基于视频与指纹的开放实验室管理系统设计--金针徐风瑞.pdf

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1、僵息技术与 僵患他 醛羲皿同 罪 基 于视 频与指纹 的开放 实验 室管理 系统设计 Th e Ma n a g e me nt I n f o r ma t i o n S y s t e m De s i g n o f Op e n La b Ba s e d o n Vi d e o S u r v e i l l a n c e&F i n g e r p r i n t I d e n t i fic a t i o n 宋大雷 房钦正李艳 丽魏军 S O N GD a l e i F A N G Q i n-z h e n g L I Y a h l i WE I J u n d

2、 o i：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 29 5 2 8 2 0 1 0 0 2 0 0 6 摘 j要 为进一步加强教学开放实验室的管理，提高设备利用率，本文提出了一种基 于视频监控与指纹门禁的教学 开放 实验室管理信息 系统，系统采用 N E T编程环境 与 S Q L S e r v e r 数据库 系统，构 建 了 B S和 C S相 结合 的软件结构模式。该系统在远程视频监控和指纹门禁系统的基础上，通过教学开放实验室管理 网站，实现 了网上实验预约和审批、实验报告的提交和批改、在线答疑、远程视频监控及指纹门禁等功能 提高了开 放实验室的教学管理效率，为学生创新

3、能力培养提供 了良好的环境。=关键调 视频监控指纹门禁A S P N E T 开放实验室 Abs t r a c t A ma n a g e me n t i n f o r ma t i o n s y s t e m o f t h e o p e n l a b o r a t o r y ba s e d v i de o s u r v e i l l a nc e an d fin g e r p r i n ta c c es s c o n t r o l i s d e s i g n e d，i n o r d e r t o i mp r o v e t h e ma

4、n a g e me n t l e v e l o f o p e n l a b o r a t o r y a n d t h e u t i l i z a t i o n r a t e o f e q u i p me n t T h e s y s t e m a d o p t s Mi c r o s o f t V i s u a l S t u d i o N E T 2 0 0 5 a n d d a t a b a s e s y s t e m o f S Q L s e rve r 2 0 0 0 I t u s e s a c o m b i n a t i o

5、 n o f f l e x i b l e s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e mo d e l o f t h e B S a n d C S T h e s y s t e m c a n p e rf o r m t h e f u n c t i o n s s u c h a s e x p e r i me n t o n l i n e r e s e rva t i o n a n d a p p r o v e，o n l i n e s u b mi s s i o n a n d r e v i e w o f e x p e

6、 r i m e n t a l r e p o r t s，o nl i n e Q&A，r e m o t e v i d e o s u r v e i l l a n c e a n d fi n g e rpr i n t a c c e s s c o n t r o 1 h n o t o n l y i m p r o v e s t h e t e a c h i n g ma n a g e me n t e ffi c i e n c y，b u t a l s o p r o v i d e s a f a v o r a b l e e n v i r o n me

7、n t t o ma k e c o n t r i b u t i o n t o t h e t r a i n i n g o f i n n o v a t i o n a b i l i t y o f t h e s t u d e n t s Ke y wo r ds Vi d e o s u rve i l l a n c e Fi n g e rpr i n t a c c e s s c o n t r o l ASP NET Ope n l a b o r a t o r y 本系统是在高校教学实验室逐步进行开放管理 的背景下提出的，其 目的是增加实验 室设备 的利用 率

8、，在时间和空间上弥补设备数量的不足。同时，高 校校园网的普及和教育信息化 的发展，为解决高校 实验室的开放提供 了很好 的信息化基础条件，便于 我们应用信息化手段改造现依赖人手的实验室教学 管理模式。我们基于远程视频监控技术和指纹门禁 技术，建立了一套教学开放实验室信息管理系统，该 系统应用后，不但可以实现计划 内实验课程的开放，还可以给有余力的同学 开放计划外学时，由此学生 可以拥有一个开放 自由的实验环境，指导教师可 以 在时间和空间相对 自由的情况下对学生进行 指导，从而深入实验，确保实验教学环节的效果，为培养学 生实践动手能力和创新意识提供 自由的实验环境。本系统采用远程视频监控子系统

9、与指纹门禁子 系统来保证实验室的安全性与开放性。随着信息技 术的发展，传统的门禁系统如磁卡门禁、密码 门禁，由于鉴别方式、速度和性能等方面的限制，在安全性 与便捷性上不能满足未来需求。随着识别技术的不 中国海洋大学 山东青岛2 6 6 1 0 0 断成熟，基于人体生理特征 的身份识别系统逐渐被 人们开始采用。目前，从实用角度看，指纹识别技术 要 比其它生物识别技术更安全和方便，这是因为人 的指纹具有唯一性、不变性以及贴身 l生的特点，而虹 膜 门禁尽管技术先进，但价格较高，不适合本系统采 用。视频监控系统既可 以在线实时了解学生实验情 况，也可以查看历史视频，可 以实现问题追踪。指纹 门禁系统

10、可以在学生预约实验后，实验室管理员批 准其请求并分配好组，整组分配门禁时间，只有在此 段时间其指纹才有效，其 签到时间可保存于指纹 门 禁机并可定时传送至数据库，更新签到情况。1 系统总体方案设计 1 1 系统网络拓扑图 常用软件结构有 C S模式 和 B S模式。根据 实际需求有时必须找到一种折衷 的解决方案，既要 解决广泛的信息共享与交互，又要实现对数据的严 密和有效的管理。因此系统整体设计 为 B S结 构，便于用户客户端通过浏览器即可访 问，而在设计 指纹门禁子系统时，为保证指纹录入和管理的安全 性，采用 了将 B S模式和 C S模式相结合的较为灵 Q Q 生 篁 塑 团 信息技术与

11、佰息亿 活的方式，子系统管理采用 C S模 式，查看考勤采 用 网站 B S模式。开放实验室教学管理 系统 网站结构基于 B s 结构，如 图 1，选择两个服务器分别做主服务器与视 频服务器，主服务器 的功能包含 网站服务器、教学管 理信息数据库和指纹 门禁管理系统；视频服务器用 于视频信息的存储与查询，根据存储的时间配置较 大的硬盘容量。指纹门禁用于学生进入开放实验室 信息的采集，进行身 份识 别，确保学 生本 人进行实 验；摄像机用于视频信息的采集，可以进行实验情况 的视频录入，也可以进行实验室运行状况的监控；实 验室终端用于学生实验情况的录人和与指导教师的 交互；远程终端用于学生预约实验

12、，教师与学生的交 互和实验室管理的登录，通过校园网，教师和学生通 过浏览网页的形式访问实验室网站，无需任何客户 端软件。户外实验楼大门的指纹门禁用于用户在夜 间利用指纹进入实验楼。图 1 系统 总体结 构 图 1 2 数据库设计 开放实验室管理系统的数据库包含实验管理数 据库、视频管理数据库和指纹门禁管理数据库三个 图 2 系统数据 库 结构 图 子库。如 图 2所示，其设计有学生表、教师表、管理 员表、课程表、学生留言表、老师留言表、老师 回复留 冒!生 箜 塑 言表、实验任务表、实验报告、实验报告格式表、摄像 机列表、预约表、指纹表、签到表等表。2主要相关技术 2 1 A S P N E

13、T技术 A S P N E T是建立在公共语言运行库上的编程 框架，可以用于在服务器上生成功能强大的 We b应 用程序，且 A S P N E T应用程序都可以完全使用 NET Fr a me wo r k J。AS PN E T运行时首先会通过客 户端计算机向I I S 服务器发送一条 H T Y P 请求，此请 求被 I I S服务器接受后，I I S会确认请求页面的类 型，为其加载对应的 d U文件，然后在处理 的过程中 将这条请求发送给可以处理此请求的模块 H t t p H a n d l e r。当请求在 H t t p H a n d l e r 模块中处理后，会按照原 来的顺

14、序返 回给 H T I P，把执行 的结果生成 H T ML网 页文件传给客户端的浏览器。这样就完成了 A S P N E T的整个运行过程。服务器端的 H t tp H a n d l e r 专门 用于处理 a s p x 文件。I I s将请求发送 给 H t t p H a n d l e r 模块之前，还需要经过一些系统默认的 H t t p Mo d u l e，这样做不但提高了安全 I生和运行效率，而且能够在更 多的环节上进行控制，增强控制能力。A S P N E T支持 多 种语 言，包括 V i s u a l B a s i c N E T、c#、J s c r ip t，

15、比较常使用 c#编辑 A S P N E T应 用。由于 A S P N E T支持多种语 言，所以无论 V B程 序员或 c+程序员都可 以轻松开发 A S P N E T程 序。2 2 A D O N E T技术 A D O N E T是在 N E T编程环境中优先使用的 数据访问接口_ 4 J，它提供 了一种全新的数据库访问 机制，使 得数据库 编程 变得相 当容 易。A D O N E T 为用户提供 了两种数据访 问模式：连接模式和非连 接模式，连接模式是传统的利用 A D O技术进行数据 连接编程，在非连接模式下的数据访问，应用程序从 数据源获得所需 的数据，然后断开与原数据源的连

16、 接，并将获得 的数据以 X ML的形式存放。当应用程 序处理完数据后，它再取得与原数据源的连接并完 成数据的更新。A D O N E T非连接模式核心是 D a t a-S e t 类，数据集对象以 X M L的形式存放数据，其可以 有多种渠道来源，不需要考虑数据源的位置。3 功能模块设计 3 1 远程视频监控模块 视频监控模块由摄像机、视频解码器和视频服 务器组成，本子系统采用 B S结构，用户可 以在 僵患技术与 佰患亿 圈醛重 啊同 噩 计算机终端的浏览器登 陆应用服务器，应用服务器 再连接视频服务器，然后查看实时视频及 自行选择 时间段 的历史 视频 资料。视 频解码 器选 用 S

17、m a r t-s i g h t$1 6 0 0 e系列，首先在视频服务器上安装配置视 频服务器端软件和视频数据库。解码器与视频服务 器之间的通信协议支持 T C P和 U D P，可以选配。系 统可以支持 3 2路视频，MP E G一 4压缩格式传输，视 频 1 3 0帧每秒，配置有 1 0 1 0 0兆 自适应 网 口，支 持 I S D N，P S T N，或 x D S L技术的因特网路由器。该模块支持受控的全球摄像机和固定 的半球摄 像机，视频信息可 自动存储 于视频 服务器 中。如图 3所示，当用 户在客户端 访 问该模块 时，是 通过 向 I I S服务器发出请求，而后经 A

18、s p n e t I s a p i 映射调用 相应的应用程序域，应用程序域通过 C L R H t t p R u n t i m e 调用视频服务应用程序，首先连接视频服务器，通过 A D O N E T将所选历史视频的时问段给历史视 频函数的时间参数，并连接视频数据库调用相应视 频片段；通 过 O D B C(开放数据库互连)访问视频数 据库并调用视频播放器查看实时视频图像。客户层 WE B层数据层 AI xl N盯 视频 O D B C 服务 s q l 器应 S E R V E R 2 咂】用程 s Q t 序 图 3视 频监 控模 块 结构 图 3 2 指纹门禁模块 指纹门禁模块

19、 由指纹门禁考勤机、电锁、出门开 关组成，用于实验室和实验楼 大门的指纹 门禁。其 中为保证指纹考勤机在室外也能正常工作，户外实 验楼 门门禁用 防水级别 为 I P 6 5级的专用户外指纹 门禁机。该子系统采用 B S模式与 C S模式相结合，B S模式用于教师查看考勤 和学 生预约实验；C S模 式下用于服务器管理指纹 门禁机，设定用户管理、门 禁组设置、考勤记录下载管理、数据维护及系统预初 始化。指纹门禁管理子系统的服务器端在系统主服 务器上，它可 以网络连接系统上的多个指纹门禁机，运行结构图如图4所示，客户可 以在客户端 通过访 问管理网页预约实验时间的 申请和查看到 自己的出 勤情况

20、，但不能直 接修改数据库数据。实验 室管理 员可在服务器端批准该请求，并把预约时间、门禁组 等信息存于数据库并更新指纹门禁机的信息，这样 学生就可在规定的时间段 内通过指纹触动指纹门禁 机的触摸板打开电锁进入实验室做实验，系统会 同 步记下该时间，系统会定 时通信更新考勤数据。指 纹 门禁机还有实时监控工作模式，可在服务器端实 时显示 门禁信息和考勤记录。客 户层 WE S 层数据层 客户层 图 4指纹门禁模块结构 图 4系统网站设计 系统管理网站基于 A S P N E T技术，编程环境为 Mi c r o s o f t V i s u a l S t u d i o N E T 2 0

21、0 5与 S Q L s e r v e r 2 0 0 0 数据库系统，采用 c#编程语言，根据访 问成员 的角 色，我们设 计 了 四个 不 同的模块 来 满足 差别 的需 求 J。在登陆 时即可选择 自己的角色进 入相应 的 网页，进行各 自操作。4 1 学生模块 学生可进行远程登 录，通过选择教师安排 的本 学期实验任务提前进行预约实验，预约实验成功后，可在网上查看该实验的主要实验任务，也可下载该实 验课程的详细实验指导书，然后就可在预约的时间内 到实验教室进行实验，做完实验后，按照实验报告要 求完成实验报告，在 网上提交 自己电子版的实验报 告，并且可以在网上实验 留言板给教师留言，

22、说明 自 己不明白的问题，在教师回复自己留言后就可以查看 答案。学生预约实验的操作流程图如图 5所示。数据库 图 5 学生预 约实验 的操作流程 图 4 2 教师模块 教师远程登录实验室监控系统，可 以在网上远!Q 生 箜 塑 国 虱暖拥僵患技术与信息亿 程做教案，安排学生实验任务、实验时间，并且可 以 远程监控学生做实验，对学生所做实验细节有所 了 解，以便对学生做实验过程中遇到的问题在实验 留言 板上做以解答，并且下载查看学生实验报告 内容，并 且可以翻看历史视频，对学生做实验起到了一定监督 作用。教师回复学生留言操作流程图如图6所示。敦据厍 图 6 教师回复学生留言操作流程图 4 3 实

23、验室管理员模块 实验室管理员可以通过在线视频和历史视频对 实验室各机器设备进行监控，以便对实验室 的设备 进行维护和保护。管理员可以对课程、用户、其他管 理员进行管理，对实验室留言板的内容进行清理，对 实验报告格式进行上传，以方便学生下载实验报告 格式。实验室管理员编辑学生信息操作流程图如图 7所示。数据厍 图 7 实验室管理员编辑学生信息操作流程图 4 4 系统管理员模块 系统管理员模块管理学生用户、教师用户和实 验室管理员用户，用于管理学生用户、教师用户和实 验室管理员用户的权 限，可 以组操作也可以对单个 成员进行编辑。其可管理的模块包括首页、在线视 频、历史视频、添加课程、编辑课程、添

24、加学生用户、编辑学生用户、添加教师用户、编辑教师用户、添加 管理员、编辑管理员、修改个人信息、实验报告格式、实验指导书、发布新 闻等。以此通过在客户端显示 国!圭 复 塑 有限的几个功能模块，控制客户的权限，提高系统管 理的灵活性。5 系统发布及常见问题 系统选择一台主机作为网站服务器，装上 I I S 6 0及 N E T F r a m e w o r k 2 0，同时要安装 S Q L S E R V E R 2 0 0 0数据库和指纹门禁管理软件，已生成的网站文 件夹拷进服务器硬盘，打开 I I S服务器，更改默认 网 站的属性，输入服务器 I P地址作为网站地址；更改 主目录，把本地

25、路径换成已生成的网站的路径；添加 网站中的 l o g i n a s p x 为首页文件名。网站所需共享 资料可通过添加虚拟 目录来实现；最后在校园网任 一台联网计算机上打开 I E浏览器，在地址栏输入管 理服务器 I P地址，出现 系统登陆界 面，选择客户类 型，输入帐号即可进入管理界面，网站发布成功。系统配置时遇到的情况是：若 N E T F r a m e w o r k 在I I s 之前安装，需要手工注册I I S；系统需连接数据 库，且若数据库与网站不在同一台服务器上，服务器 的连接设置中数据库位置由所在主机的 I P取代 l o c a l h o s t。I P配置根据智 能

26、网络设备 的特点每 台机器需 要一个校园网 I P 地址，但学校 I P有限，为了大规模 推广应用，本系统根据实际实验室网络环境下，用路 由器端 口映射访问视频解码器和指纹 门禁机，为其 分配路 由子网 I P，节省了校园网 I P地址。6 结束语 本文设计 的基于视频监控与指纹门禁 的开放实 验室教学管理信息系统已在中国海洋大学自 动化与 测控系进行运行，视频监控远程访问正常，指纹门禁 安全方便，网站系统具有界面友好、使用方便、权限 分明、通用性好等优点。该系统不仅提高了实验室 的信息化管理水平和效率，而且为探索信息化条件 下高校教学开放 实验 室管理模式提供 了很好 的平 台，有助于培养学

27、生的实践动手能力，为创新型人才 培养提供保障。参考文献：1 余远波，林先念，王伟全，黄世 杰，黄旭 基于 N E T的实验 室信息管理 系统研 究 现代 电子 技术，2 0 0 8年第 4期：5 6 5 8页 2 彭月平，张娟子，袁涛 基于C S 和 B S结合模 式的实验 室信息管理 系统的设计微电子与计 算机，2 0 0 6年第2 3卷第8期：1 8 71 8 9页 (下转第3 5页)僵息技术与 信息亿 鹾吾 啊臃&n u mp r o c s)；MP ICo mmr a n k(MP I C O MM 一一WO R L D，&m y i d)；MP IGe tp r o c e s s

28、o r n a m e(p r o c e s s o r n a me，&n a me l e n)：Wh i l e(!d o n e)I f(m y i d=0)以以时间表示为：S P=T 1 T P。这里 T 1表示单机执 行时间；T p表示并行 系统 所用时 间。相 应并行效 率可定义为：E P=S V P式中 P为处理器数。处理机台数 运行时间(秒)误差 加速比 2 0 8 71 2 6 4 0 0 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0 O 01 7 2 l 1 9 5 6 3 0 5 6 4 5 4 7 O()0【x x)0 O 0 0 0 0 0 01 41 2 2 3 7

29、8 4 0 4 3 8 9 7 5 0 0 0 o 0 o 0 O 0 O o 0 0 0 l 1 2 1 2 9 8 7 p r i n t f(“E n t e r n u m b e r o f i n t e r v a l s(0 q u i t s)”)从表 中可 以看 出，在不 同处理机下，本程序测试 m u s h(s t d o u t)：系统的加速比接近最大加速比，并行效率较高，通信 s c a n f(d，&n)；量较少。证明系统可以达到一个比较好的效果。f c 址士 ：墨 MP I Bc a s t(&n，1，MP I I N T，0，MP I COMM 口 WO R

30、L D)；广播并且计算 随着并行计算 的广泛应用，集群计算系统的设 S t a r t wt i me=MPIWt i me()；计也受到广泛的重视。本文的主要工作是利用实验 h=1 0(d o u b l e)n；室现有 的硬件和软件资源，研究并设计了基于 L i n u x s u m=0 0；平台的集群计算 系统。但本文设计的集群系统还不 f 0 r(i=m y i d+1；i=n；i+=n u n 一 完善，基于本文的并行系统可以对 系统作如下的完 p r o c s)善和扩展工作：能够处理复杂 的 M P I 并行作业；并 行计算环境 的节点资源有效管理；负载平衡调度。x=h (d

31、o、u b l e)i一0 5)；参考文献：s u m+=t(X)；1 都志辉，李立三高性能计算并行编程技术 m y p i=h s u m；一MP I并行程序设计 M北京：清华大学 MPIR e d u c e(&my p i，&p i，1，MP I D O U B L E，出版社，2 0 0 1 MPIS UM，0，MPI COMMWO R L D)；归约 2 h t t p：t i m z b l o g b u s c o m i f(m y i d=0)3 张艳 分布式并行 算法设计、分析 与 实现 电 e n d t i me=MP I Wt i me()；予科技 大学博士学位论文

32、，2 0 0 1 p r i n t f(“p i i s a p p r o x i ma t e l y1 6 f”，p i)；输 4 陈国良，安虹等编著 并行算法实现 北京：高 出 叮 的值 等教育出版社，2 0 0 4 p r i n t f(“w a l l c l o c k t i me=f n”，e n d t i m e=作者简介 袁景艳：女，山东 德州，硕士研究 s t a r t i m e)：生，主要研 究方向：并行 计算，MP I，小波分析；刘方 M P I F i n a l i z e()；结束 M P I 爱：男，教授，博士生导师，主要研究方向：并行计算，用上面

33、的 MP I 程序来测试集群的性能，运行结 网格等；赵芳芳：女，山东 临沂，硕士研 究生，主要研 果如下：究方向：非真实感绘制，多分辨率技 术等。加速比 S p的计算公式在不考虑通信开销时，可(收稿 日期：2 0 0 8 0 31 1)(上接第 2 4页)3 王 有 礼 编 著A S P N E T 2 0 完 全 开发 指 南 基于 C#北京：科学 出版社 2 0 0 7 1 1 7页 4 (意)D i n o E s p o s i t o著，施平安译 A S P N E T 2 0 技术内幕 清华大学出版社，2 0 0 6 2 1 7 2 6 1百 5 李鹏飞，许 照炬 基 于 N E T的 网络指纹 门禁 系统的设计与 实现 安 防科技 2 0 0 6年第 l 2 期：2 42 7页 作者简介 宋大雷，副教授，中国海洋大学 工程 学院。(收稿 日期：2 0 1 00 3 0 5)