人脸识别技术在清华大学教学管理中的应用

宣华 钟文锋 陈卫

摘 要：人脸识别技术在高校信息化中的应用，不仅仅是技术上的创新和突破，更是教育信息化建设思路的突破与创新。2015年清华大学在高校信息化建设中首次引入人脸识别技术，通过识别系统和智能设备，实现了学生自行注册、自行办理火车票优惠卡充值、自行打印成绩单、自行办理在读证明等各项业务。经过四个学期的实际应用，成效显著，“刷脸”已成为智慧校园建设中不可缺少的智慧亮点。

关键词：人脸识别；自助设备；用户体验；教育信息化

中图分类号：G647 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2018）11-0077-04

教育信息化在发展过程中已将社交化、个性化、开放化、智能化等特点较为清晰地呈现出来，智慧校园替代数字校园成为当前教育信息化发展的主要趋势。通过智慧校园平台，形成教师、学生、教学资源、教学方法和教学管理为一体的智慧型校园生态圈，为校园提供透明化的管理、智能化的教学、跨时空的教研、探究式的学习和多元化的沟通，从而实现拓宽校园的时间和空间维度、扩展传统校园的业务功能、提高传统校园的运行效率，实现基于数字环境的应用体系，使人们能够快速、准确地获取校园中人、财、物和学、研、管业务过程中的信息，推动学校进行制度创新、管理创新，最终实现教育信息化、决策科学化和管理规范化。[1]

2015年清华大学在高校信息化建设中首次引入人脸识别技术，借助科技进步，不断提高教学服务水平和教学管理质量。人脸识别俗称“刷脸”，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。人脸识别技术作为人工智能大脑的“眼睛”，近年来得到了快速发展。人脸识别技术的基本原理是用摄像机或攝像头采集含有人脸的图像或视频流，并提取人脸图像的特征数据与数据库中存储的特征模板进行搜索匹配，通过设定一个阈值，当相似度超过这一阈值，则把匹配得到的结果输出。采用神经网络深度学习的方法，使得系统的人脸识别率与人类眼睛的识别率非常接近，甚至超过人眼识别率。[2]

人脸识别技术在高校信息化中的应用，不仅仅是技术上的创新和突破，更是教育信息化建设思路的突破与创新。通过人脸识别系统和智能设备，清华大学实现了学生自行注册、自行办理火车票优惠卡充值、自行打印成绩单、自行办理在读证明等各项业务。经过四个学期的实际应用，成效显著，“刷脸”已成为智慧校园建设中不可缺少的智慧亮点。

一、“刷脸+身份认证”，实现“实名实证实人”合一

数字校园的身份认证已经形成了线上用户名/密码，到线下刷校园一卡通的较为完善的身份认证体系。但在智慧校园阶段，随着信息化从网络空间向物理空间的延伸，越来越多的校园服务开始要进入线上信息处理和线下服务提供的融合阶段，并通过多种智能设备进行服务的送达，这使传统读取一卡通，并输入用户/密码的认证已经不能满足智慧校园建设的需求。

而基于人脸识别的身份方式随着人脸识别成功率的提升，则日趋成为智慧校园身份认证的最佳选择。通过高清摄像头现场采集人脸信息并与数据库中的学生照片进行对比，实现真人验证和人证的一致性验证，从而准确、快速地识别身份，摆脱了传统的人工审核带来的人力和时间的浪费。其特点之一是便捷性：用户不需要再输入繁琐的用户名密码，也不需要专门配合人脸采集设备，几乎可以在无意识的状态下就完成认证环节，大大提高了认证便捷性；特点之二是非接触性：用户不需要和设备直接接触就能够完成认证环节；特点之三是符合“以貌识人”的特性，以及操作简单、结果直观、隐蔽性好等特点。

在清华大学教学楼的公共区，设置了多台支持人脸识别认证的教学管理自助设备。学生们只要将IC卡学生证放到读卡机上刷一下，自助设备就会自动读取学生的学籍信息，并通过摄像头抓取学生脸部图像与学生证信息进行人证合一比对，整个过程持续2-5秒。为了保证效率，一旦人脸识别失败，可以立即转为输入密码登录系统，但抓取的学生脸部图像已经存入数据库便于后期查询处理。以往通过人工核查学生和学生证是否为同一人，但人眼识别无法确保持证人是学生本人，个别学生正是利用这一点由他人代行注册。自启用带有人脸识别的自助设备之后，同学们感慨地说：“进入‘刷脸时代了，想要同学代注册完全不可能了！”学生注册等管理环节的准确性得到了有效提高。

二、“刷脸+自助设备”，良好的用户体验

智慧校园的建设理念是“以服务为核心、以管理为支撑”，能够完成科学决策、管路逻辑、信息交换、资源组织、智能感知等工作。实质上是对“以人为本”的理念的继承与发展创新：通过与高校校园活动进行“深度融合”，瞄准师生用户的需求，倾听师生用户的声音，使用具有简单、便捷、极致体验感的新平台，追求“用户体验为王”，提供更多的好用的、易用的、以用户至上的产品，提供良好的用户体验。

清华大学自启用24小时服务的“刷脸+自助设备”后，学生可在足够长的时间内自己完成注册、火车票优惠次数充值、打印成绩单、打印在读证明等一系列手续，告别了排队等候，打破了指定时间办理指定事务的限制，原来需要跑多个地点才能办完的事情，一台终端设备就搞定了，大幅度提高了办事效率，明显提升了用户体验。如图1所示。

1.刷脸+注册

在传统注册流程中，学生需到注册中心服务大厅现场办理注册手续，工作人员先要见到学生本人后获取姓名，并与系统中的姓名、照片进行校对，然后完成刷卡、粘贴注册标签、签署注册日期等操作。而通过自助设备，不仅实现了人证合一、刷卡注册有效期等操作，还实现了交费代扣的判断、返校时间的判断、院系请假的审核等必要环节，如图2所示。同时增加了带有学校名称、学生名称和注册日期的动态二维码下载功能，很好地取代了静态注册标签和人工签署的注册日期，注册效率得以极大的提升。不但减轻了注册中心和各院系的运行压力，而且增加了学生注册的时间空间及灵活自主性，受到全校师生的普遍欢迎。

2.刷脸+火车票充值

按照国家有关规定，家庭住址与学校不在同一地点而且没有工资收入的高校学生，可凭其学生证购买半价优惠火车票，同时采用“学生购票优惠卡”对学生证进行有效识别和管理。学生购票优惠卡采用电子标签技术制作，它是将集成电路芯片、发射天线、振荡电容封装在易损材料（纸）上而形成，其中写入了学生姓名、身份证号码、乘车区间、入学日期、优惠次数等五项内容。教育部和铁道部规定：“火车票学生优惠卡”每充值一次，能够购票四次，即每年可享受四次火车票优惠，购票四次之后，学生需持优惠卡到学校有关部门再次充值。以往学生每年一次到注册中心服务大厅，由工作人员核对学生身份信息后，手工进行火车票优惠卡的充值操作，效率较低。现在，在带有人脸识别的自助机上，学生可在全年的任何时间内，自行完成火车票优惠卡的次数查询和充值操作，减少了学生的跑腿次数，丰富了学生的用户体验。

3.刷脸+打印成绩单

清华大学在自助系统的软件层面，建成了一个底层的开放平台，驱动智能终端中的各类设备，如打印机、IC卡、摄像头等。在平台之上，整合与承载学校所有面向师生用户的服务办理过程，逐步将大量线下的服务场景迁移到自助智能终端上，实现线上办理和线下服务的有机结合。在自助成绩单的办理流程中，提前完成线上的院系审核，同时融进一卡通的收费功能，学生即可通过任何一个自助终端实现成绩单的官方打印，方便学生随时办理中英文各类成绩单。如图3所示。

4.刷脸+补办IC卡学生证

IC卡学生证具有“校园一卡通”的功能和用途，主要体现在校园消费和管理方面。在消费方面，可直接支付校内的各种费用，如食堂就餐、商店购物等等；在管理方面，可用于身份识别、图书借阅、门禁出入、医疗信息等等。因此，校园卡既可以作为现代化的电子支付工具，又可以作为校内个人身份的证明。但学生如果不小心丢失了IC卡学生证，又是在非工作时间无法及时补办，后果则可想而知：学生可能会吃不上饭（餐卡）進不了门（门禁）。此时，通过刷脸自助补办IC卡学生证是一个安全可靠、方便快捷的选择。

此外，在不断扩展服务场景的过程中，智能终端也集成了多种支付手段，例如支付宝、微信等。跟我们在机场等消费场所看到的一样，刷下二维码就可以完成支付过程。所以，学生不再为丢失IC卡学生证而尴尬。及时自助补办功能提供了良好的用户体验。

三、“刷脸+多方配合”，智慧校园的智慧亮点

1.高新技术与顶层设计的配合与创新

智慧校园建设的最终目的是开放教育生态，利用新兴信息技术，实现创新性教学与人才培养。在智慧校园的建设过程中，信息技术既作为一种手段服务于现代教育教学和教育管理，同时又助推着教学模式的变革，信息技术可以说是高校实现创新性教学、实现个性化人才培养的重要支撑。

智慧校园建设是一盘棋，需要加强顶层设计，进行校级的统筹协调。需要全校各单位、各部门高度协同，需要跨部门、跨层级的业务流程优化和整合，追求智慧化和智能化，追求用户的极佳体验感。

目前，人脸识别系统无疑是最新颖、安全稳定、成熟可靠，同时又具有良好用户体验感的身份识别技术。2016年3月16日，在德国汉诺威IT博览会上，马云在发表完主旨演讲后，当场刷自己的脸给嘉宾购买了礼物，整个过程都在大屏幕上显示。“外星人”马云刷脸支付，瞬间成为开幕式亮点。不少观众在社交媒体上激动地讨论这一刻，有网友说“刷脸的时代真的到了！”未来的高校构建以人脸识别为唯一标识的实名制认证平台，能够解决以往校内服务中跨层级、跨行业、跨部门的繁琐业务流程、重复身份认证及信任链条证明等诸多问题。例如，通过人脸识别登录图书馆管理系统，实现图书借阅、浏览等功能；通过人脸识别技术，代替餐厅的手工刷卡消费；通过人脸识别技术，解决IC卡丢失而进不去宿舍门的问题等等，如图4所示。

2.管理与技术的配合与创新

管理与技术的紧密配合是构建智慧校园的基本保证，将管理信息化和教育信息化进行融合，确立全新的治理体系和技术架构，是深化高等教育改革发展的一个重要举措。清华大学在研发以人脸识别为核心的教务自助设备中，教学管理部门和信息化技术部门紧密配合、团结协作、锐意创新，共同设计线上线下融合的服务模式，在学校现有的教务系统中进行改造扩展，实现自助注册等一系列教务管理的自助功能。首先通过管理人员提出详细需求，再经管理人员和技术支持人员联合组织进行系统分析和系统设计，然后由技术支持人员确定技术方案、进行系统开发、完成系统测试、培训管理人员、移交管理部门并负责维护系统的正常运行。由于管理和技术方面的种种原因，管理人员往往缺乏对信息逻辑关系的认识，而技术人员又往往缺乏对管理需求的深刻理解。因此研发过程不是在一个简单的“开环”状态下进行，而是在一个循序渐进的“闭环”状态下完成的。这就要求管理人员和技术支持人员经常保持沟通，相互理解，相互尊重，相互支持，团结一致，最终达到预期的管理目标。

3.软件与硬件的配合与创新

目前的校园内常用的智能终端一般都是专用终端，例如一卡通圈存设备、自主打印设备、自主交费设备等，每类终端往往只能处理特定的业务，存在硬件集成度低，通用性差等缺陷。清华大学自主设计的终端设备是一个通用的自主设备平台，实现了统一的终端硬件和软件，并与管理理念相结合，形成线下线上融合的服务模式。在硬件层面，协调人脸识别公司、自助机公司、校园卡公司、火车票刷卡机供应商等厂家，形成了一个通用、可拓展的自主设备硬件平台；在软件层面，建成一个能够驱动各类智能终端设备的底层开放平台，为未来新设备的接入奠定了基础；在软硬件平台之上，整合与梳理面向师生用户的服务流程，设计线上线下的融合场景，进行相关系统的改造扩建，实现了自助注册等相关流程的优化，并为后续新出现的服务项目预留了接入接口，从而有效提升了用户体验，大大降低了管理成本。

四、结束语

智慧校园建设是一个广泛而深刻的命题，在当前高校中受到广泛关注。然而教育实现信息化并不是一蹴而就的，需要一个漫长的发展过程，并且在这个过程中，遵循着一定的规律及路径，阶段性是其主要特征。在计算机技术、网络技术和人工智能技术日新月异的今天，高速发展的人脸识别技术将会有更广阔的舞台来展现其价值。也许就在明天，人脸将成为我们电子生活中的重要名片和标签。人脸识别技术将体现在我们生活的方方面面，改变我们的生活方式。

参考文献：

[1]蒋东兴，吴海燕，袁芳，付小龙.校智慧校园成熟度模型与评价指标体系研究[J].郑州大学学报（工学版），2017， 38（2）：1-4.

[2]杨赛，赵春霞，刘凡，陈峰.一种基于多种特征融合的人脸识别算法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2017， 29（9）：1-4.

（编辑：王晓明）