隨著基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)得到長(zhǎng)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(guó)漢諾威展會(huì)的“刷臉”購(gòu)物，以及支付寶對(duì)“刷臉登錄”、“刷臉支付”技術(shù)的采用，徹底點(diǎn)燃了人臉識(shí)別技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的星星之火。目前人臉識(shí)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(kuò)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(nèi)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(shí)別技術(shù)，有力推進(jìn)了新型智慧校園建設(shè)。本文就智慧校園建設(shè)中，比較成熟的人臉識(shí)別應(yīng)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(shù)字化建設(shè)作為數(shù)字化校園建設(shè)的重要組成部分，對(duì)學(xué)校的安全管理將起到強(qiáng)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(qū)相對(duì)偏遠(yuǎn)的學(xué)校以及女生比例大的學(xué)校，從新聞媒體報(bào)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(quán)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(dǎo)致未能及時(shí)采取相應(yīng)措施。特別是2015 年中國(guó)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(duì)進(jìn)入宿舍樓的人員一一盤(pán)查確認(rèn)；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(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且進(jìn)行這種人工重復(fù)度極高的工作，難免出錯(cuò)，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(gòu)買(mǎi)安裝一卡通刷卡門(mén)禁、指紋門(mén)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(jià)買(mǎi)入的門(mén)禁設(shè)備形同虛設(shè)。而使用人臉識(shí)別技術(shù)的智能門(mén)禁管理系統(tǒng)，則可有效解決以上問(wèn)題。
1.1.2 上課考勤管理需求
調(diào)查研究表明，出勤率與學(xué)習(xí)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(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(fèi)，提升學(xué)習(xí)效果的有效手段。考勤不是目的，而是一種方法，是學(xué)校對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)的一種表現(xiàn)。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(xiàn)象。基于人臉識(shí)別技術(shù)的考勤方式，在確保考勤準(zhǔn)確性、不可替代性的同時(shí)，大大提升了使用便利性，是考勤系統(tǒng)智能化的重要進(jìn)步。
1.1.3 考場(chǎng)人證核驗(yàn)需求
學(xué)校會(huì)組織自主招生考試、四六級(jí)、考研等眾多考試，最重要的工作就是確保考試過(guò)程的公平公正。采用基于人臉識(shí)別的人證合一校驗(yàn)系統(tǒng)，可簡(jiǎn)便、快捷實(shí)現(xiàn)考生和身份信息的認(rèn)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(shí)別率，建立公平公正的考場(chǎng)環(huán)境，避免替考、舞弊現(xiàn)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(cè)、火車(chē)票優(yōu)惠卡充值查詢(xún)、打印成績(jī)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(cè)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(cè)中心完成注冊(cè)報(bào)到手續(xù)。在短短集中的3天時(shí)間里，注冊(cè)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(cè)工作，存在時(shí)間短、工作量大、學(xué)生多、場(chǎng)地小、易長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)等問(wèn)題。類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，在引入基于人臉識(shí)別的人證核驗(yàn)后，完全可基于自助設(shè)備進(jìn)行，解放人力，提高效率。
1.1 .5學(xué)生行為分析和預(yù)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(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可對(duì)學(xué)生的行為軌跡和特征進(jìn)行分析，可盡快發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，提前介入干預(yù)。比如通過(guò)大數(shù)據(jù)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(shí)別設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，可有效補(bǔ)充刷卡數(shù)據(jù)， 對(duì)學(xué)生日常行為進(jìn)行精確畫(huà)像，更有效的發(fā)現(xiàn)分析和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，針對(duì)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。
1.2 實(shí)驗(yàn)室管理需求
1.2.1目前各院系的實(shí)驗(yàn)室和教研組普遍采用研究室和老師考勤方式，來(lái)規(guī)范日常的教學(xué)和科研活動(dòng)。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(shí)別的生物識(shí)別技術(shù)可有效解決替刷問(wèn)題。
1.2.2 實(shí)驗(yàn)室通行管理
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有大量的珍貴實(shí)驗(yàn)材料、科研設(shè)備，及教師和學(xué)生的電腦設(shè)備和研究數(shù)據(jù)等，一旦發(fā)生被竊，損失難以估量。而傳統(tǒng)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(xiàn)核規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。而采用人臉識(shí)別技術(shù)的門(mén)禁系統(tǒng)，可解決丟卡、冒用卡片帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)阻止未授權(quán)人員進(jìn)入科研場(chǎng)所；可將人臉識(shí)別的陌生人告警、黑名單告警功能和保衛(wèi)部門(mén)聯(lián)動(dòng)，可有效發(fā)現(xiàn)并阻止未授權(quán)人員和可疑人員的活動(dòng)，提升安全水平。
1.2.3 實(shí)驗(yàn)資源使用授權(quán)管理
對(duì)于重要儀器設(shè)備、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的使用，比如化學(xué)、電氣設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室管理人
員往往進(jìn)行有計(jì)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(xiàn)注冊(cè)者和使用者不一致的情況，導(dǎo)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(duì)傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控和門(mén)禁控制系統(tǒng)的不足提出的，且可使用人臉識(shí)別技術(shù)有效改觀的需求。
1.3.1 人員通行管理
重點(diǎn)區(qū)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(shí)別的通行管理系統(tǒng)，可設(shè)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(yàn)，避免忘帶卡的尷尬和冒刷風(fēng)險(xiǎn)。
1.3.2 陌生人告警
學(xué)校重點(diǎn)區(qū)域，如重要實(shí)驗(yàn)室、涉密單位等，需要嚴(yán)格控制準(zhǔn)入權(quán)限，通過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)對(duì)白名單之外的人員進(jìn)行預(yù)警，避免非授權(quán)人員進(jìn)入，引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。
1.3.3 黑名單識(shí)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(yàn)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(xiàn)和處理。通過(guò)在關(guān)鍵卡口處架設(shè)動(dòng)態(tài)黑名單識(shí)別系統(tǒng)，布控黑名單人員，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(shí)別技術(shù)的智慧校園建設(shè)方案所涵蓋的業(yè)務(wù)內(nèi)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(yàn)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(biāo)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(shí)別自助注冊(cè)開(kāi)始，刷臉出入宿舍，上課刷臉簽到，考試人證核驗(yàn)，刷臉進(jìn)出圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)室，刷臉消費(fèi)等，將分散的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)人臉打通，將所有行為數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，進(jìn)行學(xué)生軌跡分析、行為危險(xiǎn)預(yù)警、以圖找人等，構(gòu)建智慧學(xué)生管理平臺(tái)。
2.1.2 實(shí)驗(yàn)室管理
通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行考勤、重點(diǎn)區(qū)域門(mén)禁通行控制、重點(diǎn)設(shè)備使用授權(quán)控制等，解決現(xiàn)有痛點(diǎn)，并基于人臉數(shù)據(jù)打通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的底庫(kù)管理和業(yè)務(wù)場(chǎng)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(jí)和補(bǔ)充，采用人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行訪客管理、黑白名單和陌生人識(shí)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(xiàn)和防范風(fēng)險(xiǎn)；陌生人識(shí)別可作為白名單識(shí)別的有效補(bǔ)充，確保重點(diǎn)區(qū)域的訪問(wèn)人員合規(guī)。
2.2 整體技術(shù)架構(gòu)
2.2.1 應(yīng)用架構(gòu)
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(guī)性上明確“你是不是你”；
1:N是在N張底庫(kù)中，識(shí)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(jù)比對(duì)照片來(lái)源的不同，分為靜態(tài)1：N（照片和底庫(kù)比）、動(dòng)態(tài)1：N（視頻流和照片比）兩種方式。
學(xué)校應(yīng)從頂層設(shè)計(jì)觸發(fā)，構(gòu)建應(yīng)用于全校的人臉識(shí)別統(tǒng)一平臺(tái)，進(jìn)行統(tǒng)一的底庫(kù)、設(shè)備和識(shí)別結(jié)果管理，便于數(shù)據(jù)收集、分析和應(yīng)用，夯實(shí)基礎(chǔ)，大力推進(jìn)智慧校園建設(shè)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)分為4層。
最底層是前端設(shè)備層，根據(jù)不同的識(shí)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(shí)別的閘機(jī)系統(tǒng)，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：
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形態(tài)
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特點(diǎn)
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應(yīng)用場(chǎng)景
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高清人臉槍機(jī)
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實(shí)時(shí)視頻流處理，速度快
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電磁門(mén)門(mén)禁，黑名單布控，陌生人提醒
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高清人臉半球機(jī)
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與閘機(jī)結(jié)合度好
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閘機(jī)門(mén)禁，陌生人提醒
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門(mén)禁控制器
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識(shí)別后通知門(mén)禁系統(tǒng)開(kāi)門(mén)
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閘機(jī)，電磁門(mén)通行
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人證核驗(yàn)設(shè)備
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人、卡是否一致校驗(yàn)
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考試人證校驗(yàn)、自助設(shè)備身份校驗(yàn)
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前端面板機(jī)
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前端抓拍+后端識(shí)別
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實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁、會(huì)議室門(mén)禁、教室考勤場(chǎng)景
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移動(dòng)設(shè)備
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基于移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別和展示
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移動(dòng)考勤、結(jié)果展示
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結(jié)果展示設(shè)備
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識(shí)別結(jié)果顯示
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考勤彈窗顯示、識(shí)別結(jié)果展示
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識(shí)別層根據(jù)識(shí)別模式區(qū)分，主要包括：
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識(shí)別模式
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部署形態(tài)
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應(yīng)用場(chǎng)景
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1:1識(shí)別
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識(shí)別服務(wù)器由學(xué)校集中部署，前端為抓拍一體機(jī)
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人證核驗(yàn)場(chǎng)景，自助設(shè)備場(chǎng)景
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靜態(tài)1:N 識(shí)別
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識(shí)別服務(wù)器由學(xué)校集中部署，前端為pad或者抓拍機(jī)
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考勤場(chǎng)景，pad門(mén)禁場(chǎng)景
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動(dòng)態(tài)1:N識(shí)別
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識(shí)別服務(wù)器靠近攝像頭處，直接處理視頻流。識(shí)別結(jié)果匯聚統(tǒng)一管理
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閘機(jī)門(mén)禁識(shí)別，槍機(jī)門(mén)禁識(shí)別
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數(shù)據(jù)層主要包括底庫(kù)數(shù)據(jù)、識(shí)別結(jié)果數(shù)據(jù)。底庫(kù)數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行分組，比如按照宿舍樓、班級(jí)、學(xué)院、上課排班、實(shí)驗(yàn)室等分組，用于確定識(shí)別范圍。識(shí)別結(jié)果統(tǒng)一匯聚管理，便于進(jìn)行學(xué)生行為數(shù)據(jù)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(yīng)用系統(tǒng)，一般與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)某一業(yè)務(wù)功能，如報(bào)表查看、數(shù)據(jù)分析、底庫(kù)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(bào)表查看、陌生人告警等模塊。
2.2.2 物理部署架構(gòu)
根據(jù)應(yīng)用架構(gòu)，物理架構(gòu)示意圖如下：
整套系統(tǒng)運(yùn)行在校園網(wǎng)內(nèi)，需要千兆帶寬以上網(wǎng)絡(luò)；
根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和識(shí)別方式需求，部署不同的設(shè)備形態(tài)。
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典型場(chǎng)景
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前端設(shè)備
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識(shí)別設(shè)備
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識(shí)別設(shè)備部署位置
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宿舍樓通行
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人臉識(shí)別閘機(jī)
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標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)識(shí)別服務(wù)器
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宿舍樓內(nèi)，靠近閘機(jī)部署
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教室考勤
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抓拍考勤機(jī)
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云端1：N識(shí)別服務(wù)
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學(xué)校機(jī)房
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實(shí)驗(yàn)室通行
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人臉識(shí)別相機(jī)
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標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)識(shí)別服務(wù)器
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實(shí)驗(yàn)室弱電間
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Pad門(mén)禁機(jī)
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云端1:N識(shí)別服務(wù)
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學(xué)校機(jī)房
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校園安保
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人臉識(shí)別槍機(jī)
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動(dòng)態(tài)安防識(shí)別服務(wù)器
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學(xué)校機(jī)房
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自助注冊(cè)、考試核驗(yàn)等場(chǎng)景
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人證核驗(yàn)設(shè)備+業(yè)務(wù)設(shè)備
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云端1:1識(shí)別服務(wù)
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學(xué)校機(jī)房
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第三章 宿舍通行管理子系統(tǒng)
本章描述了基于人臉識(shí)別的宿舍通行管理系統(tǒng)的主要功能和架構(gòu)。
3.1 宿舍管理系統(tǒng)概述
人臉識(shí)別技術(shù)作為目前最成熟的生物識(shí)別技術(shù)之一，通過(guò)自有的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，極大提高人臉識(shí)別的精準(zhǔn)度。
智能校園解決方案基于人臉識(shí)別技術(shù)，有效解決原有系統(tǒng)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(tǒng)利用人臉識(shí)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(tǒng)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生在寢時(shí)間、離寢時(shí)間、晚歸次數(shù)等各種狀況，并將報(bào)表推送給公寓管理中心、學(xué)生公寓、學(xué)生的輔導(dǎo)員教師進(jìn)行相應(yīng)處置，避免了每次大規(guī)模查寢所耗費(fèi)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(shì)：
人臉識(shí)別閘機(jī)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(quán)合一，實(shí)現(xiàn)通行信息的精確記錄，從而使通行信息的統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)功能不再形同虛設(shè)；
3.2 解決方案
3.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
3.2.2 設(shè)計(jì)思路
校園智能化管理服務(wù)平臺(tái)解決方案為解決校園宿舍管理實(shí)時(shí)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(xué)校的實(shí)際情況及其特殊性，我們認(rèn)為智能化管理服務(wù)平臺(tái)建設(shè)要本著先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、成熟性、開(kāi)放性、和可擴(kuò)充性的原則；系統(tǒng)可靠、技術(shù)成熟、功能實(shí)用、方案先進(jìn)、保密性強(qiáng)、思路創(chuàng)新；為學(xué)校建成能夠代表當(dāng)今先進(jìn)水平的管理服務(wù)平臺(tái)。
3.2.3 總體架構(gòu)
3.2.4系統(tǒng)特點(diǎn)
采用集中管理的建設(shè)思路，將項(xiàng)目中多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行融合，形成一套基于人臉識(shí)別技術(shù)數(shù)據(jù)融匯共享的綜合性管理平臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)“一體化、智能化”管理，加強(qiáng)綜合體內(nèi)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(yuǎn)影響，改變了人們?cè)S多的溝通交流方式，與此同時(shí)也將各領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交互技術(shù)引向了一個(gè)新的領(lǐng)域。本系統(tǒng)的建設(shè)充分的利用了現(xiàn)階段高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，各子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，讓各單獨(dú)的子系統(tǒng)組合成為一個(gè)有機(jī)的整體，為未來(lái)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供底層基礎(chǔ)。
