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電子論文

考生身份驗證系統在教育考試中的應用

時間:2019年06月18日 所屬分類:電子論文 點擊次數:

【摘要】考生身份驗證是國家教育考試管理部門對標準化考試考點工作的基本要求,也是構建考生誠信檔案、社會誠信檔案的重要信息來源。采用先進的人臉生物識別技術與互聯網技術,建設考生身份驗證系統,有望大大提高教育考試中考生身份驗證環節的速度和準確性

  【摘要】考生身份驗證是國家教育考試管理部門對標準化考試考點工作的基本要求,也是構建考生誠信檔案、社會誠信檔案的重要信息來源。采用先進的人臉生物識別技術與互聯網技術,建設考生身份驗證系統,有望大大提高教育考試中考生身份驗證環節的速度和準確性,在一定程度上減少作弊,凈化考場環境,從而提高考試管理水平與服務能力,在技術上為考試的公平公正保駕護航。

  【關鍵詞】人臉識別,教育考試,身份驗證

山西電子技術

  一、人臉識別技術的發展現狀及其應用于考試的意義

  隨著我國信息化社會的不斷發展和互聯網應用的普及,人臉識別技術被廣泛應用于多個領域。比如,智能交通領域,中國超過30個城市的100多條地鐵和高鐵線路都有應用人臉識別技術,南方航空更是上線了國內首個人臉識別智能登機系統。基于人工智能前沿探索,有些公司還應用智能視頻/語音、生物特征識別、智能人機交互等先進技術,在智能金融、智慧政務、智能安全等領域成功運用人臉識別技術。

  目前,數字視頻監控已經遍布全國,據統計,我國有1.76億個監控攝像頭,由公安部門控制的超過2000萬個。這2000萬個攝像頭處在一個被稱為“天網工程”的政府監控系統中,具有特定的人臉識別、大規模人群監控等功能。BBC制作了一段視頻節目,展示數字視頻監控系統如何工作:貴州貴陽警方用手機拍攝了一張JohnSudworth的證件照片,將他的身份加入了監控系統,隨后,Sudworth開始“潛逃”,他在市中心隨便走了一段路,然后前往車站,在進入車站大廳后,監控攝像發現了他,他的大幅照片被以紅色底色顯示在了控制中心的屏幕上,車站派出所立刻出動了6名警察將他圍在了中間。

  視頻里,生產監控設備的杭州大華科技表示,他們的監控攝像頭產品可以直接識別人臉并且對應身份證號,能從過去的錄像里追蹤過去一周此人出現過的路徑、時間,能把人和使用過的交通工具進行匹配,甚至,還能把監控對象最近接觸密切的人直接挑出來追蹤。與目前公安系統先進的設備和技術相比,考生的身份驗證技術和考試的監控技術就顯得不太成熟了。

  考生身份驗證是國家教育考試管理部門對標準化考試考點工作的基本要求,也是構建考生誠信檔案、社會誠信檔案的重要信息來源。在以往考生進場身份驗證環節,監考老師通常根據考場名冊上的照片,對考生本人及其身份證信息進行人工比對。鑒于人工比對的局限性,監考老師有時不能立即做出準確判斷,于是,屢有考生鋌而走險,尋找“搶手”替考。

  隨著互聯網技術的快速發展,有個別考點采用了電子讀卡器實現身份證信息的電子化讀取與防偽驗證,但這種驗證僅局限在考生報名階段使用,考生入考場的身份核驗仍需監考老師人工判斷。考生身份核對結束后,監考老師要手工登記核對情況,并經由考點辦公室統一匯總上報。這些考務工作十分冗雜,責任重大,存在誤判與導致作弊事故風險的可能,且還存在缺失信息化管理、無記錄、不可追溯、無大數據積累與價值挖掘等問題。由此可見,開發一套人臉識別系統服務于考生身份驗證迫在眉睫。

  二、考生身份驗證系統中的人臉識別系統架構

  1.考生身份驗證系統中的人臉識別系統

  考生身份驗證系統是利用成熟的互聯網技術與先進的生物識別技術,結合教育考試實際應用場景專門設計的一款考生身份信息認證及信息管理的應用系統。人臉識別的原理是人臉與照片(包括身份證照片)進行比對,不需要額外采集其他信息,可適用于所有類型的考試,識別速度快,識別率高。人證核驗終端應集身份證識別、指紋識別、人臉識別于一體,設備小巧,操作簡便,并具有完善的統計功能,可根據采集的考生信息,自動完成各類數據的統計。在考生進入考點之前,考生身份驗證系統應設定該終端對應的考點信息,考生持個人身份證進行身份驗證。

  那么,“人臉識別”技術是怎么實現在考生入場前的身份核驗的?身份認證時,考生在核驗終端前站立,臉部面對核驗終端攝像頭,將身份證放置于核驗終端身份證信息讀取區,實時視頻人臉信息采集,讀取身份證信息。采用身份證芯片照片專用低清人臉識別算法,對身份證芯片人臉照片與現場人臉照片進行1:1驗證,單張比對通過時間小于1秒鐘。

  2.人臉識別系統核驗流程

  第一步:考生信息核驗獲取考生身份證信息后,系統首先在數據庫中查找該考生的考試信息,若無該考生信息,系統提示“無該考生信息,請核對!”;若查找到該考生信息,則進入第二步“考點核對”。此步驟保證無關人員不能進入考場。第二步:考點核對系統獲取考生考試信息后,將該考生考試信息中的考點信息與終端事前設置的考點信息進行比對,若不一致,提示“考點錯誤”;若考點信息一致則允許考生進入,此步驟解決考生走錯考點的問題,便于考生能夠及時參加考試。第三步:身份核驗獲取考生考試信息后也就獲取了該考生報名時的照片信息。此時,核驗系統將考生報名照片、現場人臉照片、身份證照片三者之間進行比對。若比對通過,顯示“完成驗證,請進入考場”;不通過時,則提示“人臉匹配度低,請刷指紋核驗”或者“人臉匹配度低,請監考老師人工核驗并確認結果”。

  此步驟不僅解決了考生身份驗證問題,避免替考,同時也對考務工作人員人工干預的核驗進行電子化記錄。所有考生核驗記錄有數據可追溯。考點考生身份驗證與管理系統是針對考點的一個后臺管理程序,它的設計理念是集中管理、分級授權、實時監控、遠程指揮、自動報表。系統安裝于考點考務辦公室,設有專用服務器,并加密網絡傳輸,用戶可遠程查看考點入口身份驗證實時記錄、考場入口身份驗證實時記錄、排隊滯留情況、異常情況處理、入場時間提醒、到考詳情統計、缺考情況提醒、自動報表生成與上傳、驗證終端異常,等等,是考點考務管理的得力助手。

  3.系統架構

  考生身份驗證與管理系統整體架構的設計不局限于市級轄區內考點的考生身份驗證,而是依據國家現行的教育考試管理結構,放眼全局,上至國家級、省級考試信息管理,下至每個考點、每個考場、每個考生的全身份信息管理。

  (1)系統管理層級

  系統的“五級管理”結構,分別為:省級考生身份驗證管理平臺、市級考生身份驗證管理平臺、區/縣級考生身份驗證管理系統、考點考生身份驗證管理系統。其中,市級、區/縣級驗證中心統一部署一套具有較強數據權限安全、分布式集群、性能穩定的大型身份驗證管理平臺,避免從考場到市級上報轉發的時間過長,提升數據的及時性。校級考生身份驗證管理系統,用于直接實時管理各線下驗證終端設備,用于數據收集、分析處理、緩存分流。

  (2)網絡部署架構

  在網絡部署上,基于網絡傳輸的保密性、安全性考慮,考生身份驗證與管理系統將采用敏感信息加密傳輸與專業防火墻處理技術,并在各級考點建立專用服務器,服務器具有收取上級考試信息與集中上傳標準版考點考生身份驗證數據報表權限,各級服務器均具有防篡改功能,以防作弊。一般來說,考點配置1臺專業服務器,區級、縣級、市級部署2臺高性能專業服務器,省級建議部署4臺專業中央服務器,建立專業數據庫,并可做數據集群。

  (3)信息數據庫架構

  考生身份驗證與管理系統以市為單位建立考生身份識別信息檔案庫,覆蓋從考生報名、報名身份核驗、圖像指紋信息采集、異常考生身份庫、到考身份核驗、到考統計、疑似替考考生庫等全流程考生身份識別和信息檔案建立。系統在技術架構的設計上非常靈活,支持Windows、Linux,以及各類主流數據庫,采用多種服務引擎,便于快速進行二次開發,并能做好客戶化設計。

  三、應用研究:考點考生身份驗證系統的實測探索

  1.基于2017年全國成人高考的實驗案例

  基于整體的架構設計,長沙市教育考試院用了6個月的時間,與各相關人臉識別公司組成專項研究開發小組,不斷研討最適宜的核驗模式,對系統設計開發進行了持續得更合理、更便捷、更安全的核驗流程優化。

  第一次試點選擇的是2017年9月28日全國成人高等學校招生統一考試。作為人臉識別技術在考試中的首次應用,長沙市教育考試院非常慎重,因為系統實測結果既要有代表性,又要保證正常的考試秩序不受其干擾,最終,決定在三個考場門口采用臨時布放、離線核驗的形式進行考生入場身份核驗。在進行了指定考場的兩場不同時段考試之后,根據終端設備的核驗記錄,項目組統計出參與本次試點的三個考場在兩場考試中實際參考人數與缺考人數,該系統達到了電子統計效果,減免了該考場監考老師的人工記錄工作,實現了無紙化、電子化管理。

  上午的語文考試,從8點30分準時開始“刷臉”進入考場,到9點00分截止,一共有77人刷證,其中,74人自動識別入場,人工識別入場3人。本場考試自動識別率96%,能保證考生順利、及時進入考場參加考試。生物識別技術與考務人員配合,成功發現替考人員一名。入場之前對考生身份進行核驗,在一定程度上避免了考試作弊事故的發生。可以說,考生身份驗證與管理系統的首秀成績令項目組與運通公司都非常振奮。

  但是,下午場的考試還是出現了一些問題。下午舉行的是數學考試,從14點00分開始“刷臉”進入考場,到14點30分截止,一共有80人刷證,其中,76人自動識別入場,人工識別入場4人。本場考試的自動識別率為95%,比上午場降低了一個百分點,雖然并未造成考生入場時間的延誤,但是也引起了項目組與運通工程師的高度重視。項目組調取設備日志,通過研究刷卡次數與拍照記錄,最終發現光線條件對人臉識別設備使用效果有較大影響。

  緊鑼密鼓的方案整改之后,第二次的核驗測試安排在2017年12月23日舉辦的全國碩士研究生入學考試,試點仍在湖南省長沙市長郡雙語實驗中學,但是核驗位置從個別考場入口改為考點大門入口,從針對單一考場30名考生的身份驗證升級為對本考點64個考場共計1920名考生身份的集中核驗。12月23日清晨,一場突如其來的小雨,對系統的設置和運行開啟了新的考驗。7點30分整,考點大門開啟,考生陸續通過人證核驗進入考場。根據考點驗證管理系統統計顯示,本次上午場與下午場的兩場考試人證核驗情況差異較大。上午場的自動識別率為69%,明顯低于下午場93%的自動識別率。

  五、系統應用的前景展望

  長沙市教育考試院本次的課題研究不僅僅局限于轄區內考點的考生身份驗證,而是從設計理念上依據國家現行的教育考試五級管理結構原則,堅持全局統籌理念,系統地設計了上至省級考試信息管理,下至每個考點、每個考場、每個考生的全身份信息管理;涵蓋了從考試報名到考試進行,甚至到考試成績查詢的全流程環節;還把涉及考試的考務、考生全部納入驗證與管理,實現了全方位防作弊考試管理。可以說,考生身份驗證的課題研究,具有深遠的教育考試系統拓展性。

  同時,項目組也希望把先進的人臉識別技術,通過研究拓展為人證核驗閘機、桌面核驗終端、人證核驗與信息管理平板等終端展現形式,將其應用到校園安防管理、教學管理、業務管理等各個層面,讓人臉識別系統也成為教育系統的一種常態化管理手段。

  1.基于底層系統應用,建立完善的教育考試

  誠信信息數據庫教育部明確指出,各省級招生考試機構負責采集、確認本地區考生的考試誠信記錄信息,并建立相應的考試誠信信息檔案庫。建立考試誠信信息檔案的主旨不僅體現在依法規范國家級考試的秩序,同時,還可以為維護廣大考生的合法權益提供有力的法律保障和司法救濟,是保障考試這種人才選拔機制堅守“平等競爭”的靈魂,是“公平、公開、公正”的權威凸顯。考試身份信息檔案庫的數據來源于本地區考點考生身份驗證系統。

  按照現行“五級管理”結構,逐級按“考點考試身份檔案—區/縣考試身份檔案—市級考試身份檔案—省級考試身份檔案”匯總完善,如有需要,甚至可接入國家級誠信檔案,為建立誠信社會體系提供數據支撐。考試身份信息檔案庫的數據對象為所有參與考試的人,主體是考生,亦可拓展到考試參辦單位的工作人員。在本課題研究的實測工作中,項目組已經將值守考生身份核驗終端的考務人員納入必須經過人臉識別、人證合一驗證的名單。防作弊,需要從全方位做工作才能有效避免疏漏。

  考試身份信息檔案庫的數據采集時機可覆蓋教育考試管理工作的全環節。從技術上來說,考試報名、試卷保存、監考進場、考生進考場、考生查分、網報志愿等環節,均可成為身份信息采集的良機,我們有望利用身份信息檔案庫數據為考試管理決策提供數據支撐。

  2.借力考點人證核驗終端,構建校園綜合信息管理

  各相關人臉識別公司人證核驗終端,同時集成了計算機技術、云平臺技術、數據分布技術、大數據處理技術、生物識別技術、觸摸屏手寫技術、數碼攝像技術、網絡技術等,其形態亦可根據實際使用環境靈活部署為人證核驗閘機、桌面核驗終端、人證核驗與信息管理平板等。基于人臉識別的考生身份驗證系統,一般都會設置在校園出入口,或者考場入口,這些地段一直是校園安防最核心的區域。在人臉識別系統應用過程中,項目組可以參照高鐵、機場人臉識別道閘等設計出人員進出驗證通道,作為永久性裝置,固定在相應的關鍵點位。

  (1)對不同人員,如嘉賓、訪客、員工、學生,可分別進行迎賓、簽到、考勤等管理,成為智能迎賓前臺。

  (2)完善的信息發布功能,可發布學校公告、課程信息、視頻系統,成為學校與教育管理單位的信息發布平臺。

  (3)接口完善,可自動獲取對接互聯網上的天氣、日期、新聞、資訊等信息,提供更完善的服務。

  (4)后臺記錄完善,可進行大數據統計分析,也可與其他設備兼容使用。其相應的管理系統可構建大門通行和考勤子系統、宿舍通行和考勤子系統、教室通行和考勤子系統、移動端信息管理、微信信息通知模塊和智能后臺管理系統,等等。通過考點考生身份驗證終端這個載體,學校可以將先進的人臉識別技術更廣泛地應用于日常應用與管理中,提供更為可靠的教學管理,創造更優質的用戶體驗,提高校園信息化水平,提高考生身份驗證系統的應用效益。

  參考文獻:

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  [6]鄭崇微.人臉識別方法綜述[J].山西電子技術,2013(2).

  相關電子刊物推薦:《山西電子技術》以反映電子信息技術領域的研究成果、技術動態,促進學術交流,推動科技成果向社會生產力轉化為宗旨,主要刊登電子信息領域具有創新性的研究、技術應用論文及技術研究進展的綜述。主要讀者對象是從事與電子信息技術研究、應用有關的廣大科技工作者和高等院校師生。

  

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