基于生物识别技术的船员管理系统设计和应用

□ 吴坤阳

生物识别技术的应用历史悠久，比如“签字画押”中涉及到的“按手印”、“笔迹”等身份认证方式已经有几千年的历史。步入21世纪，由于智能移动终端的不断更新迭代和普及，指纹识别、人脸识别等生物识别技术提供了更加安全便捷的用户体验，被越来越多的用户所适应，逐步成为了传统密码或认证方式的替代，并作为首选登录方式。

船员管理，是指对船员活动实施全方位的跟踪和监管，不仅是对船员的注册、培训、考试、发证以及船员适任能力、任解职监督等方面的跟踪管理，同时也涉及到船员教育培训、服务机构等方面的管理。船员管理的主体是船员，作为一个自然人，首先要做的就是身份的验证识别。只有确定了真身，才能进行有效的管理。在船员管理过程中，引入生物识别技术，将从前的人工参与模式过渡到无感式管理模式，可以大大提高船员管理工作效率。

一、身份识别方式

1.传统身份识别方式

传统身份识别方式主要有两种：一种是通过实物对个体的身份进行识别，如个人的身份证证件（护照）、钥匙或智能卡等；另一种是通过事先商定的特定口令来验证身份，如用户名和密码、暗号、验证码（图）等。

传统身份识别，主要是用户在场情况下的面对面现场核实，这种方式有助于核实本人操作并确保本人意愿。但在互联网背景下，这种方式的实现渠道比较单一，而且存在现场窗口不足、效率低下、服务不够便捷以及存在暗箱操作、作弊等安全风险。同时，也由于需要借助于身体之外的物体，传统的身份识别方式存在着主观遗失、外部盗窃的风险，以及设置复杂，不便记忆、易于遗忘等缺点，容易造成个人信息泄露、身份失窃等，因此在身份识别方面存在诸多安全风险和安全隐患。

2.生物识别技术

生物识别技术，是利用生物个体自身拥有的、并且能够唯一识别其身份的生理特征或者行为特征，将光学、声学、生物传感器等技术手段与计算机信息技术相结合，进行身份自动辨识或认证的数字化识别技术。生物识别系统一般由信息采集、信息数据库、信息特征提取、信息匹配识别等部分组成。生物识别的过程一般通过以下两个步骤来完成：一是“1对N”的对比辨认，即通过比对检测对象特征与数据库中预存的基础数据来辨识身份；二是“1对1”的对比认证，即通过比对的被检测对象与数据库中预存的特定身份信息，以核定该对象是否是其所自称的物。

相比于传统的身份识别方式，生物识别技术具备识别特征稳定、识别过程便捷以及不易造假等多方面的优点，成为目前安全认证的首选，近年来在各个行业中获得了普遍的赞誉和应用。常用于身份识别的生物特征，主要是因对象不同而具有独特差异的生理、和（或）行为等特征。前者如人脸、指纹、掌纹、虹膜等生理方面特征；后者如字迹、声纹、步态等行为方面特征。虽然每一种生物特征都可以作为身份辨别的依据，但安全性与用户体验是衡量生物特征好坏的两个主要参考指标。不同的生物特征识别技术在这两个指标上都有所区别，各有侧重（如图1所示）。指纹和人脸是在这两方面都表现比较均衡的，也是目前市场上应用最普遍的两大生物识别技术。

图1 不同生物特征的安全性和用户体验比较

二、生物识别技术应用范围广泛

近年来，随着计算机信息技术的迅速发展、安全防范措施的不断升级、设备性能的逐步提升，以及研究的不断深入，生物识别技术的使用成本也不断下降，实用性不断增强，应用范围也更广。比如，在设备加密、金融支付、打卡考勤、出入境管控，以及对访问受控用户的辨认等方面应用广泛。目前在设备访问解锁、金融移动支付领域，大家熟知的“指纹支付”、“刷脸支付”成为安全便捷的支付体验。

作为目前生物识别技术的代表，人脸识别技术和指纹识别技术相比，人脸识别技术优势越来越明显。人脸本身就已成为是各类身份证件（如居民身份证、护照、毕业证件、适任证书等）的辨识主体，这一因素使得一般人对人脸识别技术最易接受。另外，由于政府部门的人脸数据库（指纹也有）已经完善，人脸采集后将直接与官方人脸数据库比对辨识，人脸将与个人身份直接关联，可以免于用户前期注册。

基于人脸识别的身份验证实现，是通过移动客户端采集用户的活体人脸信息，与数据库原始证件照片进行比对检测，然后使用人脸识别算法完成验证服务，检验“活体人脸”、“身份证照片人脸”与“官方人脸数据库”三者是否一致，从而达到“人证合一”校验的目的。具体识别流程如图2所示。

三、生物识别技术在船员管理中的应用

将生物识别技术引入船员管理之中，既能成为海事部门服务船员便民新举措，也将为海事现场监管工作提供新思路。首先，船员管理系统前期已经储备了完善的船员注册照片、身份证信息以及指纹信息，通过移动客户端采集船员的生物识别信息，授权海事机构使用生物识别算法验证，对船员进行身份验证，为船员提供远程信息查询、证书申办、任解职以及培训、考试、发证等相关服务，同时也为海事执法人员在培训、考试、发证及现场监督检查中提供便利，实现监管与服务并进。

图2 远程身份认证流程

2012年以来，在全国海事窗口、海事院校全面开展了船员信息采集工作，数年内逐步完善了船员或考生的身份证、相片、指纹等代表考生个人身份的关键信息的采集和录入工作，建立并完善了海事船员信息基础数据库，为开展船员任解职、培训、考试、发证等身份识别工作提供了可靠高效的数据源头。同时，海事系统内部海事执法人员、船员、船舶以及相关培训、服务机构和考场信息都已经建立了完善的数据库。考虑到人脸识别技术相对指纹识别技术的优势所在，在船员管理系统的设计上将人脸识别技术作为首选，指纹识别技术作为第一备选识别登录方式。

1.总体架构思路

基于生物识别的船员管理系统，由系统登录模块、识别分析模块、设备管理模块、系统管理模块等4个基本模块构成，如图3所示。

图3 船员管理系统总体架构

2.系统功能模块设计（如图4所示）

图4 系统功能模块示意图

（1）系统登录模块。该模块在系统终端面向一般人员（船员、教员、海事人员等），通过识别分析模块进行身份验证后登录，而面向主体对象（船舶、培训机构、考场等）的管理人员需通过口令输入登录。相关人员授权通过，进入系统后，可以查询、处理或修改所属主体的权限和数据。

（2）识别分析模块。该模块运行于终端智能设备中，通过云端算法服务对需进行身份验证或签到人员（船员、考生等）进行身份的有效甄别，并对签到位置（船位、教室或考场）进行核实。

（3）设备管理模块。该模块在应用系统服务器中运行，对接入网络的主体对象进行集中配置和管理，并接收人员签到信息和终端位置信息，诊断和检测终端设备的状态、核实位置信息。

（4）系统管理模块。该模块在网络服务器上运行，主要包含人员信息、主体对象信息库的同步以及签到模块的实现。系统管理模块结合智能设备，实现整体把控和智能统计，从而使得签到数据管理工作可轻松高效地完成，很好地满足了面向对象的数据需求。

其中，签到模块是将船员任解职、培训考勤和考场身份识别等场景模拟成打卡签到，与船舶最低配员证书、参训人员名单、考场考生名单等人员信息对接，在对身份验证和位置数据信息的有效归档后，在系统管理模块中通过对有效的人员身份识别数据进行采集、对人员原始数据进行提取、识别分析，依据有关管理规定，完整构建签到信息数据库中相应数据的计算、分析、处理等过程，实现船员管理系统的数据管理自动化。

3.船员管理功能的实现

（1）船员服务方面。①船员自助业务。在船员手持移动终端（如手机、平板）的APP界面，通过开启人脸识别，自动完成船员办理有关业务的身份验证，通过客户端系统管理模块查询船员各类相关信息；按照海事业务流程要求提供申办材料，提交证书办理申请，节约船员时间和成本。如图5所示。②船员任解职。船员在船舶手机终端，在船长的授权下通过生物识别的方式自主进行船员任解职，按照任解职的要求提供电子材料，与海事内网系统实时进行信息交换，在完成任解职业务的同时，自动生成船员服务资历。而在整个过程中，船员本人不必亲自到海事窗口就可以实现远程维护个人服务资历。这样既方便了船员，海事部门也收集到了船员的相关数据，避免船员为了换证而伪造船上服务资历。如图6所示。③培训机构考勤记录。培训考勤系统依靠网络信息技术，以人脸图像信息识别来实现考勤的信息化在线管理，精准识别培训考勤过程中的代考打卡、跨地域、跨网络的不同考勤信息，通过收集汇总、统计分析并结合实际问题，实现对考勤数据的自动化辨识和管理，提高考勤管理水平、提升考勤记录效率。如图7所示。船员培训期间的考勤记录，是由培训机构或教师打开考勤终端，对培训学员进行人脸识别记录考勤，课程期间也可以实现不间断签到，课程结束根据学习期间考勤记录情况，核实是否能满足培训要求，以及是否可以参加后续考核。其流程与任解职类似。

图5 船员自助业务流程

图6 船员船上任解职功能流程图

图7 培训考勤记录功能流程图

（2）海事监管方面。①船员现场监管。目前，我国船员管理方法主要采取传统的现场巡查方式，通过核实证书的真实性，比对人员特征和系统任职记录，不但工作量大、效率低，而且无法实现在航船舶船员证书的核查。而利用人脸识别技术可以快速实施船员和证书的信息核实，整个过程核查对象明确，一目了然，既避免了人为因素干扰，也提高了执法效率。如图8所示。②考生身份验证。随着船员考试工作无纸化的不断推进，海船船员适任考试、培训合格证考试、补差培训考试等基本实现了计算机终端考试，内河三等以上船员考试也逐渐覆盖。目前指纹识别已在船员考试中应用，再将人脸识别引入，将能够更加有效打击和预防船员考试替考作弊行为，从根本上解决船员考试考生身份鉴别的难题，同时也防止了因未携带证件（身份证件、准考证等）而耽误考试的事情发生。下一步，船员考试将逐步实现以生物识别为主、人工识别为辅考生身份验证方式。

图8 船员现场监管功能流程图

（3）其他方面。通过对船员、船舶已有数据的采集，可扩展更多的海事服务，如证书到期提醒、船员考试网上报名和缴费、下载考试资料、信息咨询等秘书式的多元化服务；可作为船员资历的凭证，用以在微信、微博、web等网络平台辅助身份验证，为船员提供展示自我成就的体验；可在安全可靠的基础上，与相关单位实现共享数据，为船员求职应聘等提供更加广阔的平台；逐步开发远程教育培训考试等，既节省船员培训花费，也可以提高培训效果。

四、展望

1.信息安全防控

在金融领域的广泛应用表明，与传统基于单一密码、多重验证等身份验证方式相比，人脸识别技术在安全性、可靠性、识别性能和用户体验等方面都取得了大量的成效，对实现互联网场景下的远程船员管理应用具有很现实的意义，同时借助指纹、笔迹等生物认证，通过多因子认证的方式增强人脸识别，达到更高的安全等级和识别精度，将有力提升船员业务办理的真实性、便捷性，提高船员信息管理的安全性。

2.廉政风险防控

通过生物识别技术的应用，打通船员履职跟踪的通道，精准实施对船员管理工作的监督，让船员管理工作回归本源，由责任主体对象来对船员管理真实性负责。海事部门通过现场检查、抽查的形式进行监管，将有效降低海事执法廉政风险。

3.提高海事效能

生物识别和信息技术的融合，将使得船员管理在安全上得以质的飞跃，船员管理中对信息的核实基本由系统自动完成，并对存在的问题进行信息推送，能极大地减少工作量，海事执法的针对性更强，让有限的海事力量投入到更多的现场执法中去，同时也为管理相对人节约时间成本和经济成本，将进一步提高海事执法效能，促进船员有效履职。

五、结语

船员管理工作是海事管理的重要单元，也是一个繁杂的系统性工程。面对日益发展壮大的船员队伍，和维护水上交通安全形势稳定的要求，必须加强船员管理的科学化、信息化和系统性的研究，充分应用现代化科技信息手段不断提升海事监管效率，提高海事综合服务能力，共同打造一支高素质的船员队伍，确保水上交通安全，进一步推进交通强国建设。