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北京电子监考案例解析

本文以北京教育考试中会考远程电子巡查系统为例,针对甲方需求和建设难点,详细介绍该电子监考解决方案的具体特色和功能,以及实际应用情形和行业发展新方向,给读者以启示。

概述
    为提高国家教育考试的管理效能,给国家教育考试的安全运行以充分的技术保证,在2007年教育部考试中心提出建立“国家教育考试网上巡查系统”,建立覆盖全国各级考试机构和考点的视频监控网络,实现考试过程和保密室的监控指挥,随之3月下发《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》、《国家教育考试考务管理与服务平台阶段目标》,使原本风风火火、各地为王、厂家烽烟四起、竞争刀光剑影的电子监考突然安静了下来,山雨欲来风满楼!

项目背景
    北京教育考试院于2005年正式启动北京教育考试远程电子巡查系统,2005年完成了北京市考试试卷保密室监控系统;2006年完成了北京市高考考场巡查监控系统;2007年完成了北京市成人招生考试和自考考场监控系统;在2008年开始建设《北京教育考试中会考远程电子巡查系统》项目,此项目要在充分利用已建考点考场资源的基础上,增加、扩充部分考点、考场及各级监控平台,以实现全市考点考场巡查监控,各级各类远程电子巡查系统考点的室外点及考务室点巡查监控,统一北京地区各级各类远程电子巡查系统标准,实现市、区、校及与教育部考试中心的互通互连。

甲方需求与建设难点
    北京教育考试中会考远程电子巡查系统是北京教育考试远程电子巡查系统的重要组成部分,项目建设最大的需求是整合现有的电子监控系统和巡考系统,兼顾其他教学应用,建成统一的教育考试电子监控和管理平台,兼容高考、成自考系统,实现一套软件平台兼容北京市各级各类远程电子监考巡查系统。

建设难点如下:
•实现全市教育考试网上巡考,真正实现教育考试公平、公正、公开。建立一套三级结构的远程电子巡查系统的解决方案,实现考点校、区县、市考试院的三级考场视频远程电子巡查管理系统;
•系统还要能满足多种网络的接入要求,包括局域网、校园网、城域网、ADSL公网等。各区域学校考点网络环境极其复杂,该系统应该能适应多种考试类型的要求,包括高考、自考、成人考试等,同时向管理人员提供音视频、考生信息、考试信息等。这些信息应该自动保持同步功能。为管理人员提供方便地数据录入、查询、管理方法。在考试结束后,管理人员应该可以方便地查询定位录像文件,提供在线查询、点播,在线下载等功能;
•北京城区面积大,学校分布散,考点众多,系统巡检、维护升级困难多;
•部分考点、保密室或校区已存在安防设备,如何兼容,利旧;
•如何发掘电子监考系统的潜在资源,发挥其更多的作用,兼顾学校教学方向的需求;
•高考的重要性、保密性不言而喻,众多用户的权限验证至关重要,如何分配和管理、查询、记录、至关重要;
•如何将被动视频监控,被动预警机制提前到主动方式。主动为电子监考提供安全服务。

解决方案具体特色和功能
    目前市面上的大部分厂家,提供的都是安防监控产品,以满足用于对监控的需求,以片面地达到电子监考系统所要求的最基本的视频监控需要。但是电子监考作为一个行业性的系统,不是拼凑,也不是监控系统的复制、粘贴。需要有自己的行业理念,有自己的解决方案,有前瞻性的系统剖析。

    以北京电子监考系统建设为例,天地伟业参与从2005年至2008年北京教育考试远程电子巡查系统全程建设,包括从前端设备的提供,到后端平台的建设。其针对北京教育考试院成电子巡查系统建设过程中诸多问题以及客户发散性的业务需求,其提出了具有行业前瞻性的解决思路。[nextpage]

多级联网
    多级联网难点在哪?第一,多用户点对点访问,容易产生网络风暴;第二,同时并发访问同一视频点时,占用带宽大;第三,音视频、报警信息上传数据延时;第四,多种网络环境下视频质量无法保证。

图1 多用户同时访问前端模式


图2 代理转发模式


图3 逐级转发模式
    一般的产品,在局域网内,有客户端在访问前端视频编码器的视频时,有几个客户端访问,视频编码器就发送几路视频数据给客户端(如图1);这种情况下,如果采用多播的网络方式,由于目前的网络环境大多是局域网,多播方式很容易产生网络风暴,并急剧下降网络性能,如果采用单播方式,对视频编码器端的网络压力就会很大,并且视频编码器大多是嵌入式网络产品,网络性能一般,这样,为了保证整体性能,就要减少并发访问的用户数量。

    为了解决这个问题,有两个方案,一是局域网内的代理,就是在局域网内部部署一个高性能的服务器,所有客户端对前端的访问都由此服务器来转发(如图2);这样,无论有多少客户端,从前端只发送一路视频数据流,由转发服务器分出多路视频数据流给各个客户端,这种方式内部网络性能将有保证,仅需配置性能较好的PC服务器。

    再就是视频数据逐级转发的机制(如图3),即第一个客户端在访问前端视频编码器时,视频流数据是由编码器直接发送给它,当第二个请求时,视频数据流自动由第一个给第二个转发,当第三个客户端请求时,视频数据量由第二个给第三个转发,依此类推,当中间某个环节断开或者出现故障时,系统会自动跳过故障点,维持整个转发路径的通畅,在这种模式下,每一级跳转在1毫秒内完成,即第10级用户和第一级用户相比,延时不会超过10毫秒。[nextpage]

    针对视频质量问题以及占用带宽问题,系统可实现多级代理转发方式。在宽带网上,由于带宽的限制,区和市级领导在观摩学校视频时,可以根据各地出口带宽的不同,选择不同的代理服务器。在观摩学校时,直接通过学校的代理服务器来转发视频数据,市级领导同时也在观摩此学校时,如果学校出口带宽较高,可以选择直接使用学校的代理服务器转发如图4所示,如果学校出口带宽较低,同时并发两路数据存在困难,市级领导在观摩时,可以选择区的代理服务器来转发,缓解低带宽节点的网络压力。

 
                                图4 用户访问模式流程

复杂网络
    目前,困扰电子监考市场发展的主要因素就是缺乏良好的网络基础环境,而双码流(如图5)则是对网络视频监控的一次提速,其难点主要体现在现有不充裕的网络资源现状下,如局域网、校园网、城域网、ADSL、公网等环境下,网络带宽的有效占用以及如何在有限的带宽资源条件下确保视频监控系统的稳定性和图像质量等方面。大规模的电子监考系统通常包含成百上千台摄像机,它们将产生海量的视频、音频、报警以及管理数据,而这些数据都必须通过网络来传输,而通常用户所能获得的网络资源总是有限的,因此必须采用有效的方法来确保传输系统的稳定运行。

    传统意义上的双码流采用一种码流用于网络传输,一种码流用于高品质实时存储,同时兼顾本地存储和远程网络传输。该项目创造性地将双码流技术拓宽应用,实现任意码流格式选择编码,即在编码时不再指定码流,可实时选定码流进行H.264/MPEG4高压缩比编码, 不仅实现了双码流传输、存储,还涵括了任意选择码流实时压缩、并存。首先拓展单一的码流选择方式,即在编码时不再指定码流,可实时进行H.264/MPEG4格式的高压缩比编码。其次任意选择码流实现传输和并存,支持定码流和变码率。这种双码流的提出具有非常现实的意义,它在现有网络瓶颈下兼顾了图像质量和传输质量。

    双码流的实现,同时也为本地存储掀起了新的一页。分别编码,另行存储,根据网络带宽灵活选择码流大小,让本地高清存储与低码流传输并存有了可能。


                       图5 双码流说明示意图

[nextpage]系统维护
    诸如北京电子监考类似的大型电子监考项目,共同的特点就是区域大,考点多,分散广,给项目的巡检,维护,升级带来了很大的工作量,为此提出了以下的解决方案。

    网络同传方式:在考试中心建立软件升级服务器,各区县的考点内布署的升级客户端自动向中心端注册本地信息,通过此升级更新网络共同维护各个节点所使用软硬件信息,自动匹配是否符合最新软件标准,若中心端已经更新最新软件版本,此时软件升级服务器将以网络同传的方式向所有低于此版本的节点用户发送最新软件升级信息,并将升级软件下载到各考点,并在本地自动升级软件版本。

    在线下载方式:可在各级考试中心设立软件中心服务器(WEB),服务器内提供最新版本软件、硬件信息;各种工具软件;各级节点用户可通过在线下载方式,满足自身功能需求;并可通过在线帮助方式,需求技术帮助。

    硬件驱动升级方式:提供虚拟桌面功能,远程协助用户对硬件进行升级更新。

中考系统与高考、成自考系统建成后,建立统一的管理维护管理软件,其中功能包括:
•IP地址检测功能:网络中断或者IP地址更改造成视频连接中断,一旦网络畅通或者IP地址修复后,视频和控制信息立刻自动连接恢复,无需人为操作;
•市或区考试中心可对下属任意一点连接上视频的考场进行IP地址远程维护;
•数据库容错机制,可对各种考试系统的数据库进行检测、修复;确保统一数据库在新老系统中的准确应用。

资源利用
    利用学校现有的视频资源以及电子监考设备,通过学校局域网,以及广域网可以实现:教育培训电视台、视频监考系统、远程视频教学管理、家校互联及班级管理系统、学校公开课教学管理、教师(班级)网上办公室等方面,丰富管理手段,增进信息共享及交流。

    实时的网络直播教室。可实现教学实况现场直播及录制信息的点播重放。适应多种数据格式和带宽,制作时可同时选择多种带宽进行压缩,播放时课件可以根据实际带宽自动调整播放水平,适用于大范围教学的直播活动。

    远程多点交互功能。可实现校内校外同步学习,同时接入的学生数(或教室数)可方便地扩充。学生之间、师生之间均可通过电子白板、讨论组、聊天室及电子邮件,以文字、图形、音频和视频等方式进行交流,适用于重要的学术交流和教学答疑场合。

    完全的教学现场还原。拥有特有的桌面同步技术,将教师视频同教学课件视频流(数字化)及教学现场同步传送,学生端可在较窄的带宽条件下(一般100K~300K)看到教师影像的同时完整无损地看到教师操作课件的全部动作和过程。

    智能化的课件自动录播系统。可以WEB方式根据直播列表远程自动采编、发布课件并实时远程监控全部过程,支持视频、音频、文本、图片合成为Rich Media课件。

    WEB的N-tier网络分布式结构技术,实现全浏览器操作 良好的扩展性。支持可定制的用户界面,支持PC、STB和PDA终端类型。支持二次开发(包括教学管理及课件制作、播放等方面)。

    在学校公开课观摩、点评、推广方面能发挥重要作用。观摩人员可以在自己的办公电脑前观摩公开课,并且可以邀请学生家长或各级领导在网上进行观摩,不受地方限制。在公开课点评环节,可利用网络视频的录像及播放功能进行细节点评。优秀公开课也可以做为教学资源保存下来,并利用网络视频点播和广播功能为教师和学生服务。[nextpage]

    网络视频系统可以说是最好的沟通学生、教师、家长、学校的家校互联及班级管理工具。学校老师可以在校园网内发布各种共享信息和通知,便于对学生的管理。家长也可以通过广域网有针对性查看自己孩子在校内的生活、学习、活动情况。

    利用网络视频功能强大的信息共享和互动功能,特别是视频录像、点播、广播功能,可以为学校搭建最有特色的网络电视台,成为学校形象宣传和互动管理的强大工具。

权限控制
    对于电子监考的保密,重要性不言而喻,这个不是任何人、任何单位都可以随意浏览观看、控制、操作的,也不是随意在软件中设置用户名和密码起到一个所谓的权限管理的。目前部分电子监考项目室内安装两个监控点:一个广角摄像机,用户全景监看;另一个动点监控点,平时也可用于多媒体互动教学。但如果没有严格的密码验证服务,那么人为任意进行控制,很有可能直接影响考试监考的有效性,并可能造成侵犯隐私等纠纷。

    因此专为此系统提供网络巡考权限密码WEB管理平台,严格定义每一个用户的使用权限,所属关系。每当有用户实时访问考场图像时,说是查看以往录像资料时,全部先访问此数字权限验证服务器,通过服务器的验证后才可以进行下一步操作。并且验证服务器可以进行多级级联。区、市、省可进行权限密码级联扩展。

主动模式,考务管理
    监考人员在选择某个教室之后,可以自动列出在该教室参加考试的考生列表和考生个人信息。如图6。


                          图6 主动模式的考务管理

    每个视频通道实时显示当前考场的考试过程,同时软件界面会显示当前班级内所有考生的相关信息,若接到异常情况报警、举报电话,指挥中心可通过考试准考证号、身份证号直接定位到考生所在的视频通道。同时录像回放也支持考生准考证号、身份证号搜索。

    考场内每个网络监控前端自带透明通道功能,一旦有恶劣违纪现象发上,监考老师为保证考场秩序,可直接通过考场内的报警装置将信息上传给监控中心,监控中心立刻会自动切换到当前报警考场,同时省市级指挥中心电子地图也会同时接收到报警信息,并弹出当前考场相关视频。[nextpage]

实际应用情形和行业发展新方向
    以北京教育考试远程电子巡查系统为例,从2005年至今,共为北京高考、成考、自考、中会考、公务员考试以及各种国家级等级考试,近千万的考生提供了全程电子监考服务。

    目前电子监考行业仍然快步向前发展,如何将电子监考系统为教育用户创造更大的价值,是这几年发展的一个方向,比如各种外国语种的口语等级考试,目前这块市场还是一个很大的空白,没有标准,也没有统一,有很多的考试需求,市场庞大,收益率高,口语考试可实现全数字化、网络化,结合网上报名、远程考试指挥、考生现场选题、题库抽题、在线答疑、在线多方评分等多种方式。

    模式:建设一个口语考试中心,设立多个口语考场,考生与面试老师以面对面的方式进行考试,将全部口语考场的视频图像(1路特写,一路全景)通过视频线接入口语考试中心管理主机,可以画中画显示,每个口语考场配备电脑或者液晶显示器,考生可通过显示设备了解考试相关内容,面试老师可以通过CS/BS方式登录口语考试系统,即登录口语考试中心管理主机,这样口语考试中心的管理主机可以和下面各个考场的口语考试终端进行“文字、语音、视频”的综合通讯。其他的远程指挥终端,也可通过软件或者IE方式登录考试系统,进行远程考试指挥。这样多个监考老师或面试老师之间可以通过语音,文字等方式的实时通讯,了解考生的各种能力,同时也避免考场内对考生的影响。口语考试系统内存有每次口语考试的各种标准模板,可以实现网上报名、模板打印、模拟题库学习、模拟考题打印。

未来发展和新技术应用
    电子监考未来的发展方向很大的程度取决于视频监控技术的发展,如何将被动监控提前到主动监测上,如何提高检测准确程度,如何达到少投资多收益,将电子监考、多媒体教学、校园安防一体化、家校通、入侵报警系统、消防报警联动等系统做到无缝兼容,这些都是未来行业发展的新动向。

    高新技术智能化的应用: 高科技,生物技术普及化、民用化的应用可谓是势头正猛。就目前应用而言,主要以指纹识别、虹膜识别技术为主,这些技术已应用在电子监考系统、校园监控系统、门禁考勤系统当中。但随着技术的发展、产品的市场化、人脸识别、静脉验证、红外扫描准考证、视频定位分析、人数智能分析统计、室内打架斗殴智能分析等技术将走进数字校园。将来的发展趋势势必是智能视频监控,通过智能分析主动的防患于未然,以降低潜在威胁和危机可能对校园内外带来的冲击,比如: 监测尾随行为、侦测下课或放假期间进入实验室等重要区域的人员、恶意破坏公共设施的行为、偷窃贵重物品、考场舞弊、室内外打架斗殴、攀爬围墙或楼层等行为动作。当然有多少“智能”可以用,识别率、分析算法的准确率如何提高;如何解决中远距离跟踪与识别;当多人同时出现身体出现重叠、遮挡时,如何进行人员定位、智能分析与行为预测?这些都是教育行业今后发展的热门话题。(本文作者张少华现任职于天津天地伟业数码科技有限公司)


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