息不能及時更新等。給管理者帶來了諸多的不便，因此已不能滿足課堂教學管理的需求。
隨著科技水平的提升和指紋識別技術的不斷發(fā)展，一種建立在指紋識別技術基礎上的考勤系統(tǒng)已逐漸成熟，現(xiàn)已被廣泛用于各種領域。而本文所研究的網(wǎng)絡指紋考勤系統(tǒng)徹底摒棄了人工統(tǒng)計管理的落后手段，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)的運用成本，只需拖動鼠標，各種復雜的報表即可完成設置；并且還有利于學生的人身安全，那種幾天不來沒人知道的情況將不復出現(xiàn)。同時，對本系統(tǒng)做適當?shù)男薷?，就能滿足考試監(jiān)考管理的業(yè)務功能，從而能夠很好地適應各類學校課堂教學考勤的管理制度。
1 指紋識別技術原理
指紋識別技術是通過取像設備讀取指紋圖像，然后用計算機識別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最后通過匹配識別算法得到識別結果，以確定指紋所有人身份的生物特征識別技術[1]。
指紋識別技術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)、特征值的比對與匹配等過程。人們對自動指紋識別技術做了大量的研究，ISENOR D K等人提出了一種用圖匹配來對兩幅指紋圖像進行匹配的方法[2]。HRECHAK A K等人用結構匹配做指紋識別[3]。目前最常用的方法是FBI細節(jié)點坐標模型做細節(jié)匹配。它利用脊線末梢與脊線分叉點這兩種關鍵點作為特征來進行指紋識別。通過將特征點表示為點模式，自動指紋識別問題就轉(zhuǎn)化為點模式匹配(細節(jié)點匹配)問題。一個典型的自動指紋識別系統(tǒng)的流程如圖1所示。
各部分功能如下：
(1)圖像處理：因為手指蛻皮、干燥、潮濕或表面的污點等原因，得到的指紋圖像有某種程度上的模糊，為了更好地提取細節(jié)點，需要對得到的原始指紋圖像做二值化、細化等操作，使指紋的特征信息突出表現(xiàn)出來。
(2)提取特征點：在上一步的基礎上找出指紋圖像中的脊線末梢點和脊線分叉點作為特征點記錄下來，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節(jié)點，這里就可以對這兩組細節(jié)點進行匹配，返回一個匹配分數(shù)，從這個分數(shù)就可以判斷這兩幅指紋是否來自同一個手指。
2 指紋考勤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
本指紋考勤系統(tǒng)基于Windows 2003操作系統(tǒng)平臺；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)絡結構
本指紋考勤系統(tǒng)利用學校已有的局域網(wǎng)絡，將指紋考勤終端連接到網(wǎng)絡。系統(tǒng)由應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、管理機、普通客戶端等幾個部分組成。其中學生基本信息可與外部學籍系統(tǒng)(教務系統(tǒng))共享數(shù)據(jù)，課表、選課情況可共享教務系統(tǒng)相關數(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)絡指紋考勤系統(tǒng)的拓撲圖。
指紋采集儀通過USB接口與指紋登記終端和驗證控制臺相連，完成指紋的采集識別等工作。指紋登記終端從指紋儀獲得指紋并確定為對應人員的指紋保存模板并傳送到應用服務器。驗證控制臺從應用服務器上讀取模板，從指紋儀獲得指紋并對比指紋，顯示結果并將結果保存到應用服務器。數(shù)據(jù)庫服務器上運行通用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，保存指紋儀配置信息、學生信息、指紋檔案、考勤數(shù)據(jù)等。Web服務器主要針對管理運行端各功能模塊的管理、實現(xiàn)及應用。應用服務器上運行考勤服務程序，在應用服務器中進行活體指紋與學生指紋庫的比對并根據(jù)自定義考勤規(guī)則生成考勤記錄。整個指紋考勤系統(tǒng)支持TCP/IP通信方式，通過網(wǎng)絡連接，方便查詢管理，使管理自動化成為現(xiàn)實，真正實現(xiàn)了網(wǎng)絡考勤[4]。
2.2系統(tǒng)設計目標及原則
(1)系統(tǒng)設計目標
學生上下課方便直觀地按指考勤；簡捷處理請假、審核、節(jié)日設置等相關事項；如實反映每個人的考勤情況，杜絕舞弊；管理員可隨時查詢考勤記錄與課表檔案；管理員可方便地統(tǒng)計、打印或?qū)С隹记诮y(tǒng)計結果；經(jīng)濟合理的運營成本。
(2)系統(tǒng)設計原則
先進性：采用當前先進的技術和成熟穩(wěn)定的設備；
安全性：數(shù)據(jù)的安全性與課表資料的安全性；
實用性：合理的配置，合適的功能使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠并且成本最省；
方便性：功能完善，軟件操作清晰簡單；
可擴展性及易維護性原則：系統(tǒng)在容量和功能上考慮了用戶將來的需求增長，可以根據(jù)需要增加新的設備或新的系統(tǒng)，并保證使用的一致性；
開放性：為保證其他設備的協(xié)同運行，同時考慮到投資者的長遠利益，本系統(tǒng)必須是開放系統(tǒng)，并結合相關的國際標準或工業(yè)標準執(zhí)行。
2.3考勤系統(tǒng)的軟件設計及實現(xiàn)
網(wǎng)絡指紋考勤系統(tǒng)的軟件設計主要包括兩個部分，一是主要用于指紋采集及管理監(jiān)控的C/S服務端軟件，設計采用C++ Builder系統(tǒng)編程；二是主要用于數(shù)據(jù)展現(xiàn)及請假管理的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)
指紋采集程序負責考勤時采集學生指紋。首先，登錄系統(tǒng)并輸入管理員驗證信息，通過后對指紋儀進行初始化，以清除以前的注冊信息，保證硬件與軟件里的資料一致。當學生上、下課時將手指按在指紋儀上，指紋儀會連續(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，之后添加上時間戳傳送到驗證控制臺，并進行1∶N比對，確定學生身份。成功后顯示學號、姓名，再根據(jù)考勤時間和班次等信息，得到該學生考勤結果并保存到應用服務器。如果比對失敗，則將指紋放入未識別指紋隊列中，待指紋隊列清空后，服務器再依次對未識別指紋隊列的指紋進行1∶1比對。這次同備份指紋圖像進行比對識別。其指紋比對數(shù)據(jù)流程圖如圖3所示。
2.3.2系統(tǒng)功能模塊設計
管理員通過系統(tǒng)參數(shù)和考勤參數(shù)設置、考勤數(shù)據(jù)統(tǒng)計、領導和管理部門進行考勤數(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。其功能模塊設計如圖4所示。
(1)數(shù)據(jù)信息管理模塊
該模塊完成系統(tǒng)基礎信息的設置。包括學生信息維護、部門信息維護、節(jié)假日設置等功能。其中學生信息和部門信息來源于學校教學管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對其進行更新維護。
(2)考勤登記查詢模塊
該模塊用于學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)計等功能。異?？记谥饕侵笇W生在病假、請假、休學等期間沒有考勤記錄，為完善考勤記錄，需在系統(tǒng)中進行統(tǒng)計并詳細登記。人工考勤登記用于考勤機故障時，直接登記學生考勤記錄。學生考勤查詢功能對學生的請假情況、上下課情況等進行查詢。匯總查詢分為個人匯總和部門匯總，根據(jù)需要可以對不同的時間段進行年統(tǒng)計、月統(tǒng)計和日統(tǒng)計。查詢統(tǒng)計結果通過自定義樣式生成報表。
(3)系統(tǒng)管理模塊
該模塊完成系統(tǒng)環(huán)境設置、用戶權限設置及數(shù)據(jù)、系統(tǒng)維護、管理員權限、用戶密碼和功能權限的設置和修改、數(shù)據(jù)備份與恢復等。其中系統(tǒng)維護指系統(tǒng)管理員的設置和權限分配、數(shù)據(jù)的導入和導出、過期數(shù)據(jù)的清除、系統(tǒng)初始化等。數(shù)據(jù)的導入和導出功能為考勤管理系統(tǒng)和考勤比對系統(tǒng)的相對獨立提供了基礎。使管理更加人性化、簡潔化。
2.3.3 系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)
(1)考勤機管理模塊
本模塊用于考勤機進教室前的初始化測試，包括考勤機教室對應、IP設定、通信測試等。通過初始化測試可以更加順利地與驗證控制臺連接，如有問題及時查找原因并解決。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試或沒有通過測試，需要重新采集指紋。
(3)教學管理模塊
本模塊包括確定教師/學生的課程信息，是考勤管理的基本單位。同時，運用本信息，可以確定各課程班學生的學期考勤匯總，每個學生可以對應多個課程班，主要由學生本學期所修的課程決定；管理各課程班的課表信息；設置課次的名稱及上下課時間，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管理界面。提供了學生、學生家長、上課教師、行政管理人員、系統(tǒng)管理員等不同角色，其中家長角色與具體的學生相對應，這樣就可以方便家長瀏覽相應學生的考勤及請假信息。
(5)考勤查詢模塊
考勤查詢模塊可以對保存學校學生考勤信息的數(shù)據(jù)庫LogKaoQingInfo進行查詢和統(tǒng)計。根據(jù)學校管理部門的實際需要，設計有學生個人考勤查詢、考勤異常查詢、教師考勤查詢、班級考勤查詢和學院考勤查詢。通過子模塊查詢，可以對不同學期、時間段、課表科目等考勤情況進行查詢。
2.4 系統(tǒng)性能分析
為了驗證本系統(tǒng)的實際應用情況，特選擇了幾組樣本進行測試，并且為了進一步提高系統(tǒng)的速度，還采用了分組識別的方法。即根據(jù)實際的指紋數(shù)量，設置若干個組，每組登記30~40枚指紋。每個人登記的所有指紋都分配在同一個組中，并有一個相應的組號。當考勤識別指紋時，先輸入組號，在提取到指紋特征后，就只在該組的30~40枚指紋中進行識別，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確性上都達到要求，各功能模塊也都正常工作。
本論文所設計的指紋考勤系統(tǒng)很好地利用了指紋識別原理及其技術，根據(jù)用戶需求進行系統(tǒng)需求分析，并建立設計目標及原則，實現(xiàn)了學生考勤數(shù)據(jù)采集、查詢過程的自動化、學生/教師出勤考核等功能。本系統(tǒng)各功能模塊滿足了對學生自動化管理的基本要求，更好地適應高校學生課堂考勤的管理制度，準確無誤地記錄學生的考勤情況，自動匯總統(tǒng)計，提供復雜的任意組合查詢和所見即所得的自由報表設計，為考勤的獎懲參考提供科學依據(jù)。本系統(tǒng)已經(jīng)在某高校進行了試運行，各項性能指標均滿足要求。
參考文獻
[1] 楊田捷，楊鑫.生物特征識別技術理論與應用[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)絡指紋考勤系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]．工業(yè)控制計算機，2005，18(12)：52-55．