陳芝麗 管彥允 江昆 鄧懷興

摘 要 英語四六級(jí)考試屬于國(guó)考 涉及高校教育主管部門等 流程多 任務(wù)復(fù)雜 現(xiàn)有的報(bào)名系統(tǒng)只提供考生照片上傳 審核 報(bào)名繳費(fèi) 準(zhǔn)考證下載和成績(jī)查詢功能 文章介紹了使用SpringBoot 框架YOLOv5對(duì)象檢測(cè)算法和javeSeript 等技術(shù)開發(fā)英語四六級(jí)考試組織管理系統(tǒng) 旨在解決監(jiān)考自動(dòng)安排 考前教育宣傳 成績(jī)統(tǒng)計(jì)分析和監(jiān)考視頻異常檢測(cè)等問題

關(guān)鍵詞 四六級(jí)考試組織 自動(dòng)排考 監(jiān)考視頻異常檢測(cè)YOLOv5; SpringBoot

中圖法分類號(hào)tp319? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a

隨著國(guó)家對(duì)教育教學(xué)的重視，高校對(duì)四六級(jí)成績(jī)的統(tǒng)計(jì)、監(jiān)考視頻檢測(cè)和相關(guān)信息的及時(shí)管理越來越重視。為了對(duì)大學(xué)生的實(shí)際英語能力進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的測(cè)試，教育部每年組織２ 次全國(guó)性的大學(xué)生英語四六級(jí)考試，為大學(xué)英語教學(xué)提供測(cè)評(píng)服務(wù)。

現(xiàn)有的國(guó)家報(bào)名系統(tǒng)只提供考生照片上傳、審核、報(bào)名繳費(fèi)、準(zhǔn)考證下載和成績(jī)查詢功能。對(duì)于高校來說，還需要進(jìn)行考前誠(chéng)信教育、統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績(jī)、監(jiān)考異常排查等工作，這些都是國(guó)家報(bào)名系統(tǒng)目前能夠?qū)崿F(xiàn)的。基于此，本文設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)，其對(duì)于輔助高校進(jìn)行考試組織管理具有非常重要的意義。

１ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

１．１ 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在保持簡(jiǎn)單化、輕量級(jí)基礎(chǔ)上， 將統(tǒng)一采用ＲｅｓｔＦｕｌ 接口風(fēng)格，以保障在跨語言開發(fā)交互上簡(jiǎn)單集成，英語四六級(jí)考試組織管理系統(tǒng)采用ＭＶＣ 模式進(jìn)行開發(fā)［１］ 。ＭＶＣ 模式分為３ 個(gè)模型，分別指業(yè)務(wù)模型（ Ｍｏｄｅｌ ）、用戶界面（ Ｖｉｅｗ ）、控制器（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）。使用ＭＶＣ 的目的是實(shí)現(xiàn)Ｍｏｄｅｌ 和Ｖｉｅｗ 的代碼分離，以保持一個(gè)業(yè)務(wù)的邏輯分明，降低耦合。其中，業(yè)務(wù)模型提供了模型數(shù)據(jù)查詢和模型數(shù)據(jù)的狀態(tài)更新等功能，包括數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)；用戶界面負(fù)責(zé)進(jìn)行模型的展示；控制器負(fù)責(zé)接收用戶請(qǐng)求，委托給模型進(jìn)行處理（狀態(tài)改變），處理完畢后把模型數(shù)據(jù)返回給視圖。

１．２ 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用ＲＢＡＣ 角色權(quán)限管理辦法，對(duì)各項(xiàng)功能模塊進(jìn)行功能詳細(xì)的管理分配，并預(yù)設(shè)不可更改的超級(jí)管理員角色。在系統(tǒng)中，將基于ＹＯＬＯｖ５ 目標(biāo)檢測(cè)算法訓(xùn)練模型并結(jié)合ＲｅｓｔＦｕｌ 風(fēng)格提供接口請(qǐng)求對(duì)監(jiān)考視頻進(jìn)行初步目標(biāo)行為檢測(cè)，具體檢測(cè)是否在座、離座，桌面雜物情況等。這不僅可以提高考務(wù)管理人員的工作效率，還提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和信息的更新速度，從而輔助高校進(jìn)行考試組織管理，提高英語四六級(jí)考試組織管理質(zhì)量。監(jiān)考視頻異常檢測(cè)是本系統(tǒng)的重要組成部分之一。

１．２．１ 系統(tǒng)用戶管理

本系統(tǒng)在可自定義角色前提下，預(yù)設(shè)教師用戶、學(xué)生用戶和管理員３ 種基本角色。學(xué)生用戶功能包含個(gè)人信息完善、查看考試安排、查看考試信息和上傳成績(jī)等；教師用戶功能包含個(gè)人信息完善、查看監(jiān)考安排和查看考試信息；管理員用戶功能包含監(jiān)考自動(dòng)安排、考試自動(dòng)安排、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)考視頻異常檢測(cè)、用戶管理和考場(chǎng)統(tǒng)計(jì)等。

１．２．２ 監(jiān)考自動(dòng)安排管理

根據(jù)相關(guān)要求監(jiān)考實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化［２］ ，由管理員在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行操作，在觸發(fā)分配時(shí)將自動(dòng)提取信息，主要包含教師信息、主／ 副監(jiān)考、考場(chǎng)、考試信息及時(shí)間等信息。

１．２．３ 考試自動(dòng)安排管理

根據(jù)考試及考場(chǎng)相關(guān)要求，達(dá)到觸發(fā)條件將自動(dòng)安排，由管理員在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行更改操作?？荚囎詣?dòng)安排主要包含考生信息、考場(chǎng)人數(shù)、考場(chǎng)信息、考試信息及時(shí)間等主要信息。

１．２．４ 成績(jī)統(tǒng)計(jì)管理

根據(jù)國(guó)家報(bào)名系統(tǒng)出成績(jī)時(shí)間，在學(xué)生登錄系統(tǒng)查看成績(jī)后，跳轉(zhuǎn)到本系統(tǒng)并根據(jù)要求上傳成績(jī)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)條件實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，管理員可對(duì)參與本次考試的考生成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便學(xué)校及時(shí)對(duì)學(xué)生英語學(xué)習(xí)情況進(jìn)行掌握。

１．２．５ 考場(chǎng)統(tǒng)計(jì)管理

根據(jù)考試對(duì)考場(chǎng)的相關(guān)要求，管理員錄入考場(chǎng)信息、監(jiān)考人員人數(shù)、考場(chǎng)容納考生人數(shù)、監(jiān)控視頻編號(hào)，對(duì)本次考試信息進(jìn)行系統(tǒng)管理和相關(guān)數(shù)據(jù)備份。

１．２．６ 監(jiān)考視頻異常檢測(cè)管理

為了輔助監(jiān)考視頻抽查，管理員在觸發(fā)檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)將提取監(jiān)考視頻并傳遞給ＹＯＬＯｖ５ 目標(biāo)檢測(cè)模型進(jìn)行一個(gè)預(yù)處理，包括座位上是否有人、是否有手機(jī)、是否有舉手等行為，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果返回給后端視圖。

１．３ 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

按照本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表主要包含用戶數(shù)據(jù)、學(xué)生數(shù)據(jù)、教師數(shù)據(jù)、權(quán)限數(shù)據(jù)、監(jiān)考安排數(shù)據(jù)、報(bào)名信息數(shù)據(jù)、成績(jī)上傳數(shù)據(jù)、考試信息數(shù)據(jù)、用戶與角色關(guān)聯(lián)表數(shù)據(jù)、角色數(shù)據(jù)等，此處僅列監(jiān)考視頻檢測(cè)實(shí)體和檢測(cè)信息Ｅ?Ｒ 圖，如圖１ 所示。

１．４ ＹＯＬＯｖ５ 目標(biāo)檢測(cè)搭建、設(shè)計(jì)與訓(xùn)練

監(jiān)考視頻異常檢測(cè)使用ＹＯＬＯｖ５ 目標(biāo)檢測(cè)算法及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ＣＮＮ）應(yīng)用圖像處理，由于檢測(cè)是回歸問題并不需要過多復(fù)雜的管道，因此其比Ｒ?ＣＮＮ，Ｆａｓｔ Ｒ?ＣＮＮ 更快。首先，克隆ｙｏｌｏｖ５ 代碼進(jìn)行基本依賴安裝，通過初步調(diào)教參數(shù)，使用物體檢測(cè)達(dá)到一個(gè)初步預(yù)期。利用ＹＯＬＯｖ５ 算法的預(yù)測(cè)性能和模型精度對(duì)模型進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練［３］ ，以識(shí)別多個(gè)主體位置及場(chǎng)景，并引入ＲｅｓｔＦｕｌ 接口風(fēng)格提供接口請(qǐng)求［４］ 。最后，通過視頻監(jiān)控獲取逐幀畫面，實(shí)時(shí)調(diào)用接口使用模型檢測(cè)座位狀態(tài)，并將最終結(jié)果傳遞到后臺(tái)。

１．４．１ 數(shù)據(jù)集采集

訓(xùn)練模型需要一定的數(shù)據(jù)集。視頻圖像采集分為基于攝像頭的圖像數(shù)據(jù)獲取以及基于視頻文件的圖像數(shù)據(jù)獲取。該系統(tǒng)訓(xùn)練使用的監(jiān)控視頻資源來自抖音平臺(tái)和手動(dòng)模擬錄制。對(duì)視頻進(jìn)行切片操作，并將切片出來的圖片進(jìn)行標(biāo)注，最終得到訓(xùn)練集。

１．４．２ 模型搭建與訓(xùn)練

模型訓(xùn)練的圖片尺寸為６４０?６４０，每次輸入圖片數(shù)量１６ 張，訓(xùn)練迭代次數(shù)３ 次，ｙｌｏｖ５ｓ．ｐｔ 為訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型，用來初始化網(wǎng)絡(luò)權(quán)重。

１．４．３ 模型訓(xùn)練結(jié)果

模型在初步測(cè)試通過后，經(jīng)過多次訓(xùn)練得出訓(xùn)練結(jié)果，使用標(biāo)簽平滑對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注，標(biāo)簽平滑訓(xùn)練結(jié)果ｈａｌｔ 標(biāo)注是否有人站立、ｐｅｏｐｌｅ 標(biāo)注座位上是否有人和ｐｈｏｎｅ 標(biāo)注桌子上是否有手機(jī)。

１．４．４ 模型驗(yàn)證結(jié)果

（１）模型經(jīng)過多次訓(xùn)練得出訓(xùn)練結(jié)果，并對(duì)訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

（２） ＹＯＬＯｖ５ 模型經(jīng)過訓(xùn)練、測(cè)試、驗(yàn)證將ＹＯＬＯｖ５ 模型封裝成ＡＰＩ 接口，供后端多線程方式進(jìn)行調(diào)用接口，將得到的預(yù)測(cè)視頻或者圖返回的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，并在視圖中呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)結(jié)果，經(jīng)過后端對(duì)ＡＰＩ 接口調(diào)用結(jié)果，模型檢測(cè)成功閾值控制在０．６５以上最佳。

２ 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)采用前后端未分離模式，考慮到系統(tǒng)可擴(kuò)展與分布式能力，前后端均使用接口方式傳遞數(shù)據(jù)，以便后期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能擴(kuò)展，前端使用ＬａｙＵＩ 框架和ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ 等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)前端頁面的設(shè)計(jì)，后端使用ＳｐｒｉｎｇＢｏｏｔ２．３ 框架來進(jìn)行后端的實(shí)現(xiàn)，基礎(chǔ)層使用Ｊａｖａ ８，Ｒｅｄｉｓ 和ＭｙＳＱＬ ５．７ 等技術(shù)［５］ ，并利用Ｐｙｔｈｏｎ對(duì)ＹＯＬＯｖ５ 源碼進(jìn)行擴(kuò)展。

２．１ 系統(tǒng)登錄

為方便用戶在登錄時(shí)進(jìn)行權(quán)限判別，本系統(tǒng)采用了Ｓｐｒｉｎｇ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ 安全框架與ＲＢＡＣ 權(quán)限設(shè)計(jì)，用戶在登錄時(shí)不再進(jìn)行角色選擇，系統(tǒng)會(huì)自行判別用戶的角色權(quán)限。同時(shí)，在登錄頁面設(shè)置驗(yàn)證碼機(jī)制，是為了有效防止惡意程序暴力破解系統(tǒng)登錄密碼，在驗(yàn)證碼輸入錯(cuò)誤或看不清時(shí)，可刷新重新獲取新的驗(yàn)證碼。

２．２ 成績(jī)統(tǒng)計(jì)查詢

基于數(shù)據(jù)可視化的本系統(tǒng)提供學(xué)生四六級(jí)考試成績(jī)統(tǒng)計(jì)、篩選、查詢等功能，可以在多條件情況下進(jìn)行查詢并將結(jié)果導(dǎo)出。

３ 結(jié)束語

自動(dòng)監(jiān)考安排、自動(dòng)考試安排、成績(jī)統(tǒng)計(jì)查詢、監(jiān)考視頻異常檢測(cè)是高?？荚嚱M織管理的一個(gè)重要手段，是考試組織管理體系不可或缺的基本組成部分?；跀?shù)據(jù)可視化的英語四六級(jí)考試組織管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)師生信息、考試信息、監(jiān)考視頻信息的可視化管理，系統(tǒng)用戶根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行相關(guān)功能的操作，成績(jī)統(tǒng)計(jì)、篩選及查詢數(shù)據(jù)結(jié)果可以直接查看或?qū)С觯到y(tǒng)使用ＹＯＬＯｖ５ 算法對(duì)監(jiān)考視頻進(jìn)行預(yù)檢測(cè)，從而在最大限度上避免了考試事故的發(fā)生，進(jìn)一步提高了考試相關(guān)信息的信息化管理效率，對(duì)建設(shè)智慧校園及監(jiān)考視頻異常檢測(cè)具有重要的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

陳芝麗（１９９８—），本科，研究方向：深度學(xué)習(xí)。

管彥允（１９８７—），碩士，講師，研究方向：人工智能應(yīng)用（通信作者）。