基于指紋識別技術(shù)的數(shù)字化智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  基于數(shù)字化智能小區(qū)建設(shè)要求，采用指紋識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)小區(qū)居民在社區(qū)進(jìn)行消費(fèi)、停車收費(fèi)及計(jì)量查詢等需進(jìn)行身份識別的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)方案。智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于指紋識別技術(shù)的一個新領(lǐng)域應(yīng)用，是利用小區(qū)局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)各種身份識別應(yīng)用的指紋通管理系統(tǒng)。

　　小區(qū)智能化是一個綜合性系統(tǒng)工程，要從其功能、性能、成本、擴(kuò)充能力及與現(xiàn)代相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用等多方面來考慮。不僅要考慮到系統(tǒng)初期建設(shè)的投資成本，更要考慮到系統(tǒng)未來運(yùn)行的實(shí)用性、可操作性以及系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)的成本。所以，在小區(qū)各項(xiàng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型時要全面考慮各個方面的因素，選用技術(shù)成熟、可靠性高并且有較好性價比的產(chǎn)品是至關(guān)重要的。

　　基于這樣的需求，將指紋自動識別技術(shù)應(yīng)用于小區(qū)醫(yī)院就醫(yī)、小區(qū)超市購物、用電、開水房打水、洗澡、小區(qū)活動室活動、圖書閱覽室借閱期刊書籍、樓宇出入以及小區(qū)出入等方面，取得了較好的效果。主要解決了居民使用證件繁多容易丟失，給生活帶來很多不便的矛盾，采用指紋自動識別技術(shù)設(shè)計(jì)的指紋通系統(tǒng)的應(yīng)用，提升了管理水平，促進(jìn)了管理手段現(xiàn)代化。

　　在小區(qū)管理系統(tǒng)中嵌入指紋自動識別技術(shù)，使用者不用帶任何證件，只需在指紋識別儀上按下指紋，即可辦理小區(qū)居民確認(rèn)身份方面的事情，既方便了使用者，又減輕了工作人員的工作量，從根本上杜絕了盜用和誤用他人證件的現(xiàn)象。而指紋識別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)并不是遙不可及，其指紋識別系統(tǒng)的硬件投資并不大，一般的智能小區(qū)都可以接受。其關(guān)鍵技術(shù)是識別系統(tǒng)軟件的開發(fā)以及識別系統(tǒng)軟件與小區(qū)的管理系統(tǒng)軟件的集成。

　　指紋識別技術(shù)

　　眾所周知，人的指紋具有唯一性和穩(wěn)定性的特征，即每一個人的指紋是獨(dú)一無二的，兩者之間不存在相同的指紋，而且每個人的指紋是相當(dāng)固定的，一般不會隨年齡和健康狀況的變化而改變，因此可以通過指紋識別出人的身份。目前，國內(nèi)外的自動指紋識別系統(tǒng)很多，但其結(jié)構(gòu)大同小異，一般包括指紋的采集與分類、指紋的細(xì)節(jié)匹配及指紋的壓縮與存儲。

　　1.指紋的采集與分類

　　這是自動指紋識別系統(tǒng)（ AFIS） 運(yùn)作的第一個環(huán)節(jié)。通過光學(xué)或CMOS 指紋采集儀將活體指紋的圖像錄入系統(tǒng)，對圖像進(jìn)行分割處理，在保持有用指紋信息基本完整的前提下，剪去一些多余的圖像信息，產(chǎn)生一個相對較小的指紋圖，對該圖進(jìn)行增強(qiáng)處理減弱噪聲，增強(qiáng)脊和谷的對比度，提高圖像質(zhì)量。然后提取圖像的特征，生成方向數(shù)組，再通過指紋分析器，根據(jù)指紋的脊和谷流向，將其分為尖拱類、拱類、左環(huán)類、右環(huán)類及旋渦類等五種或更小的種類屬別。指紋分類的主要目的是方便大容量指紋庫的管理，減少搜索空間，加速指紋匹配過程。

　　2.指紋的采集

　　在指紋識別設(shè)備正常連接后，可以進(jìn)行指紋的登記錄入。在讀者指紋的采集過程中，讀者的指紋需要錄入兩次，第一次采集的指紋和第二次采集的指紋進(jìn)行比對，如果成功系統(tǒng)將正常保存，并添加到指紋識別系統(tǒng)。

　　如果采集的指紋不合格，系統(tǒng)將給出聲音提示。

　　如果識別不合格，保存功能不能使用，需要重新采集。以對所采集的讀者指紋信息在保存到數(shù)據(jù)庫前進(jìn)行雙重質(zhì)量控制。要判斷采集指紋的質(zhì)量，將第二次采集的指紋信息和第一次采集的指紋模板進(jìn)行1：1 的單一比對，以保證指紋的采集質(zhì)量，避免違法、不合格指紋信息存入數(shù)據(jù)庫。

　　3.指紋的細(xì)節(jié)匹配

　　這是自動指紋識別系統(tǒng)核心。在本系統(tǒng)中采用的是Biokey 算法，此算法是一種快速、準(zhǔn)確的1:1和1:N 指紋識別算法，在使用Biokey進(jìn)行指紋識別時2000~6000枚指紋），不需要對指紋通過姓名、PIN等預(yù)先分類就可以在1~5S以下測試都在Pentium III900MHZ+128MB 內(nèi)存環(huán)境下進(jìn)行）內(nèi)輕松完成。

　　4. 指紋的壓縮和存儲

　　為了節(jié)省存儲空間，必須對指紋圖像進(jìn)行壓縮。目前指紋圖像數(shù)據(jù)壓縮算法較常見的是JPEG、WSQ及EZW等，本系統(tǒng)采用Biokey-WSQ基于自適應(yīng)的標(biāo)量量化和小波分解的圖像壓縮算法，該算法用于指紋圖像壓縮時，可以盡量保持指紋細(xì)節(jié)特征點(diǎn)信息，解壓縮后對提取指紋細(xì)節(jié)特征精度的影響較小。WSQ算法在進(jìn)行大壓縮比率的指紋圖像壓縮時，還原解壓后的指紋圖像細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的定位和有關(guān)信息保存的較好，對隨后將要進(jìn)行的指紋識別影響較小。WSQ 壓縮比為1:20或1:15，即一個指紋圖像可以壓縮到6~10K，這個壓縮比例采用這種算法是非常合適的。這樣既節(jié)省了存儲空間，而且在解壓后又不影響模板特征點(diǎn)的提取。將其用于指紋圖像壓縮，并考慮到指紋圖像識別的需要，從盡量保持關(guān)鍵點(diǎn)信息的角度改進(jìn)了該算法。

　　智能小區(qū)指紋管理平臺分析

　　經(jīng)過深入分析和和討論，智能小區(qū)指紋通身份管理采用指紋管理平臺。系統(tǒng)用例圖如圖1 所示。

 

圖1 系統(tǒng)用例圖

　　根據(jù)系統(tǒng)用例圖，設(shè)計(jì)了智能小區(qū)指紋通指紋管理平臺的功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

 

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

　　本系統(tǒng)劃分為三大模塊：即系統(tǒng)操作模塊、系統(tǒng)管理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。在系統(tǒng)操作模塊中設(shè)計(jì)了指紋儀初始化模塊，使計(jì)算機(jī)識別到指紋儀，正常工作時進(jìn)行指紋錄入、指紋編輯、指紋識別和關(guān)閉設(shè)備等操作；在系統(tǒng)管理模塊中設(shè)計(jì)了用戶管理和窗口隱藏的功能；在數(shù)據(jù)管理模塊中設(shè)計(jì)了使用者指紋庫的備份和恢復(fù)功能；并設(shè)計(jì)了在線幫助功能。

　　智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，是在堅(jiān)持先進(jìn)性、實(shí)用性、穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及擴(kuò)展性的基礎(chǔ)上，直接借助小區(qū)局域網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各類商務(wù)收費(fèi)和各種身份識別的應(yīng)用。

　　實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)各類身份識別，采用指紋儀識別身份，所有的證件都取消；實(shí)現(xiàn)身份識別的數(shù)據(jù)共享；實(shí)現(xiàn)小區(qū)車庫的管理系統(tǒng)，圖書閱覽室圖書期刊借閱，小區(qū)餐飲、超市購物及公共浴池的控制管理；三表抄送計(jì)量；小區(qū)醫(yī)院掛號收費(fèi)管理、門禁系統(tǒng)等。

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)對各種應(yīng)用系統(tǒng)或新增系統(tǒng)做接口規(guī)范處理、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而后用智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)的指紋管理平臺軟件編寫統(tǒng)一接口。根據(jù)這一思想設(shè)計(jì)了智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)兩個應(yīng)用平臺即指紋管理平臺、應(yīng)用平臺，其功能如圖3所示。

圖3 功能結(jié)構(gòu)圖

　　1.指紋管理系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)

　　采用Delphi7.0實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的集成。SQL Server2003為數(shù)據(jù)庫支撐。

　　系統(tǒng)采用C/S模式?？梢灾С侄嘤脩敉瑫r操作，與其他的應(yīng)用管理系統(tǒng)做到無縫連接。

　　基礎(chǔ)信息指紋數(shù)據(jù)庫的建立1） 首先，對小區(qū)居民進(jìn)行指紋信息采集，按各種組織機(jī)構(gòu)建立基本的、規(guī)范的、統(tǒng)一的及標(biāo)準(zhǔn)的指紋基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，作為智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)身份識別信息，進(jìn)入數(shù)字化智能小區(qū)指紋通應(yīng)用平臺。

　　2）采用了DLL 技術(shù)，將數(shù)據(jù)庫連接內(nèi)容進(jìn)行了合理有效的封裝。系統(tǒng)如果是初次運(yùn)行，會調(diào)用數(shù)據(jù)庫的自動連接向?qū)?，可以一步一步地指?dǎo)操作人員進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)庫設(shè)定。數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建，是在系統(tǒng)運(yùn)行之前在服務(wù)器端創(chuàng)建支撐系統(tǒng)運(yùn)行的初始化數(shù)據(jù)庫，程序運(yùn)行需要的各類信息都將在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時自動完成。

　　3）指紋信息的采集、識別過程實(shí)現(xiàn)語音提示，當(dāng)用戶的指紋被采集之后如果質(zhì)量不合格，系統(tǒng)將提示登記失敗（ 語音），并在窗體的狀態(tài)欄顯示登記信息。如果登記成功，系統(tǒng)則提示登記成功（ 語音），并自動轉(zhuǎn)入指紋的識別狀態(tài)，同時在狀態(tài)欄中給出提示信息。這種操作方式，可以方便有效地提示操作人員和用戶的行為。指紋的采集是將用戶的指紋信息采集到數(shù)據(jù)庫中以便日后進(jìn)行識別、編輯等維護(hù)。

　　2. 應(yīng)用平臺設(shè)計(jì)

　　智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)應(yīng)用平臺，采用智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括小區(qū)車庫的管理系統(tǒng)，圖書閱覽室圖書期刊借閱，小區(qū)餐飲、超市購物及公共浴池的控制管理；三表抄送計(jì)量；小區(qū)醫(yī)院掛號收費(fèi)管理、門禁系統(tǒng)等連接。

　　通過小區(qū)指紋通系統(tǒng)應(yīng)用平臺進(jìn)行門禁管理，采用網(wǎng)絡(luò)指紋門禁控制系統(tǒng)，由多個門禁控制子系統(tǒng)和安裝在物業(yè)管理中心的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和一個管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)連接組成，每個門禁控制子系統(tǒng)由一臺門禁控制器和若干臺指紋識別終端和若干臺指紋鎖控器構(gòu)成，分別安裝在小區(qū)出入口及樓道出入口及住戶。門控制器對用戶的指紋進(jìn)行比對分析，并負(fù)責(zé)將用戶信息等資料上傳至管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)。用戶的指紋核查通過后，門禁控制器命令指紋鎖控器控制電鎖開門。

　　通過小區(qū)指紋通系統(tǒng)應(yīng)用平臺進(jìn)行小區(qū)停車場管理，在出入口采用嵌入式道閘，由電子道閘和計(jì)算機(jī)道閘控制軟件兩部分組成。電子道閘包括信息提示顯示屏、道閘本體、閘桿控制器和嵌入式指紋按鈕模塊（指紋采集器），出、入庫時，司機(jī)只需遙下車窗，用手指按下設(shè)置在旁邊的指紋閘桿控制器上的指紋按鈕，司機(jī)的指紋核查通過后，閘桿控制器就會控制閘桿抬起，并進(jìn)行相關(guān)記錄。

　　在該智能小區(qū)指紋通管理平臺的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)預(yù)留的擴(kuò)展接口和智能控制可以實(shí)現(xiàn)與小區(qū)現(xiàn)在已運(yùn)行的各類應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行互通，形成全小區(qū)范圍的數(shù)字化管理空間和共享環(huán)境。

　　結(jié)束語

　　在科學(xué)技術(shù)向前發(fā)展的今天，數(shù)字化智能小區(qū)的建設(shè)給我國住宅小區(qū)的智能化管理帶來了嶄新積極的變化，使得小區(qū)智能化管理又邁上了一個新的臺階。通過設(shè)計(jì)智能小區(qū)指紋通管理系統(tǒng)，首先在小區(qū)圖書閱覽管理及停車場管理等系統(tǒng)中得到應(yīng)用，這一成果的取得證明智能小區(qū)指紋通系統(tǒng)的建設(shè)有著廣泛的應(yīng)用前景。