隨著基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，人臉識別技術(shù)得到長足發(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(yīng)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(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、安保管理等各個業(yè)務(wù)場景引入人臉識別技術(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，比較成熟的人臉識別應(yīng)用場景和解決方案進(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，對學(xué)校的安全管理將起到強(qiáng)大的助推作用。近年來高校宿舍安全問題頻發(fā)，特別是校區(qū)相對偏遠(yuǎn)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一斑。
歸納起來主要有以下幾種情況：外來人員未經(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)致未能及時采取相應(yīng)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小時遇害的新聞，讓社會再度把目光聚焦在校園安全問題上。
在高校宿舍管理上的問題，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，同時由于各種人為因素的影響并不能夠有效解決上述問題。 也有一些學(xué)校嘗試購買安裝一卡通刷卡門禁、指紋門禁系統(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，也使得這些高價買入的門禁設(shè)備形同虛設(shè)。而使用人臉識別技術(shù)的智能門禁管理系統(tǒng)，則可有效解決以上問題。
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，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 考場人證核驗(yàn)需求
學(xué)校會組織自主招生考試、四六級、考研等眾多考試，最重要的工作就是確保考試過程的公平公正。采用基于人臉識別的人證合一校驗(yàn)系統(tǒng)，可簡便、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，提高身份識別率，建立公平公正的考場環(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
目前在開學(xué)注冊、火車票優(yōu)惠卡充值查詢、打印成績單等，普遍采用人工方式進(jìn)行，耗時耗力，效率不高。以開學(xué)注冊為例，某大學(xué)共3萬學(xué)生，每到新學(xué)期開學(xué)前，
學(xué)生都需要前往注冊中心完成注冊報到手續(xù)。在短短集中的3天時間里，注冊中心的老師們需要完成全校3萬多名本科生、研究生的手工注冊工作，存在時間短、工作量大、學(xué)生多、場地小、易長時間排隊(duì)等問題。類似的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，在引入基于人臉識別的人證核驗(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
通過宿舍通行、上課考勤、圖書館通行、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)潛在問題，提前介入干預(yù)。比如通過大數(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。通過配合式、非配合式的刷卡和人臉識別設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，可有效補(bǔ)充刷卡數(shù)據(jù)， 對學(xué)生日常行為進(jìn)行精確畫像，更有效的發(fā)現(xiàn)分析和發(fā)現(xiàn)問題，針對可能出現(xiàn)的風(fēng)險進(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，來規(guī)范日常的教學(xué)和科研活動。現(xiàn)在普遍采用刷卡方式，但是不能解決替刷現(xiàn)象。引入基于人臉識別的生物識別技術(shù)可有效解決替刷問題。
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)的刷卡門禁方式存在冒用他人刷卡、外部人員尾隨進(jìn)入等，無法實(shí)時發(fā)現(xiàn)核規(guī)避風(fēng)險。而采用人臉識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)，可解決丟卡、冒用卡片帶來的風(fēng)險，及時阻止未授權(quán)人員進(jìn)入科研場所；可將人臉識別的陌生人告警、黑名單告警功能和保衛(wèi)部門聯(lián)動，可有效發(fā)現(xiàn)并阻止未授權(quán)人員和可疑人員的活動，提升安全水平。
1.2.3 實(shí)驗(yàn)資源使用授權(quán)管理
對于重要儀器設(shè)備、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)場所的使用，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)際場景中經(jīng)常出現(xiàn)注冊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傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控和門禁控制系統(tǒng)的不足提出的，且可使用人臉識別技術(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、宿舍、體育場館等。目前普遍采用校園卡的方式進(jìn)出，但無法解決忘帶卡、冒用卡等方式帶來的管理問題。采用基于人臉識別的通行管理系統(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。
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，通過人臉識別系統(tǒng)對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。
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(yàn)室、體育場等。而且盜竊者經(jīng)常是慣犯、流竄犯，學(xué)校安保部門和公安部門往往掌握了犯罪嫌疑人的相關(guān)資料，卻無法及時發(fā)現(xiàn)和處理。通過在關(guān)鍵卡口處架設(shè)動態(tài)黑名單識別系統(tǒng)，布控黑名單人員，可及時發(fā)現(xiàn)黑名單人員的行蹤，便于及時阻止和抓捕。
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(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)，將管理活動分為學(xué)生管理、實(shí)驗(yàn)室管理和安保管理三個維度。
2.1.1 學(xué)生管理
學(xué)生管理活動中，用人臉作為標(biāo)簽，打通學(xué)生在學(xué)校的所有活動場景。學(xué)生從使用人臉識別自助注冊開始，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)通過人臉打通，將所有行為數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)分析平臺，進(jìn)行學(xué)生軌跡分析、行為危險預(yù)警、以圖找人等，構(gòu)建智慧學(xué)生管理平臺。
2.1.2 實(shí)驗(yàn)室管理
通過人臉識別技術(shù)進(jìn)行考勤、重點(diǎn)區(qū)域門禁通行控制、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)一的底庫管理和業(yè)務(wù)場景使用。
2.1.3 安保管理
作為傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的有效升級和補(bǔ)充，采用人臉識別技術(shù)進(jìn)行訪客管理、黑白名單和陌生人識別。白名單用于門禁通行，如學(xué)校、宿舍門口的通行等；黑名單用于重點(diǎn)人員布控，可及時發(fā)現(xiàn)和防范風(fēng)險；陌生人識別可作為白名單識別的有效補(bǔ)充，確保重點(diǎn)區(qū)域的訪問人員合規(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題，從合規(guī)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，解決的是“你是誰”的問題。根據(jù)比對照片來源的不同，分為靜態(tài)1：N（照片和底庫比）、動態(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)用于全校的人臉識別統(tǒng)一平臺，進(jìn)行統(tǒng)一的底庫、設(shè)備和識別結(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)
整個系統(tǒng)分為4層。
最底層是前端設(shè)備層，根據(jù)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，需要基于視頻流動態(tài)識別的閘機(jī)系統(tǒng)，比較完善的解決宿舍通行問題等。常見的產(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)用場景
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高清人臉槍機(jī)
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實(shí)時視頻流處理，速度快
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電磁門門禁，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)門禁，陌生人提醒
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門禁控制器
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識別后通知門禁系統(tǒng)開門
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閘機(jī)，電磁門通行
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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+后端識別
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實(shí)驗(yàn)室門禁、會議室門禁、教室考勤場景
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移動設(shè)備
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基于移動設(shè)備的識別和展示
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移動考勤、結(jié)果展示
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結(jié)果展示設(shè)備
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識別結(jié)果顯示
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考勤彈窗顯示、識別結(jié)果展示
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識別層根據(jù)識別模式區(qū)分，主要包括：
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識別模式
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部署形態(tài)
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應(yīng)用場景
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1:1識別
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識別服務(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)場景，自助設(shè)備場景
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靜態(tài)1:N 識別
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識別服務(wù)器由學(xué)校集中部署，前端為pad或者抓拍機(jī)
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考勤場景，pad門禁場景
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動態(tài)1:N識別
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識別服務(wù)器靠近攝像頭處，直接處理視頻流。識別結(jié)果匯聚統(tǒng)一管理
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閘機(jī)門禁識別，槍機(jī)門禁識別
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數(shù)據(jù)層主要包括底庫數(shù)據(jù)、識別結(jié)果數(shù)據(jù)。底庫數(shù)據(jù)根據(jù)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(yàn)室等分組，用于確定識別范圍。識別結(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)層是面向具體場景、由具體用戶使用的業(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，如報表查看、數(shù)據(jù)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(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)用場景和識別方式需求，部署不同的設(shè)備形態(tài)。
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典型場景
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前端設(shè)備
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識別設(shè)備
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識別設(shè)備部署位置
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宿舍樓通行
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人臉識別閘機(jī)
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標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)識別服務(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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人臉識別相機(jī)
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標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)識別服務(wù)器
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實(shí)驗(yàn)室弱電間
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Pad門禁機(jī)
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云端1:N識別服務(wù)
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學(xué)校機(jī)房
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校園安保
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人臉識別槍機(jī)
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動態(tài)安防識別服務(wù)器
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學(xué)校機(jī)房
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自助注冊、考試核驗(yàn)等場景
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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
人臉識別技術(shù)作為目前最成熟的生物識別技術(shù)之一，通過自有的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，極大提高人臉識別的精準(zhǔn)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(tǒng)刷卡、指紋方式問題，形成了高校公寓管理的一整套解決方案。該系統(tǒng)利用人臉識別技術(shù)實(shí)時甄別每個通過閘口進(jìn)入到宿舍樓的人員，同時管理系統(tǒng)實(shí)時統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生在寢時間、離寢時間、晚歸次數(shù)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(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：
人臉識別閘機(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)平臺解決方案為解決校園宿舍管理實(shí)時有效監(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)平臺建設(shè)要本著先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、成熟性、開放性、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。
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)目中多個子系統(tǒng)進(jìn)行融合，形成一套基于人臉識別技術(shù)數(shù)據(jù)融匯共享的綜合性管理平臺，整個系統(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、生活帶來了深遠(yuǎn)影響，改變了人們許多的溝通交流方式，與此同時也將各領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交互技術(shù)引向了一個新的領(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)組合成為一個有機(jī)的整體，為未來的大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供底層基礎(chǔ)。
