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      1. 北京電子監考案例解析

        2009-09-07 11:24:00 來源:安防知識網
        安全自動化雜志征稿

        本文以北京教育考試中會考遠程電子巡查系統為例,針對甲方需求和建設難點,詳細介紹該電子監考解決方案的具體特色和功能,以及實際應用情形和行業發展新方向,給讀者以啟示。

        概述
            為提高國家教育考試的管理效能,給國家教育考試的安全運行以充分的技術保證,在2007年教育部考試中心提出建立“國家教育考試網上巡查系統”,建立覆蓋全國各級**和考點的視頻監控網絡,實現考試過程和保密室的監控指揮,隨之3月下發《國家教育考試網上巡查系統視頻標準技術規范》、《國家教育考試考務管理與服務平臺階段目標》,使原本風風火火、各地為王、廠家烽煙四起、競爭刀光劍影的電子監考突然安靜了下來,山雨欲來風滿樓!

        項目背景
            北京教育考試院于2005年正式啟動北京教育考試遠程電子巡查系統,2005年完成了北京市考試試卷保密室監控系統;2006年完成了北京市高考考場巡查監控系統;2007年完成了北京市成人招生考試和自考考場監控系統;在2008年開始建設《北京教育考試中會考遠程電子巡查系統》項目,此項目要在充分利用已建考點考場資源的基礎上,增加、擴充部分考點、考場及各級監控平臺,以實現全市考點考場巡查監控,各級各類遠程電子巡查系統考點的室外點及考務室點巡查監控,統一北京地區各級各類遠程電子巡查系統標準,實現市、區、校及與教育部考試中心的互通互連。

        甲方需求與建設難點
            北京教育考試中會考遠程電子巡查系統是北京教育考試遠程電子巡查系統的重要組成部分,項目建設最大的需求是整合現有的電子監控系統和巡考系統,兼顧其他教學應用,建成統一的教育考試電子監控和管理平臺,兼容高考、成自考系統,實現一套軟件平臺兼容北京市各級各類遠程電子監考巡查系統。

        建設難點如下:
        ?實現全市教育考試網上巡考,真正實現教育考試公平、公正、公開。建立一套三級結構的遠程電子巡查系統的解決方案,實現考點校、區縣、市考試院的三級考場視頻遠程電子巡查管理系統;
        ?系統還要能滿足多種網絡的接入要求,包括局域網、校園網、城域網、ADSL公網等。各區域學校考點網絡環境極其復雜,該系統應該能適應多種考試類型的要求,包括高考、自考、成人考試等,同時向管理人員提供音視頻、考生信息、考試信息等。這些信息應該自動保持同步功能。為管理人員提供方便地數據錄入、查詢、管理方法。在考試結束后,管理人員應該可以方便地查詢定位錄像文件,提供在線查詢、點播,在線下載等功能;
        ?北京城區面積大,學校分布散,考點眾多,系統巡檢、維護升級困難多;
        ?部分考點、保密室或校區已存在安防設備,如何兼容,利舊;
        ?如何發掘電子監考系統的潛在資源,發揮其更多的作用,兼顧學校教學方向的需求;
        ?高考的重要性、保密性不言而喻,眾多用戶的權限驗證至關重要,如何分配和管理、查詢、記錄、至關重要;
        ?如何將被動視頻監控,被動預警機制提前到主動方式。主動為電子監考提供安全服務。

        解決方案具體特色和功能
            目前市面上的大部分廠家,提供的都是安防監控產品,以滿足用于對監控的需求,以片面地達到電子監考系統所要求的最基本的視頻監控需要。但是電子監考作為一個行業性的系統,不是拼湊,也不是監控系統的復制、粘貼。需要有自己的行業理念,有自己的解決方案,有前瞻性的系統剖析。

            以北京電子監考系統建設為例,天地偉業參與從2005年至2008年北京教育考試遠程電子巡查系統全程建設,包括從前端設備的提供,到后端平臺的建設。其針對北京教育考試院成電子巡查系統建設過程中諸多問題以及客戶發散性的業務需求,其提出了具有行業前瞻性的解決思路。[nextpage]

        多級聯網
            多級聯網難點在哪?第一,多用戶點對點訪問,容易產生網絡風暴;第二,同時并發訪問同一視頻點時,占用帶寬大;第三,音視頻、報警信息上傳數據延時;第四,多種網絡環境下視頻質量無法保證。

        圖1 多用戶同時訪問前端模式


        圖2 代理轉發模式


        圖3 逐級轉發模式
            一般的產品,在局域網內,有客戶端在訪問前端視頻編碼器的視頻時,有幾個客戶端訪問,視頻編碼器就發送幾路視頻數據給客戶端(如圖1);這種情況下,如果采用多播的網絡方式,由于目前的網絡環境大多是局域網,多播方式很容易產生網絡風暴,并急劇下降網絡性能,如果采用單播方式,對視頻編碼器端的網絡壓力就會很大,并且視頻編碼器大多是嵌入式網絡產品,網絡性能一般,這樣,為了保證整體性能,就要減少并發訪問的用戶數量。

            為了解決這個問題,有兩個方案,一是局域網內的代理,就是在局域網內部部署一個高性能的服務器,所有客戶端對前端的訪問都由此服務器來轉發(如圖2);這樣,無論有多少客戶端,從前端只發送一路視頻數據流,由轉發服務器分出多路視頻數據流給各個客戶端,這種方式內部網絡性能將有保證,僅需配置性能較好的PC服務器。

            再就是視頻數據逐級轉發的機制(如圖3),即第一個客戶端在訪問前端視頻編碼器時,視頻流數據是由編碼器直接發送給它,當第二個請求時,視頻數據流自動由第一個給第二個轉發,當第三個客戶端請求時,視頻數據量由第二個給第三個轉發,依此類推,當中間某個環節斷開或者出現故障時,系統會自動跳過故障點,維持整個轉發路徑的通暢,在這種模式下,每一級跳轉在1毫秒內完成,即第10級用戶和第一級用戶相比,延時不會超過10毫秒。[nextpage]

            針對視頻質量問題以及占用帶寬問題,系統可實現多級代理轉發方式。在寬帶網上,由于帶寬的限制,區和市級領導在觀摩學校視頻時,可以根據各地出口帶寬的不同,選擇不同的代理服務器。在觀摩學校時,直接通過學校的代理服務器來轉發視頻數據,市級領導同時也在觀摩此學校時,如果學校出口帶寬較高,可以選擇直接使用學校的代理服務器轉發如圖4所示,如果學校出口帶寬較低,同時并發兩路數據存在困難,市級領導在觀摩時,可以選擇區的代理服務器來轉發,緩解低帶寬節點的網絡壓力。

         
                                        圖4 用戶訪問模式流程

        復雜網絡
            目前,困擾電子監考市場發展的主要因素就是缺乏良好的網絡基礎環境,而雙碼流(如圖5)則是對網絡視頻監控的一次提速,其難點主要體現在現有不充裕的網絡資源現狀下,如局域網、校園網、城域網、ADSL、公網等環境下,網絡帶寬的有效占用以及如何在有限的帶寬資源條件下確保視頻監控系統的穩定性和圖像質量等方面。大規模的電子監考系統通常包含成百上千臺攝像機,它們將產生海量的視頻、音頻、報警以及管理數據,而這些數據都必須通過網絡來傳輸,而通常用戶所能獲得的網絡資源總是有限的,因此必須采用有效的方法來確保傳輸系統的穩定運行。

            傳統意義上的雙碼流采用一種碼流用于網絡傳輸,一種碼流用于高品質實時存儲,同時兼顧本地存儲和遠程網絡傳輸。該項目創造性地將雙碼流技術拓寬應用,實現任意碼流格式選擇編碼,即在編碼時不再指定碼流,可實時選定碼流進行H.264/MPEG4高壓縮比編碼, 不僅實現了雙碼流傳輸、存儲,還涵括了任意選擇碼流實時壓縮、并存。首先拓展單一的碼流選擇方式,即在編碼時不再指定碼流,可實時進行H.264/MPEG4格式的高壓縮比編碼。其次任意選擇碼流實現傳輸和并存,支持定碼流和變碼率。這種雙碼流的提出具有非常現實的意義,它在現有網絡瓶頸下兼顧了圖像質量和傳輸質量。

            雙碼流的實現,同時也為本地存儲掀起了新的一頁。分別編碼,另行存儲,根據網絡帶寬靈活選擇碼流大小,讓本地高清存儲與低碼流傳輸并存有了可能。


                               圖5 雙碼流說明示意圖

        [nextpage]系統維護
            諸如北京電子監考類似的大型電子監考項目,共同的特點就是區域大,考點多,分散廣,給項目的巡檢,維護,升級帶來了很大的工作量,為此提出了以下的解決方案。

            網絡同傳方式:在考試中心建立軟件升級服務器,各區縣的考點內布署的升級客戶端自動向中心端注冊本地信息,通過此升級更新網絡共同維護各個節點所使用軟硬件信息,自動匹配是否符合最新軟件標準,若中心端已經更新最新軟件版本,此時軟件升級服務器將以網絡同傳的方式向所有低于此版本的節點用戶發送最新軟件升級信息,并將升級軟件下載到各考點,并在本地自動升級軟件版本。

            在線下載方式:可在各級考試中心設立軟件中心服務器(WEB),服務器內提供最新版本軟件、硬件信息;各種工具軟件;各級節點用戶可通過在線下載方式,滿足自身功能需求;并可通過在線幫助方式,需求技術幫助。

            硬件驅動升級方式:提供虛擬桌面功能,遠程協助用戶對硬件進行升級更新。

        中考系統與高考、成自考系統建成后,建立統一的管理維護管理軟件,其中功能包括:
        ?IP地址檢測功能:網絡中斷或者IP地址更改造成視頻連接中斷,一旦網絡暢通或者IP地址修復后,視頻和控制信息立刻自動連接恢復,無需人為操作;
        ?市或區考試中心可對下屬任意一點連接上視頻的考場進行IP地址遠程維護;
        ?數據庫容錯機制,可對各種考試系統的數據庫進行檢測、修復;確保統一數據庫在新老系統中的準確應用。

        資源利用
            利用學校現有的視頻資源以及電子監**,通過學校局域網,以及廣域網可以實現:教育培訓電視臺、視頻監考系統、遠程視頻教學管理、家校互聯及班級管理系統、學校公開課教學管理、教師(班級)網上辦公室等方面,豐富管理手段,增進信息共享及交流。

            實時的網絡直播教室。可實現教學實況現場直播及錄制信息的點播重放。適應多種數據格式和帶寬,制作時可同時選擇多種帶寬進行壓縮,播放時課件可以根據實際帶寬自動調整播放水平,適用于大范圍教學的直播活動。

            遠程多點交互功能。可實現校內校外同步學習,同時接入的學生數(或教室數)可方便地擴充。學生之間、師生之間均可通過電子白板、討論組、聊天室及電子郵件,以文字、圖形、音頻和視頻等方式進行交流,適用于重要的學術交流和教學答疑場合。

            完全的教學現場還原。擁有特有的桌面同步技術,將教師視頻同教學課件視頻流(數字化)及教學現場同步傳送,學生端可在較窄的帶寬條件下(一般100K~300K)看到教師影像的同時完整無損地看到教師操作課件的全部動作和過程。

            智能化的課件自動錄播系統。可以WEB方式根據直播列表遠程自動采編、發布課件并實時遠程監控全部過程,支持視頻、音頻、文本、圖片合成為Rich Media課件。

            WEB的N-tier網絡分布式結構技術,實現全瀏覽器操作 良好的擴展性。支持可定制的用戶界面,支持PC、STB和PDA終端類型。支持二次開發(包括教學管理及課件制作、播放等方面)。

            在學校公開課觀摩、點評、推廣方面能發揮重要作用。觀摩人員可以在自己的辦公電腦前觀摩公開課,并且可以邀請學生家長或各級領導在網上進行觀摩,不受地方限制。在公開課點評環節,可利用網絡視頻的錄像及播放功能進行細節點評。優秀公開課也可以做為教學資源保存下來,并利用網絡視頻點播和廣播功能為教師和學生服務。[nextpage]

            網絡視頻系統可以說是最好的溝通學生、教師、家長、學校的家校互聯及班級管理工具。學校老師可以在校園網內發布各種共享信息和通知,便于對學生的管理。家長也可以通過廣域網有針對性查看自己孩子在校內的生活、學習、活動情況。

            利用網絡視頻功能強大的信息共享和互動功能,特別是視頻錄像、點播、廣播功能,可以為學校搭建最有特色的網絡電視臺,成為學校形象宣傳和互動管理的強大工具。

        權限控制
            對于電子監考的保密,重要性不言而喻,這個不是任何人、任何單位都可以隨意瀏覽觀看、控制、操作的,也不是隨意在軟件中設置用戶名和密碼起到一個所謂的權限管理的。目前部分電子監考項目室內安裝兩個監控點:一個廣角攝像機,用戶全景監看;另一個動點監控點,平時也可用于多媒體互動教學。但如果沒有嚴格的密碼驗證服務,那么人為任意進行控制,很有可能直接影響考試監考的有效性,并可能造成侵犯隱私等糾紛。

            因此專為此系統提供網絡巡考權限密碼WEB管理平臺,嚴格定義每一個用戶的使用權限,所屬關系。每當有用戶實時訪問考場圖像時,說是查看以往錄像資料時,全部先訪問此數字權限驗證服務器,通過服務器的驗證后才可以進行下一步操作。并且驗證服務器可以進行多級級聯。區、市、省可進行權限密碼級聯擴展。

        主動模式,考務管理
            監考人員在選擇某個教室之后,可以自動列出在該教室參加考試的考生列表和考生個人信息。如圖6。


                                  圖6 主動模式的考務管理

            每個視頻通道實時顯示當前考場的考試過程,同時軟件界面會顯示當前班級內所有考生的相關信息,若接到異常情況報警、舉報電話,指揮中心可通過考試準考證號、身份證號直接定位到考生所在的視頻通道。同時錄像回放也支持考生準考證號、身份證號搜索。

            考場內每個網絡監控前端自帶透明通道功能,一旦有惡劣違紀現象發上,監考老師為保證考場秩序,可直接通過考場內的報警裝置將信息上傳給監控中心,監控中心立刻會自動切換到當前報警考場,同時省市級指揮中心電子地圖也會同時接收到報警信息,并彈出當前考場相關視頻。[nextpage]

        實際應用情形和行業發展新方向
            以北京教育考試遠程電子巡查系統為例,從2005年至今,共為北京高考、成考、自考、中會考、公**以及各種國家級等級考試,近千萬的考生提供了全程電子監考服務。

            目前電子監考行業仍然快步向前發展,如何將電子監考系統為教育用戶創造更大的價值,是這幾年發展的一個方向,比如各種外國語種的口語等級考試,目前這塊市場還是一個很大的空白,沒有標準,也沒有統一,有很多的考試需求,市場龐大,收益率高,口語考試可實現全數字化、網絡化,結合網上報名、遠程考試指揮、考生現場選題、題庫抽題、在線答疑、在線多方評分等多種方式。

            模式:建設一個口語考試中心,設立多個口語考場,考生與面試老師以面對面的方式進行考試,將全部口語考場的視頻圖像(1路特寫,一路全景)通過視頻線接入口語考試中心管理主機,可以畫中畫顯示,每個口語考場配備電腦或者液晶顯示器,考生可通過顯示設備了解考試相關內容,面試老師可以通過CS/BS方式登錄口語考試系統,即登錄口語考試中心管理主機,這樣口語考試中心的管理主機可以和下面各個考場的口語考試終端進行“文字、語音、視頻”的綜合通訊。其他的遠程指揮終端,也可通過軟件或者IE方式登錄考試系統,進行遠程考試指揮。這樣多個監考老師或面試老師之間可以通過語音,文字等方式的實時通訊,了解考生的各種能力,同時也避免考場內對考生的影響。口語考試系統內存有每次口語考試的各種標準模板,可以實現網上報名、模板打印、模擬題庫學習、模擬考題打印。

        未來發展和新技術應用
            電子監考未來的發展方向很大的程度取決于視頻監控技術的發展,如何將被動監控提前到主動監測上,如何提高檢測準確程度,如何達到少投資多收益,將電子監考、多媒體教學、校園安防一體化、家校通、入侵報警系統、消防報警聯動等系統做到無縫兼容,這些都是未來行業發展的新動向。

            高新技術智能化的應用: 高科技,生物技術普及化、民用化的應用可謂是勢頭正猛。就目前應用而言,主要以指紋識別、虹膜識別技術為主,這些技術已應用在電子監考系統、校園監控系統、門禁考勤系統當中。但隨著技術的發展、產品的市場化、人臉識別、靜脈驗證、紅外掃描準考證、視頻定位分析、人數智能分析統計、室內打架斗毆智能分析等技術將走進數字校園。將來的發展趨勢勢必是智能視頻監控,通過智能分析主動的防患于未然,以降低潛在威脅和危機可能對校園內外帶來的沖擊,比如: 監測尾隨行為、偵測下課或放假期間進入實驗室等重要區域的人員、惡意破壞公共設施的行為、偷竊貴重物品、考場舞弊、室內外打架斗毆、攀爬圍墻或樓層等行為動作。當然有多少“智能”可以用,識別率、分析算法的準確率如何提高;如何解決中遠距離跟蹤與識別;當多人同時出現身體出現重疊、遮擋時,如何進行人員定位、智能分析與行為預測?這些都是教育行業今后發展的熱門話題。(本文作者張少華現任職于天津天地偉業數碼科技有限公司)


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        [責任編輯:張利芬]

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