基于校园网的实验室监控与考勤功能集成化技术的研究与实践

摘要：提出了一种将监控系统与考勤系统集成在一个系统架构下的方案，一方面节约建设成本；另一方面实现统一管理，节约管理成本。同时实现功能互补：如发现考勤数据出现问题时，可立即调用监控系统核实问题的存在原因；如发现监控画面出现可疑迹象时，可立即调用考勤系统的相关数据予以佐证。

关键词：校园局域网; 监控系统；考勤系统；校园数字化技术

中图分类号：TP302 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)11-0082-03

一、引言

由于学校的实验室往往分布在不同的建筑物或不同的区域,采用传统的监控系统对实验室进行监控存在许多问题,如线路的布置,大量资金的投入等。[1]目前，基于网络的视频监控成为最为主流的选择。

另外，传统的机械式门锁存在诸多不便和安全隐患，因此实验室门锁授权范围被缩小，一般仅限于管理人员和教师，而作为实验教学活动主体的学生被排除在外。显然，实验室开放需要有相应的可操作的门禁考勤管理为技术保障。[2]当然，节约频繁的点名时间、有效地统计各个实验室的实际工作量都是需要考勤系统才能得到实现。实验室管理员是实验室的重要组成部分，但很多实验室没有专门的实验管理员，由实验教师同时兼任，从而形成了“教师什么时候安排实验，学生什么时候才去实验”的局面，致使实验室使用效率低下，与现代化实验室是不相符合的。[3]

现阶段，实验室监控系统和门禁考勤系统作为两个完全独立的系统得以实现，如将两个系统进行集成，可以预见将会取得如下优势：

（1）因两个系统一般均可通过网络得以实现，集成以后必将节约建设成本。

（2）两个系统可以进行统一管理，节约管理成本。

（3）系统功能互补：如发现考勤数据出现问题时，可立即调用监控系统核实问题的存在原因；如发现监控画面出现可疑迹象时，可立即调用考勤系统的相关数据予以佐证。

二、系统组成

实现监控与考勤集成的基础条件为摄像机和射频读卡器，最为便捷的方式是采用USB接口的摄像机和USB接口的读卡器，将它们连接到实验室的一台计算机上面，将各个实验室的这台计算机通过网络连接到中心服务器，通过软件方式实现管理。问题是每个实验室必须有一台计算机需要24小时工作，这必然带来管理上的不便和支出的增加。其如图1所示。

最为理想的方式是采用网络摄像机和网络读卡器通过接口电路连接到交换机和服务器，这样就无需每个实验室配备一台专用的计算机用于监控信号和考勤信号的传输，也能避免考勤监控系统过多的占用交换机的问题。其如图2所示。

三、网络摄像机和网络读卡器

网络摄像机一般采用CMOS传感器（Sensor）作为图像的采集设备，并使用ISP的SCO芯片，由于其制造具有明显的成本优势，因而得到了广泛的应用。其成像效果主要取决于芯片厂商集成的ISP效果，如3A、宽动态等。各个网络摄像机生产厂商会根据自己的技术特点，采用特定的压缩方式，如微软公司的Windows Media流媒体技术、Real Network公司的流媒体技术和Apple公司的Quick Time流媒体技术等。最后生成符合TCP/IP协议规范的图像信号传送到服务器。

一般的射频读卡器是通过USB或RS232接口接入服务器实现读卡服务，北京长远海度科技有限公司于2010年开发了一种基于TCP/IP的网络读卡器，该读卡器是感应式读卡，每次读卡后，向网络的特定IP地址发送本机的设备号、IP地址号和卡号，该信号可由PC机、网络服务器或其他网络设备接收并处理（如记录刷卡事件、考勤管理、巡更管理使用），也可以将控制指令发送到其他的设备（如门禁控制器），来启动特定功能的运行（如开门）。此提供了局域网和广域网的网络读卡器。通过系统的设置，可输出网络读卡器上传的设备ID号、IP号、卡号、刷卡时间。

四、接口电路的设计

网络摄像机需要一条网络线路连接到交换机，考勤系统也需要一条网线连接到交换机，同时考虑到一个实验室内需要安装多个摄像机等情况，考虑设计一个接口电路，将两路信号通过经一条网络线路通过交换机连接到服务器，并为摄像机等设备提供电力驱动，以降低布线成本，如图3所示。

图3是基于TC3097-8的接口电路设计，TC3097系列芯片的集成度较高，采用硬件方式实现编译码功能，能够为8路外设提供TCP/IP协议通道，电路也非常简单。接口电路同时考虑外设的供电问题，将直流电源连接到为外设供电的输出接口，关于直流电源的功率问题笔者就不在这里赘述了。

五、管理平台的研究

网络摄像机经过注册到校园网内的管理服务器，用户注册一个主账号后，可以管理所有帐号下的摄像机，做到只需要记住一组用户名密码，即可对所有摄像机进行观看、管理等操作，无须记住DNS、每个实验室的IP地址等信息。管理平台可设置摄像机分组信息，可以建立子账号，同时可限制子账号的观看时间、观看摄像机、观看时长、能否观看录像等属性，子账号的摄像机可以被任意分配。

服务器端需要根据摄像机的数目建设网络，例如最多同时观看20台摄像机，每台摄像机设置的图像品质为CIF/10FPS/200Kbps，那么服务器端的网络需要4M（２０×２００Ｋｂｐｓ）下载带宽，这在校园网内实现并无困难。在服务器端需要设置录像服务器进行集中录像，起到备份的作用，以免发生摄像机被盗或者人为删除录像造成的监控数据丢失。

网络摄像机的优势在于凡是有网络的地方就可以看到视频，学校领导可以轻松地在互联网上观看视频，回放录像等。对于不方便安装客户端的电脑，可以直接登录网站进行观看，同时也支持使用手机观看视频。

TCP/IP网络读卡器能够支持局域网和Internet广域网通讯和管理，将每台读卡器的读卡信息及时上传到服务器，服务器可以显示对每一位进出实验室的学生的具体时间，也可以统计某一个实验室进出的学生的数量和具体时间，并可以打印或者输出到Excel报表中。同时，管理员可以一目了然看到哪些实验室是有人的，哪些实验室是无人的。教师进入实验室后，可以通过网络查询服务器，迅速统计到课的学生数量，或作为期末考评依据予以保存。