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基于SSH和掌形识别技术的门禁管理系统的研究
作者：颜文胜
来源：RFID世界网
日期：2010-06-10 08:43:02
摘要：随着智能大厦及智能小区的发展日益迅猛，作为智能大厦安防系统重要组成部分的智能门禁管理系统已成为保证人民人身和财产安全的最主要的安防措施之一，为了实现对门禁管制区域的智能化管理，采用生物识别技术中综合性能最为可靠的掌形识别技术，设计和实现了一套基于SSH的智能门禁管理系统，通过对掌形仪传来的信息进行分析、识别，从而进行有效的监视和管理。
1． 引言
智能门禁管理系统是智能大厦的集成化安全保护系统的重要组成部分，它是智能大厦内工作、生活的人们创造安全空间的必要前提。它的基本功能是通过对门磁开关、防盗报警探测器及指纹掌形识别器等传来的信息进行分析、识别，从而有效地监视并管理门的开启与关闭，保证授权出入门人员的自由出入，限制未授权人员的进入，对强行入侵的行为及其它异常情况予以报警；同时对出入人员代码、出入时间、出入门位置号码等信息进行存储与管理，以实现对出入事件或人员的有效检索管理。智能门禁管理系统的最终日的是保证防护区域内的安全，实现门与进出人员的智能化管理。
2． 系统功能设计
根据当前的要求，本文设计的智能门禁管理系统需要实现以下基本门禁功能：
(1)系统管理：包括管理员登录、更改登录者口令、设置ODBC数据源。
(2)Site管理：包括添加新Site、激活、删除、清空Site、设置Site属性。
(3)用户机构管理：包括机构管理、用户管理。
(4)掌形仪管理：包括添加新掌形仪、清空、注册用户、注册时间段、注册节假日、删除、关联门、设置属性。
(5)高级管理：包括设置节假日、设置时间段、组合验证、管理员、数据备份、手动开关门、设置实时监控。
(6)查询报表：包括查询用户信息、节假日、时间段、系统日志等。
(7)门禁功能，主要有以下这些功能：灵活选择和配置监控门的数量，为监控门进行命名；灵活设定门的自动开关时间；只有先验证身份，经系统认可方后才能开门；可以启动或禁用一台掌形仪或一个站点，灵活地设定某台掌形仪在什么时间段可以打开哪些门；通过系统设置，将某些门设置为常开或常闭状态，对于设置为常闭状态的门，任何验证都不能打开；实时显示当前所有门的开关情况；对某些出现异常的门进行报警；记录所有门和掌形仪的情况，这些将作为历史记录供以后查询；对指定门或掌形仪在指定时间段内的动作情况进行查询统计；通过软件系统控制某扇门或所有门的开启，主要用于紧急疏散等特殊情况。
本系统通过计算机网络化管理，可以实现信息资源共享、远程监控以及各安全子系统联动等功能，不仅着眼于整体安全性、可靠性的提高，而且使系统的维护更简便，保证了维护的即时性和有效性，降低了系统运行成本。
3．系统技术设计
考虑智能门禁管理系统的数据是分布的，因而需要对系统使用合适的技术来访问和共享这些远程的数据。为实现系统的数据共享，以便数据在公司的各个部门之间合理地流动，我们可以在数据库层次上共享数据或在应用的业务逻辑层上共享输送数据，虽然用于实现该类应用的技术和解决方案有很多，但在这里针对本系统的特点来介绍技术需求。
3．1 分布式技术
与一般的信息管理系统不同，智能门禁管理系统的主要特点在于数据的分布性以及由此决定的系统的结构也将是分布的，而通常的信息管理系统只是管理本地的数据，数据较为集中和便于管理。但本系统仍然具有信息管理系统的一些新的特点，我们在使用数据库访问技术时使用可远程访问数据的访问引擎，使该系统实现类似于通常的信息管理结构。
本系统采用J2EE 的Struts+Spring+Hibernate架构。J2EE架构体系分为三个层次，分别是表示层(客户层组件)、业务逻辑层(包括Web层组件和业务逻辑层组件)和企业信息系统。该架构具有跨平台的特性，结构中的三个层次可以处于不同的平台下进行协作应用。凶为表示层可以使用不同的客户端程序，因此具有很好的分布性，可以适应分布式管理的要求；在后台的应用系统集成中，可以把企业不同的应用系统集成到该结构中，因此可以有效地保护现有的资源不被破坏。
3．2 Struts+Spring+Hibernate技术
本系统采用标准的三层结构模式设计，具体选用了Struts+Spring+Hibernate，这种组合方式基于J2EE平台的开源框架。其中MVC采用Struts，业务逻辑层采用Spring，持久化层采用Hibernate。
Struts+Spring+Hibernate(简称SSH)是目前国外众多知名软件企业基于J2EE架构的主流应用技术。通过使用SSH框架，使整个框架在每个架构层上以一种松散耦合的方式彼此作用，而不用管底层的技术细节。智能门禁管理系统采用SSH框架，不仅能够进行快速开发，而且也非常方便系统的扩展以及同其它现有系统进行整合。下图2是整个框架的组合示意图：
Struts作为前台控制框架简化了程序的开发，使页面设计人员和JAvA程序员达到有效的分离，使项目可扩展性大大增强，提升了开发效率，降低了维护成本。
Spring作为一个应用于所有层面的综合框架，具有强大的应用功能及灵活性，非常适合作为一些大规模软件项目的底层平台。
Hibernate作为后台ORM(Object Relation Mapping) 个持久层框架的轻量级组件，对持久层进行了轻量级封装，降低了程序的复杂度，易于调试，减轻了程序员的负担，具有很强的扩展性。并且API开放，可白行对Hibernate源码进行修改，扩展所需的功能。
3．3 掌形识别技术
掌形识别技术利用每个人的手掌形状具有唯一性的特征来识别人的身份，掌形仪具有识别唯一性、安全性、可靠性的。其基本原理是：通过辨认使用者独一无二的手掌特征来确认其身份，主要特征是手的大小和形状。它包括长度、宽度、厚度以及手掌和除大拇指之外的其余4个手指的表面特征。首先是获取手掌的三维图像，红外线照在手掌上，通过CCD图像排列系统获取手掌图像，然后分析确定每个手指的长度、手指不同部位的宽度以及靠近指节的表面和手指的厚度，最终分析得到9O多个掌形测量数据。接着，这些数据被进一步分析得出手掌独一无二的特征，从而转换成9 byte的模板进行比较。当系统新设置一个人的信息时，将建立一个模板连同其身份号码一起存入内存，这些模板是作为将来确认某人身份的参考模板之用的。当人们使用该系统时，要输入其身份号码，模板连同身份号码一起传输到比较内存。使用者将手放在上面系统就产生模板，这个模板再与参考模板进行比较确定两者的相似度，比较结果被称为一 得分”，二者之间的差别越大，“得分”越高，反之差别越小，“得分”越低，如果最终 得分”比设定的拒绝分数极限低，那么使用者身份被确认，反之，使用者被拒绝进入。
4．系统逻辑实现
为了解决传统CIS的缺点，本系统在客户端和服务器之间加入了一层应用服务程序，这种程序称为“应用服务器”。将应用的业务逻辑放在中间层应用服务器上，与用户界面分开。在保证客户端功能的前提下，为用户提供一个简洁的界面。这意味着如果需要修改应用程序代码，只需要对中间层应用服务器进行修改，而不用修改成千上万的客户端应用程序。从而使我们可以专注于应用系统核心业务逻辑的分析、设计和开发，简化了应用系统的开发、更新和升级工作。本系统C／S部分的逻辑实现模型采用3层架构：表示层、业务逻辑层和数据层，如图2所示。图中的客户端、应用服务器和数据库服务器表示的是逻辑设备，并不表示物理机器，实际物理部署时，可以把它们部署在一台物理机器上。总体来说，客户端应用适用于局域网环境，客户机相对固定，应用安全性高，响应速度快，性能好。
表示层(Presentation Tier)：处理与用户的交互、交流。它要求尽可能的简单，使最终用户不需要进行任何培训就能方便地访问信息。
业务逻辑层(Business Logic Tier)：处理用户所需要的信息。可以获得表示层提供的数据，并根据数据库层的需要对其进行处理；也可以从数据库层获取数据，并根据表示层的需要来对数据进行处理。
数据库层(Database Tier1：存储系统所处理的所有数据。
5．系统网络结构设计
智能门禁管理系统的最小工作单位为掌形仪，由若干个掌形仪构成一个子系统，再由子系统构成一个大的系统，层层递进，最终构成一个整体的分布式集门禁和考勤为一体的系统。
5．1 掌形仪连接方式
智能门禁管理系统的最小丁作单位为掌形仪，一个掌形仪就是一个自治系统。它可独立完成门禁数据的采集、存储、分析以及在本自治系统内对人员的出入管理等事务。这些门禁数据汇集到总部服务器，总部服务器进行分析、汇总处理后得到准确的统计结果。连接方式一般有422／485总线相连、以太网相连、Modem 相连三种。
5．2 网络结构
由于系统中掌形仪处于不同地理位置，在安装部署时为了就近对数据进行存储和处理，系统将会按其地理位置进行划分，这样整个系统将被分为多个相互之间较为独立的予系统。与完全独立的多个系统不同，从属于同一系统的多个子系统之问具有一定的联系，它们可以使系统工作在更大范周内。图3所示的是系统的网络结构图。
监控计算
基于以上的网络结构，系统采用分布式数据库实现，公司总部设嚣主数据库服务器，存储整个公司所有数据，而在各个监控计算机采用分数据库，主要存储和门禁业务相关的数据，平时各个分数据库独立运行，在数据同步时完成和主数据库交换数据。并且通过在系统L}J的主数据库服务器和应用服务器之间引入中间件来降低建设和维护成本，并简化管理，适应了大规模和复杂的应用需求以及新的业务需求。访问异构数据库，有效提高了系统并发处理能力和系统安全性。
6． 结束语
根据当前对门禁系统的需求，本系统集计算机技术、通信技术、掌形识别技术和数据库技术于一体，设计了一个基于SSH和掌形识别技术的智能门禁管理系统，可应用于各种企事业单位的门禁监控和考勤管理等。用户通过掌形验证后由掌形仪决定是否开门， 并且将结果反馈给监控计算机。此外，可依据事先设定的排班规则对授权的人员进行考勤管理。系统具有实时、安全、可靠、易维护、易扩展等优点。
智能门禁管理系统是智能大厦的集成化安全保护系统的重要组成部分，它是智能大厦内工作、生活的人们创造安全空间的必要前提。它的基本功能是通过对门磁开关、防盗报警探测器及指纹掌形识别器等传来的信息进行分析、识别，从而有效地监视并管理门的开启与关闭，保证授权出入门人员的自由出入，限制未授权人员的进入，对强行入侵的行为及其它异常情况予以报警；同时对出入人员代码、出入时间、出入门位置号码等信息进行存储与管理，以实现对出入事件或人员的有效检索管理。智能门禁管理系统的最终日的是保证防护区域内的安全，实现门与进出人员的智能化管理。
2． 系统功能设计
根据当前的要求，本文设计的智能门禁管理系统需要实现以下基本门禁功能：
(1)系统管理：包括管理员登录、更改登录者口令、设置ODBC数据源。
(2)Site管理：包括添加新Site、激活、删除、清空Site、设置Site属性。
(3)用户机构管理：包括机构管理、用户管理。
(4)掌形仪管理：包括添加新掌形仪、清空、注册用户、注册时间段、注册节假日、删除、关联门、设置属性。
(5)高级管理：包括设置节假日、设置时间段、组合验证、管理员、数据备份、手动开关门、设置实时监控。
(6)查询报表：包括查询用户信息、节假日、时间段、系统日志等。
(7)门禁功能，主要有以下这些功能：灵活选择和配置监控门的数量，为监控门进行命名；灵活设定门的自动开关时间；只有先验证身份，经系统认可方后才能开门；可以启动或禁用一台掌形仪或一个站点，灵活地设定某台掌形仪在什么时间段可以打开哪些门；通过系统设置，将某些门设置为常开或常闭状态，对于设置为常闭状态的门，任何验证都不能打开；实时显示当前所有门的开关情况；对某些出现异常的门进行报警；记录所有门和掌形仪的情况，这些将作为历史记录供以后查询；对指定门或掌形仪在指定时间段内的动作情况进行查询统计；通过软件系统控制某扇门或所有门的开启，主要用于紧急疏散等特殊情况。
本系统通过计算机网络化管理，可以实现信息资源共享、远程监控以及各安全子系统联动等功能，不仅着眼于整体安全性、可靠性的提高，而且使系统的维护更简便，保证了维护的即时性和有效性，降低了系统运行成本。
3．系统技术设计
考虑智能门禁管理系统的数据是分布的，因而需要对系统使用合适的技术来访问和共享这些远程的数据。为实现系统的数据共享，以便数据在公司的各个部门之间合理地流动，我们可以在数据库层次上共享数据或在应用的业务逻辑层上共享输送数据，虽然用于实现该类应用的技术和解决方案有很多，但在这里针对本系统的特点来介绍技术需求。
3．1 分布式技术
与一般的信息管理系统不同，智能门禁管理系统的主要特点在于数据的分布性以及由此决定的系统的结构也将是分布的，而通常的信息管理系统只是管理本地的数据，数据较为集中和便于管理。但本系统仍然具有信息管理系统的一些新的特点，我们在使用数据库访问技术时使用可远程访问数据的访问引擎，使该系统实现类似于通常的信息管理结构。
本系统采用J2EE 的Struts+Spring+Hibernate架构。J2EE架构体系分为三个层次，分别是表示层(客户层组件)、业务逻辑层(包括Web层组件和业务逻辑层组件)和企业信息系统。该架构具有跨平台的特性，结构中的三个层次可以处于不同的平台下进行协作应用。凶为表示层可以使用不同的客户端程序，因此具有很好的分布性，可以适应分布式管理的要求；在后台的应用系统集成中，可以把企业不同的应用系统集成到该结构中，因此可以有效地保护现有的资源不被破坏。
3．2 Struts+Spring+Hibernate技术
本系统采用标准的三层结构模式设计，具体选用了Struts+Spring+Hibernate，这种组合方式基于J2EE平台的开源框架。其中MVC采用Struts，业务逻辑层采用Spring，持久化层采用Hibernate。
Struts+Spring+Hibernate(简称SSH)是目前国外众多知名软件企业基于J2EE架构的主流应用技术。通过使用SSH框架，使整个框架在每个架构层上以一种松散耦合的方式彼此作用，而不用管底层的技术细节。智能门禁管理系统采用SSH框架，不仅能够进行快速开发，而且也非常方便系统的扩展以及同其它现有系统进行整合。下图2是整个框架的组合示意图：
图1 Struts+Spring+Hibernate框架
Struts作为前台控制框架简化了程序的开发，使页面设计人员和JAvA程序员达到有效的分离，使项目可扩展性大大增强，提升了开发效率，降低了维护成本。
Spring作为一个应用于所有层面的综合框架，具有强大的应用功能及灵活性，非常适合作为一些大规模软件项目的底层平台。
Hibernate作为后台ORM(Object Relation Mapping) 个持久层框架的轻量级组件，对持久层进行了轻量级封装，降低了程序的复杂度，易于调试，减轻了程序员的负担，具有很强的扩展性。并且API开放，可白行对Hibernate源码进行修改，扩展所需的功能。
3．3 掌形识别技术
掌形识别技术利用每个人的手掌形状具有唯一性的特征来识别人的身份，掌形仪具有识别唯一性、安全性、可靠性的。其基本原理是：通过辨认使用者独一无二的手掌特征来确认其身份，主要特征是手的大小和形状。它包括长度、宽度、厚度以及手掌和除大拇指之外的其余4个手指的表面特征。首先是获取手掌的三维图像，红外线照在手掌上，通过CCD图像排列系统获取手掌图像，然后分析确定每个手指的长度、手指不同部位的宽度以及靠近指节的表面和手指的厚度，最终分析得到9O多个掌形测量数据。接着，这些数据被进一步分析得出手掌独一无二的特征，从而转换成9 byte的模板进行比较。当系统新设置一个人的信息时，将建立一个模板连同其身份号码一起存入内存，这些模板是作为将来确认某人身份的参考模板之用的。当人们使用该系统时，要输入其身份号码，模板连同身份号码一起传输到比较内存。使用者将手放在上面系统就产生模板，这个模板再与参考模板进行比较确定两者的相似度，比较结果被称为一 得分”，二者之间的差别越大，“得分”越高，反之差别越小，“得分”越低，如果最终 得分”比设定的拒绝分数极限低，那么使用者身份被确认，反之，使用者被拒绝进入。
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4．系统逻辑实现
为了解决传统CIS的缺点，本系统在客户端和服务器之间加入了一层应用服务程序，这种程序称为“应用服务器”。将应用的业务逻辑放在中间层应用服务器上，与用户界面分开。在保证客户端功能的前提下，为用户提供一个简洁的界面。这意味着如果需要修改应用程序代码，只需要对中间层应用服务器进行修改，而不用修改成千上万的客户端应用程序。从而使我们可以专注于应用系统核心业务逻辑的分析、设计和开发，简化了应用系统的开发、更新和升级工作。本系统C／S部分的逻辑实现模型采用3层架构：表示层、业务逻辑层和数据层，如图2所示。图中的客户端、应用服务器和数据库服务器表示的是逻辑设备，并不表示物理机器，实际物理部署时，可以把它们部署在一台物理机器上。总体来说，客户端应用适用于局域网环境，客户机相对固定，应用安全性高，响应速度快，性能好。
图2 智能门禁管理系统的体系结构
表示层(Presentation Tier)：处理与用户的交互、交流。它要求尽可能的简单，使最终用户不需要进行任何培训就能方便地访问信息。
业务逻辑层(Business Logic Tier)：处理用户所需要的信息。可以获得表示层提供的数据，并根据数据库层的需要对其进行处理；也可以从数据库层获取数据，并根据表示层的需要来对数据进行处理。
数据库层(Database Tier1：存储系统所处理的所有数据。
5．系统网络结构设计
智能门禁管理系统的最小工作单位为掌形仪，由若干个掌形仪构成一个子系统，再由子系统构成一个大的系统，层层递进，最终构成一个整体的分布式集门禁和考勤为一体的系统。
5．1 掌形仪连接方式
智能门禁管理系统的最小丁作单位为掌形仪，一个掌形仪就是一个自治系统。它可独立完成门禁数据的采集、存储、分析以及在本自治系统内对人员的出入管理等事务。这些门禁数据汇集到总部服务器，总部服务器进行分析、汇总处理后得到准确的统计结果。连接方式一般有422／485总线相连、以太网相连、Modem 相连三种。
5．2 网络结构
由于系统中掌形仪处于不同地理位置，在安装部署时为了就近对数据进行存储和处理，系统将会按其地理位置进行划分，这样整个系统将被分为多个相互之间较为独立的予系统。与完全独立的多个系统不同，从属于同一系统的多个子系统之问具有一定的联系，它们可以使系统工作在更大范周内。图3所示的是系统的网络结构图。
图3 智能门禁管理系统网络结构图
监控计算
基于以上的网络结构，系统采用分布式数据库实现，公司总部设嚣主数据库服务器，存储整个公司所有数据，而在各个监控计算机采用分数据库，主要存储和门禁业务相关的数据，平时各个分数据库独立运行，在数据同步时完成和主数据库交换数据。并且通过在系统L}J的主数据库服务器和应用服务器之间引入中间件来降低建设和维护成本，并简化管理，适应了大规模和复杂的应用需求以及新的业务需求。访问异构数据库，有效提高了系统并发处理能力和系统安全性。
6． 结束语
根据当前对门禁系统的需求，本系统集计算机技术、通信技术、掌形识别技术和数据库技术于一体，设计了一个基于SSH和掌形识别技术的智能门禁管理系统，可应用于各种企事业单位的门禁监控和考勤管理等。用户通过掌形验证后由掌形仪决定是否开门， 并且将结果反馈给监控计算机。此外，可依据事先设定的排班规则对授权的人员进行考勤管理。系统具有实时、安全、可靠、易维护、易扩展等优点。
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