基于二维码的指纹识别技术在高校学生管理中的应用研究

摘要：分析了高校学生管理的现状及突出问题，提出了PDF417二维码和指纹识别技术相结合进行高校学生的日常管理的研究。探讨了如何将学生数据信息和指纹图像存储在PDF417二维码中，如何通过校园卡作为载体在学生考勤、宿舍、考试、图书借阅等管理中通过指纹识别和二维码技术进行学生身份识别，以此分析了这项技术应用在高校的可行性。

关键词：二维码 PDF417码 指纹识别 学生管理

一、高校学生现状分析

据统计，2009 年全国独立设置高职院校1215所； 招生数达313.4 万人，与本科招生规模大体相当，在校生964.8 万人，高等职业教育成为高等教育的半壁江山。高等学校包括普通高等学校和高等职业学校，普通高等学校的招生自扩招以来，学校招生每年规模达万人以上。不仅仅招生规模的庞大给高校的管理带来了种种问题，而且学生的特点和社会环境的复杂性也导致了部分学生入校后易受社会不良因素影响而出现违法违纪行为，例如2015年新闻报导部分高校内竟然出现吸毒贩毒的学生，如果学校管理方面疏松，这种吸毒贩毒现象将会越演越烈，学生如何在这样的环境下求知、学习一技之长，家长又如何放心。还有高校不断出现的学生自杀、消失、犯罪等现象从而更加说明学生管理的缺失，因此管理的严格性必须着重考虑。高校学管队伍的建设是一个很大的投资，而软件的投资必不可少，它不仅节省了人力，而且给学管工作带来很多便利。

二、关键技术

1、二维码技术

二维码技术目前应用广泛，在日常生活中随处可见。它实质是将线条与空白按照一定的编码规则组合起来的符号。一维条码是垂直方向上存储的条形码，存储容量小，没有错误纠正能力，只能存储数字等简单数据。与之相比，二维码具有如下特点：信息容量大；保密好、防伪性高；成低廉、容易制造；译码可靠率高、抗损纠错能力强。其中PDF417、QR Code、Code49、Code 16K、Code One 等都是我们常见的二维码。本系统采用的是PDF417码的编码原理。

（1）PDF417码的编码原理

PDF417（portable datafile）条码被称作是便携式堆积数字文件。终止符除外，4个条和4个空组成条码的每一个符号，每个条（或空）的宽度为1～6个模块，其总数为17，因此称为为417条码。例如：码字31111136的图形如1所示。每个PDF417条码由3～90行组成，每行由起始符、左行指示符、1～30个符号字符、右行指示符、终止符组成。PDF417条码包括929个码字，取值范围为0～928。其中：0～899码字根据当前的压缩模式和GLI解释，用于表示数据。码字900～928，在每个模式中，用于具特定目的的符号字符的表示。如：900、901、902、913、924用于模式识别，其他请参照国家标准。PDF417中字符集由3个簇（分别称为0、3、6簇）构成，每个簇包括以不同的条、空形式表示的所有929个码字，序号对应为0～928。在设计条形码过程中，需要根据待设计的条形码的行下标选择各码字所在的簇号，具体是：第1、4、7、10…选用第0簇的码字；第2、5、8、11…选用第3簇的码字；第3、6、9、12…行选用第6簇的码字。对于某一行来说，应该用的簇号可用如下公式进行确定：簇号=[（行号-1）mod3]*3，具体编码如图1所示。

2、指纹识别技术

指纹是人类众多生物特性中的其中一种，例如有虹膜、声音、掌纹等。经科学验证，人的指纹不仅都是唯一的，而且是独一无二的。人们对指纹识别技术也进行了大量的研究。ISENOR DK等人提出了一种用图匹配来对两幅指纹图像进行匹配的方法。HRECHAK A K等人用结构匹配指纹识别。目前最常用的方法是FBI细节点坐标模型做细节匹配。它利用脊线末梢与脊线分叉点这两种关键点作为特征来进行指纹识别。通过将特征点表示为点模式，自动指纹识别问题就转化为点模式匹配（细节点匹配）问题。所有的生物识别系统都包括如下几个处理过程：采集、解码、比对和匹配。指纹识别处理也一样，它包括对指纹图像采集、指纹图像预处理、特征提取、指纹验证或辨识等过程。使用指纹识别方式的优点在于其可靠、方便和容易被接受。具体流程见图2。

指纹的唯一性，不容易丢失，相对人的其他特征它便于采集，终身不变，因此在国家的安全机构、重要部门的门禁系统，重要证件、机场安检等方面指纹识别起到了很重要的作用。如果将此技术应用到庞大的高校信息化建设中对高校的管理将带来诸多便利。

3、两项技术的结合

指纹采集：学生入校报到注册时通过指纹采集器现场指纹采集，并对指纹图像进行预处理，然后特征提取并写入后台数据库中，与库中人员学生id等相互对应。学生基本信息采集：采集学生的姓名、学号、性别、身份证号、生源地、所学专业、所在年纪、班级、大队、班主任、宿舍楼、宿舍号等必须的管理信息，将这些信息存储在后台数据库中。

二维码的制作：数据管理员根据采集的指纹图像的特征数据和学生基本信息通过PDF417编码原理，生成二维码。并将其保存在后台数据库中，学生本人可以随时通过学校校园网的应用服务程序将二维码下载并核对学生本人的信息。与学生本人对应的二维码可以保存在学生手机中，省去了随身携带磁卡的麻烦，及磁卡折断、消磁等种种问题，这也给学校办卡省去人力和财力。各部门通过二维码扫描就能获得相应的指纹特征和学生个人信息，而指纹采集仪可以进行现场指纹采集，通过管理软件进行指纹特征提取与二维码中的读取的指纹特征比对，如果联网它们还可以与后台数据库中的指纹库比对，达到多种渠道指纹识别。由此可以看出两种技术的结合发挥了很大作用，二维码的制作及指纹识别流程见图3. 三、基于二维码存储的指纹识别在高校学生管理中的应用

随着高校信息化建设力度的加大，高校的数字校园网的发展越来越好。无线网覆盖校园，实现班班通，人人通，学生上网不再成难事。信息的共享和传递越来越多，然而同时也出现了不良信息的传播，学生与社会联系越来越多，一些不良的社会风气和事件也时时影响学生，造成学生交上社会不良朋友，从而出现学生早退、旷课、打架、夜不归宿、考试作弊等等现象。而我们的管理缺乏严格的监督，不少学校管理松散，学生管理成了高校棘手的事。 教师仅仅课堂点名耗去很多时间，加之有的学生冒名顶替使得教师无法识别。学生宿舍管理同样如此，还有学校图书馆图书的借阅管理等等都是学校的难题。

下图4是高校学生日常管理指纹识别系统的功能结构图

1、学生考勤管理

首先学生在校期间要对学生的上课情况（迟到、早退、旷课）进行记录，目前学生冒名顶替，上课中途退出，迟到偷偷从后门进入教室，加之学生上合班课人员多难以管理，许多教师无法对学生上课进行一个很好的记录。在教室安装指纹仪、指纹登记终端及二维码扫描仪，它们与指纹验证终端相连，学生课前提前10分钟到教室进行指纹的验证识别。指纹登记终端从指纹仪获取指纹，然后提取指纹特征传送到验证终端，验证终端根据二维码解码取出的指纹数据与采集传送指纹数据进行比对，将比对结果、比对时间、教室信息等在验证终端形成记录，通过学生考勤管理程序，教师可以根据分配的账号，随时下载学生的考勤记录，实现了学生考勤的无纸化、网络化办公。

2、学生考试管理

对于学生来说无需携带任何证件，考生到场时，先获取考生的指纹信息，并且把提取到的指纹信息进行预处理，然后把处理后的指纹信息与二维码中解码的指纹信息进行比对，匹配结果将发送到后台数据库中，应用服务器对参加的考试科目、学生、考试情况、考试时间、比对结果等进行管理，教务处通过系统下载EXCEL形式的学生考试情况记录。作为系统的管理员需要提前对考试的科目、考场信息等及时维护。现场指纹识别很快，避免了在庞大的数据指纹库中搜索，因此二维码存储指纹方便又准确。面对考试，学生无需再为携带证件发愁，只要提前下载好二维码即可，当然有的学生即使忘了，我们可以通过学号或者身份证号在数据库中快速的找到学生对应的指纹信息。这种指纹识别的考试系统对学生替考作弊有一个很好的防御。

3、学生宿舍管理

高校的学生宿舍通常有两道门，一道为宿舍楼门，一道是学生居住的宿舍门。传统的管理模式无法对进出人员进行一个很好的管理。学生带闲杂人员进入都无法很好的察觉，这对学生宿舍的安全性有很大的威胁。学生夜不归宿、半夜回宿舍等也是管理上的一个突出问题。如果我们在宿舍楼大门安装指纹识别系统，学生进宿舍楼门进行指纹识别，之后与宿舍管理系统后台的学生宿舍数据库进行比对，当宿舍楼号、指纹信息匹配成功时宿舍楼门打开。对于宿舍房间的门则通过指纹识别锁来识别指纹的正确性。和我们传统相比，学管人员只需通过登录宿舍管理系统就可以调出学生的宿舍居住情况，包括学生入宿时间。而传统的宿舍管理，当学生毕业离开宿舍时，钥匙要重新订购和匹配，耗资巨大，损坏性强。通过宿舍指纹识别系统管理员只需要每年更新正确的指纹信息和学生宿舍信息，再导入到宿舍管理系统中即可。从金钱、人力上来讲确实收益很大。

4、学生图书借阅管理

学校的图书在量和种类上增多，哪些是学生所需要的书？这也是一个图书采购部门必须掌握的。学生去图书馆借阅纸质图书通过扫描二维码可以快速的在图书借阅系统中显示学生的信息和指纹信息，通过指纹仪采集指纹在系统中提取指纹特征后与二维码获取的指纹信息进行比对。验证成功后在系统中进行图书借阅登记。借阅的书或种类将在系统中显示排名，对于学校图书采购有一个很好的导向。

5、其他

由以上可以看出基于二维码的指纹识别系统非常方便、经济。如果将此项技术用在学生学籍档案管理、学生各项缴费系统管理、学生证管理等项目将可以发挥更好的作用。学校的各项管理的数据收集、整理非常方便。对于繁杂的学生资料的整理更是带来很多便利。这项技术的应用不仅利于学生，更利于学校的管理。

可以说，二维码和指纹识别技术是现在比较先进的技术，而且在一些领域已经很好的运用了。在高校的应用还是少数，高校的管理各项技术不统一，造成兼容性差，共享性不足，信息重叠，数据爆炸。因此如果将这两项技术很好的结合在高校应用，既减轻了学生的负担，又给学生管理带来便利，同时校园的安全性也得到保障，家长也更加放心。

参考文献：

[1]周宝建.指纹识别在高职学生考勤管理中的应用[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2013.

[2]马莉.二维码技术在高校智能化管理中的应用探讨[J].2012.

[3]晏燕，王大程，王前前，孙婷婷.基于二维码的校园考务信息应用方法[J].2012.

[4]滕旭.基于二维码的指纹存储研究与实现[J].电脑编程技巧与维护，2012.

[5]杜海舟，张超，周平.基于指纹识别技术的高校学生日常考勤系统[J].上海电力学院学报，2012.

[6]余兆钗.高校考试身份验证指纹识别系统的设计与实现[J].福建电脑，2013.

[7]冯子衡，邓于，廖长荣.指纹识别技术在校园管理系统中的应用研究[J].重庆文理学院学报，2013.