姜 晶，顾 君

(1.江苏建筑职业技术学院，江苏 徐州 221116；2.徐州市教育考试院，江苏 徐州 221003)

0 引言

随着信息技术的发展，保密室安保措施也在不断更新换代，某市教育考试院现存的教育考试试卷安保措施基本满足了国家教育考试安保的要求，但是国家教育考试过程中，试卷离开保密室到考点，再到考试结束后从考点返回保密室的途中的安保尚未形成闭环管理。

随着物联网技术的发展，物联网相关技术在很多行业都得到了广泛的运用。这些经验都为研究实现试卷末端押运的“技防”措施提供了新的方法。物联网是用局部网络或者互联网通信技术把传感器、控制器和机器，还有人员和物等，通过新的方式连接在一起，形成了人与物、物与物的相连，从而能够实现信息化和远程的管理控制[1-2]。

为了解决闭环管理问题，本文设计研发了用于国家教育考试试卷智能安保箱。基于物联网的识别与感知技术的某市国家教育考试试卷安保体系就是在基于智能安保箱应用的前提下，构建了运用监管末端智能设备的安保体系。

1 智能监控系统研究思路

本文综合了文献资料法、实地调查法、案例分析法、小范围的模拟演练法等对课题的主题成果进行校验，逐步实现课题的最终目标，研究的技术路线是通过查询在某市的高校图书馆、市图书馆、网络平台等相关资料，获悉此方面课题在国内外的研究现状，专研有关政策文件，请教相关学者专家，最终确定了研究目标及课题方向；经过阅读文献，梳理分类，对多个基于物联网的智能系统进行案例分析，通过考点的实地调研、考务人员的座谈等制定了具体的研究计划；研究计划包括案例分析、对比研究、结合实例、系统分析、全局构建、模块实现、模拟调试、实验应用，按照计划步骤实施，最终分析总结，探索出基于物联网的国家教育考试试卷安全保密体系；最后一个阶段的任务就是撰写研究报告，收集反馈意见，修正完善研究成果，积极推进落实落地，并进行适当的推广应用。课题研究的技术路线图示化后如图1所示。

图1 课题研究的技术路线

2 系统技术架构

基于物联网的识别与感知技术的某市国家教育考试试卷保密体系从物联网技术架构上来看可以分为4个层次：感知层、网络层、处理层、应用层[3-4]。

2.1 感知层

感知层即感知物理世界层，主要研究以下内容：(1)智能试卷安保箱的外观研发设计；(2)智能试卷安保箱身份识别装置研发设计；(3)智能试卷安保箱远程遥控锁、状态感知器(开启/关闭)的研发设计；(4)智能试卷安保箱的定位装置(GPS)研发设计；(5)智能试卷安保箱的实时监控装置研发设计；(6)智能试卷安保箱远程控制装置研发设计；(7)智能试卷安保箱的行车记录研发设计；(8)智能试卷安保箱的刷脸认证装置研发设计。

2.2 网络层

网络层即数据传输层，主要研究以下内容：(1)研究本课题(基于物联网的国家教育考试试卷安全保密体系研究)的数据如何有效地在物联网上传输；(2)对比各种类型网络的特性，结合课题实际情况，选择有效的网络类型来传输数据；(3)对物联网上传输数据的安全策略、加密方案、数据延时等解决方案进行探讨；(4)对物联网上传输数据的瓶颈设备及技术进行探讨， 制定可解决的方案。

2.3 处理层

处理层即数据存储及数据处理层，主要研究以下内容：(1)不同类型数据如何有效地融合处理与挖掘；(2)海量的物联网数据如何有效地存储；(3)利用云计算基础设施实现云存储的可行性研究；(4)利用大数据技术来实现数据的快速处理、数据筛选分析及数据可视化展示。

2.4 应用层

应用层即面向用户层，主要研究以下内容：(1)总控平台的构建与规划；(2)预期成果的校验与实现；(3)管理机制完善与科研成果落实落地；(4)意见反馈与成果推广。

3 系统设计与实现

3.1 应用层设计

3.1.1 总控台模块划分

基于物联网的识别与感知技术的某市教育考试试卷安保体系总控系统由考点刷脸认证领取试卷箱模块、试卷箱往返考点途中安全保障模块、试卷箱到达考点后交互模块、考点刷脸认证回收试卷箱模块、清点押运至上级保密室模块，5个顶层模块组成。其中考点刷脸认证领取试卷箱模块目前主要研发了刷脸验证领取功能子模块，试卷箱往返考点途中安全保障模块目前主要研发定位追踪功能子模块，试卷箱到达考点后交互模块目前主要研发了指令交互功能子模块、开启状态感知子模块、摄像存储功能子模块、密钥验证功能子模块，考点刷脸认证回收试卷箱模块目前主要研发了刷脸认证回收功能子模块，清点押运至上级保密室模块目前主要研发了定位追踪功能子模块。各层级模块都预留拓展接口，方便各层级模块的延伸升级。基于物联网的识别与感知技术的某市国家教育考试试卷保密体系总控台模块划分层次关系如图2所示。

3.1.2 子模块功能

(1)刷脸验证领取功能子模块。巡考及考务等工作人员事前采集数据录入系统，待需要领取试卷箱时须通过刷脸认证对比，认证通过后方可领取考点试卷箱，对考点试卷箱及试卷箱内试卷材料等进行清点记录操作，然后押送至此试卷箱事前备注的考点。

(2)定位追踪功能子模块。试卷箱内嵌入GPS定位、行驶记录仪等传感设备，试卷箱离开市级保密室押送至各个考点途中会产生位置偏移、行驶路线等相关感应数据，这些数据自动录入系统，方便监管人员查询监管与定位。

图2 总控台模块划分

(3)指令交互功能子模块。在工作人员需要对试卷安保箱里试卷进行操作如清点、取出发放给学生、回收试卷放回等操作时，需要开启试卷安保箱，这时需要申请开启指令，得到传送来的指令，根据指令方能请求开启密钥。

(4)开启状态感知子模块。在试卷安保箱内嵌入状态感知器，感知安保箱开启状态，并时刻把状态变换数据化，数据自动传输录入系统，状态数据在系统平台上图形化，方便监管员一目了然地看清试卷安保箱是不是在规定的区域内处于开启状态，进行实时监管。

(5)摄像存储功能子模块。试卷安保箱侧面装有抽拉杆摄像装置，对安保箱进行3600无死角的摄像，并把摄像高清全帧视频进行本地存储，然后抓取关键数据帧实时传输至总控台，方便监管人员结合其他数据对试卷安全性做客观真实的判断。

(6)密钥验证功能子模块。密钥验证是安保箱双层开启保障的第二层，第一层是在指令交互功能子模块，申请到开启指令后方能申请开启密钥，得到开启密钥正确输入，方能开启试卷安保箱。

(7)刷脸验证回收功能子模块。试卷回收功能的刷脸验证对比的数据是试卷安保箱开启时的刷脸认证通过的工作人员图像，此功能确保整个考试过程试卷箱经手人一致性，防范事故推诿，有利于追责倒查。

(8)定位追踪功能子模块。此模块主要是保障试卷离开市级保密室押送至上级保密室途中的安全，同样开启试卷箱内的GPS定位、行驶记录仪等传感设备，对途中会产生位置偏移、行驶路线等相关感应数据也会自动录入系统，方便监管人员定位查询及监管。

3.2 感知层设计

智能试卷安保箱的总体设计：物联网作为新型的智能网络，从技术架构上来看，可以分为4个层次：感知层、网络层、处理层、应用层。感知层就相当于人体神经末梢，是用来感知物理世界，并且采集来自物理世界的各种信息，此外，还包括二维码标签、RFID标签、读写器、传感器、行车记录仪、摄像头和GPS设备等。基于物联网的识别与感知技术的某市国家教育考试试卷保密体系的感知层主要探讨了智能试卷安保箱的研发设计，比如安保箱嵌入需要的智能元器件，能够感知和捕捉到系统需要的信息，并具有传输信息和接收指令的功能，总控台对接收到的信息进行筛选处理并图形化数据，从而达到总控台对安保箱的识别、定位、跟踪、监管和控制等需求[5-7]。

智能试卷安保箱关闭状态，如图3所示。

图3 智能安保箱关闭状态

(1)智能试卷安保箱远程遥控锁的开发与设计，用以安全开启安保箱并感知安保箱的开启与关闭状态，并把状态信息数字化实时发送至总控台。

(2)智能试卷安保箱身份识别装置，用以标识自身唯一性。

(3)智能试卷安保箱的定位装置(GPS)，用以实时定位安保箱的当期位置信息，并进行实时跟踪、记录运动轨迹。

(4)智能试卷安保箱的实时监控装置(类似摄像头)，用以实现整个试卷押运途中的全程录像。

(5)智能试卷安保箱的管理与配置，用于对开启密钥进行管理与验证，并能与总控台进行交互，校验密钥。

(6)智能试卷安保箱远程控制装置，当安保箱到达指定考点区域时，用以接收总控台发来的开启密码箱的密钥指令。

智能试卷安保箱开启状态，如图4所示。

图4 智能安保箱关闭状态

在智能试卷安保箱处于开启状态时，主要起作用的装置是智能状态感知器和摄像仪。智能状态感知器会传递开启状态数据至总控台，总控台图形化数据显示开启状态提示，摄像仪会全程摄像并全帧高清存储在本地存储卡上，然后抓取关键帧数据传输至总控台，方便总控台结合其他数据做出正确判断，及时有效地监管试卷安全[8]。

4 结语

本文以某市国家教育考试试卷押送安保需求为切入点，借助物联网技术，对末端试卷安保箱及整个试卷押送安保体系进行了规划构建、设计实现、纠偏校验、落地落实等一系列研究。运用系统工程化与系统模块化的方法，先宏观上进行系统分析与体系构建，然后模块化物联网的4个层次，对物联网的感知层设备进行构建设计，实践研发实例化了末端智能安保箱，实现了对各种需求信息的采集，与构建的在线总控平台有效地融为一体，实现总控平台对各种需求信息的采集，并对智能安保箱传输来的信息进行综合处理分析，得到试卷安保的第一手数据，从而正确地判断出试卷的安全性。通过总控台与末端智能设备指令传递，达到人对“物”的远程监管，实现“人防”与“技防”的完美结合，真正弥补了以往试卷在保密室和考点之间往返监管的空白。