基于人脸识别和RFID技术的设备监管系统设计

梁智龙,潘威华(通信作者),朱浩文,何韦颖,秦沛聪

(广州理工学院计算机科学与工程学院 广东 广州 510540)

0 引言

随着科技的发展,生活中的设备和信息也在不断地提升,各个公司对设备资产,特别是重要设备或保密设备的重视程度也在不断提高。然而,如何高效安全地保管这些设备,同时兼顾实际生产研发过程中的便利性,仍然是一个备受挑战的问题。传统的设备管理方式已经不能满足现代企业的需求,需要一种创新的解决方案。为此,本文提出了一种基于人脸识别和射频识别 (radio frequency identification,RFID)技术的智能设备监管系统,旨在提供一套既安全可靠又便捷易用的解决方案,来帮助企业更好地掌控设备状态,提高设备使用效率,同时避免设备损失和机密泄露的风险。该系统采用先进的人脸识别和RFID技术,可以智能识别借用人和监管各种设备,系统通过将人脸识别与RFID技术相结合,可以实现对设备的智能化监控和管理,确保设备的安全性和保密性。该系统还具备简单易用的特点,可以方便地实时监测和管理设备状态,并提供准确的设备数据报告。通过引入智能设备监管系统,企业可以更好地掌控设备状态,提高设备使用效率和安全性,同时避免设备损失和机密泄露的风险。

1 研究现状

传统的管理方式都是采用人工登记,设备在用户之间的转借不方便,效率低下。如果多人同时借用,需要排队等待。在保证设备的安全性中,无法获取设备物理位置,检测含有保密信息的设备是否被非法带出公司等问题。而此系统在设备的转借、借出和退还中,使用人脸识别和扫描设备二维码进行设备借出、转借、退还以及把设备带出公司的登记,只需要在移动端中完成,大大提高借用、归还、转借的方便性。

系统的人脸识别算法为虹软的免费算法,其具有离线、快速、识别率高等特点。在当时选择算法时离线的需求更符合系统的使用[1]。用虹软算法ArcFaceSDK的人脸识别技术,能确保设备借用归还用户的真实性、准确性。同时,在安全性方面,将需要监管的设备贴上RFID电子标签,采用RFID来检测设备是否在公司内。RFID电子标签由标签天线(或线圈)及标签芯片组成,芯片是具有无线收发和存贮功能的单片系统,它存有一定格式的电子数据,可根据需要标识信息[2]。

1.1 国外研究现状

人脸识别和RFID是目前世界各国研究中的热点技术。人脸识别作为一种新兴的生物特征识别技术,依据人的面部特征对身份进行自动鉴别[3],已经在许多领域得到了广泛应用,如安防、门禁、考勤等。而RFID技术可以通过射频信号自动进行目标对象的识别并进行数据提取,读取过程由电子标篮和读写器自动完成无需人为操作,环境适应能力较强[4]。这两种技术的应用前景非常广阔,但也面临着一些挑战,例如隐私保护、技术安全性等方面的问题。目前,世界各国的研究者们正在不断努力推动这些技术的发展,同时也在积极探索其在不同领域的应用。在人脸识别技术方面,研究人员正在探索如何提高识别准确性和鲁棒性,同时减少误识率。在 RFID 技术方面,研究人员正在研究如何进一步提高识别速度和准确性,并提高系统的可扩展性和互操作性。但大部分是进行技术性的探索,并且研究的方向是针对国外的人脸识别技术。

1.2 国内研究现状

我国RFID发展较晚,二十世纪初,中国也开始将RFID技术应用于国内产品的研究与开发中,并且我国政府对此表示全力支持。截至目前,我国将RFID技术发展的重点领域放在军事与安全、金融支付、身份识别等多个方面。在国内的人脸识别技术发展中,市场上也出现了不少的以人脸识别技术为优势的公司,其中虹软的人脸识别技术更是独具一格。在百度、阿里、腾讯、矿视、虹软国内5大人工智能人脸识别技术公司中,虹软人脸识别技术是唯一支持人脸跟踪。虹软人脸识别技术是国内少数开放了本地离线SDK引擎,这种方式既有效保障了用户信息安全,又不过分依赖网络。虽然从RFID应用的总体上来说,美国与欧洲国家处于世界领先地位,而我国起步晚并且在技术上存在一定的局限性,但是,近十几年随着人们对RFID的广泛关注,RFID应用的广泛深入,RFID集成与制造技术的提高、经济的持续快速增长以及产业的集中度的提高,我国将朝着RFID产业应用第一大国的方向快速发展[5]。

2 系统对象与应用场景

2.1 系统应用对象

系统的应用对象如下所示。

(1)管理员:系统管理员,负责设备管理,借出等级,检查设备。

(2)管理机:放置管理房间,用于设备借还登记。

(3)员工:借用设备的主体。

(4)设备:被借用的主体。

2.2 借用和退还场景

在公司内设置一个管理房间,里面存放着所有重要的设备,员工如果要借取设备,需要到管理房间内的管理机面前进行人脸识别登录、扫描设备二维码登记,即可在公司范围内使用该设备。当员工要退还设备时,只需要到管理机面前,先人脸登录,然后再扫描设备二维码,直接点退还登录,即可退还。

2.3 设备续借场景

当一个员工要借取设备时,如果在App端搜索到需要借取的设备在别人手中,可以去找持有设备人,然后通过App端的转借设备功能,双方先登录App端,然后借出方先扫描要借出设备的二维码,再扫对方人脸,即可完成借用。

2.4 RFID报警场景

在公司内设置两个RFID,一个射频范围和管理设备房间一样大小的,一个射频范围和公司一样大小的,如果设备在未登记的情况下带出管理房间,房间会响起警报。但不会记录,但是如果设备被借取了,但是没有管理员的登记和允许带出公司,表示为非法把设备带出公司,并且会报警并且做记录。

3 技术简介与设计

3.1 术语与缩略语

设计及与实现该系统需要涉及的技术,如表1所示。

表1 术语、缩略语解释对照表

3.2 系统设计概要

3.2.1 Web端概述

系统的Web端利用Vue+Vuex+VueRouter构建前端页面,并采用了element框架来对主题UI风格进行设计加以美化,利用前端的video和canvas生成照片给Tracking.js识别,Tracking.js识别后利用Axios传给后端,后端利用虹软的SDK进行活体检测和人脸识别,如果后端识别通过,返回给前端token。前端可以用token拿到后端接口的访问权限,取需要的数据和业务操作。

3.2.2 移动端概述

系统的移动端利用Vue+Vuex+VueRouter构建前端H5页面,利用5+App把页面生成App,利用前端的video和canvas生成照片给Tracking.js识别,Tracking.js识别后利用Axios传给后端,后端利用虹软的SDK进行活体检测和人脸识别,如果后端识别通过,返回给前端token。前端可以用token做需要的操作。

3.2.3 服务端概述

系统的服务端包含了基础框架层、业务逻辑层和数据访问层。其中,基础框架层采用 SpringBoot 框架搭建,实现了HTTP协议的请求处理、资源管理和服务器配置等功能。业务逻辑层主要使用SpringJwt和SpringRSA技术,实现用户认证、角色授权和数据签名等功能,来保证系统的安全性和数据合法性。数据访问层则使用Mybatis实现对数据库的访问,同时用Redis实现缓存功能,提高系统的响应速度和并发处理能力。

3.2.4 报警系统概述

系统通过结合RFID技术和设备管理系统,让RFID设备连接一个处理端,并定时发送指令给RFID设备。每当RFID设备返回数据时,处理端会实时进行数据处理,并筛选出哪些设备缺失或出现异常情况。若发现设备缺失或异常,则系统会及时发出警报并进行记录。同时,设备管理系统给每一个设备生成设备二维码以及绑定一个电子标签。解决线下设备借用通过人工记录,容易造成记录错误、遗漏,以及设备借出后续借麻烦,设备容易丢失,无法获取设备位置信息,判断是否已带离限定范围等系列问题。

4 系统总体架构设计

4.1 总体功能设计

4.1.1 系统基本设计思路

该系统以管理设备为基础,专注于设备的借用和退还,设备在人员间的流动状态变更以及设备在非法被带出公司时自动报警并且进行记录。

首先,采用RFID和扫描二维码技术,给每一个设备绑定一个电子标签以及设备二维码,只需要扫描二维码的方式代替传统的人工登记方式,采用人脸识别技术对用户进行登录人员身份以及转借人员身份的确认。

其次,设备的借用和退还是系统的核心模块之一,在管理设备房间内,通过在管理机器的人脸识别和扫描设备二维码识别即可借走和退还设备。

再次,设备在人员间的流动以及设备的状态变更也是系统的核心之一,在该文中,制定了一个移动App端,用来管理设备在用户人员中的流动,人员之间只需要人脸登录App后,用App里面的转借设备功能,先扫描设备二维码后再扫对方人脸即可完成设备在用户之间的转借操作。

最后,设备的安全,系统通过采用双重RFID方式,将一个RFID放在管理房间里面,如果设备在未登记就带出管理房间,管理房间里面会响警报。另一个RFID部署在公司门禁入口处,在设备被登记后,设备处于借用状态,如果设备未经过管理员登记带出去,就会被认为非法把设备带出公司,报警并且记录。

4.2 系统功能流程设计

4.2.1 Web端功能流程设计

Web端的人脸登录、借用设备,扫描设备二维码、人脸识别确认身份借还功能流程如图1所示。

图1 Web端功能流程设计图

4.2.2 移动端功能流程设计

移动端的人脸识别登录、扫描设备二维码、App转借设备流功能流程如图2、图3所示。

图2 App端功能流程设计1

图3 App端功能流程设计2

4.2.3 后台管理端功能流程设计

后台管理端的信息查看、转借记录查看、报警记录查看、设备状态查看等功能流程设计如图4所示。

图4 服务端功能流程设计图

4.3 核心功能流程设计

4.3.1 人脸识别

人脸识别是系统的主要核心技术,系统服务端采用的是虹软的人脸识别SDK,前端采用的是Tracking.js框架。前端的Web端、App端的登录和后台管理端以及设备借出,用户之间的转借都采用了以下人脸识别流程。

(1)Web端人脸识别流程

Web端先用tracking.js框架识别到人脸后,截取该人脸照片,并生成签名,传给服务端识别,服务端识别后返回token,员工可以通过token和生成的签名借用设备和退回设备。Web端人脸识别流程如图5所示。

图5 Web端人脸识别流程图

(2)App端人脸识别流程

App端先用Tracking.js框架识别到人脸后,截取该人脸照片,并生成签名,传给服务端识别,服务端识别后返回token,员工可以通过token和生成的签名进行设备转借等操作。App端人脸识别流程如图6所示。

图6 App端人脸识别流程图

(3)服务端人脸识别流程

前端发回图片,服务端拦截器先验证签名和token是否正确,正确就放行,放行后进行虹软人脸识别SDK的活体检测,活体检测通过后再进行多线程取出数据库特征,再把前端传回来的图片进行人脸特征提取,把这个提取值和取出的特征进行比较,最后得出结果,如果通过,人脸识别通过。服务端人脸识别流程如图7所示。

图7 服务端人脸识别流程图

4.3.2 RFID警报

这项功能的设计实现是基于RFID硬件和搭载电子标签技术。当电子标签脱离RFID的射频范围时,RFID设备就会返回一个信号值,通过分析这个信号值,可以确定哪个设备的标签值缺失了。随后,系统将该记录存入数据库中间表作为缓存,并同时生成一条报警记录以提醒管理人员采取措施。RFID报警功能流程图如图8所示。

图8 RFID报警流程图

5 结语

本系统以管理设备为基础,专注于设备的借用和退还,设备在人员间的流动状态变更以及设备在非法被带出公司时自动警报并且进行记录。在安全性方面,采用RFID来检测设备是否在公司内,用虹软算法ArcFaceSDK的人脸识别技术,确保设备借用归还用户的真实性,准确性,设备的安全性。为企业解决提供一个合理高效的解决方案来保护重要设备问题。