一种在线考试辅助系统和在线考试监测方法

1.本发明属于在线考试技术领域，更具体地，涉及一种在线考试辅助系统和在线考试监测方法。


背景技术：

2.随着在线考试的大量普及，在线考试在考试方式中占有越来越高的比重。这些在线考试通常真人监考，由考生自行组织考场完成考试，其基本特征包括：
①
考生在自己设置的房间中独立完成考生；
②
考生在自己设置的电脑上或者手机移动端，登录考试信息系统进行答题。
3.现有的在线监考系统有的要求考生通过自备的多个联网摄像头向考试系统上传实时现场视频，有的要求考生佩戴指定的耳机接收考试信息。其基本设计意图是通过添加监控传感掌握考生的状态，例如通过摄像头检测是否是考生本人、考生与他人或者环境发生交互、考生屏幕是否通过联网访问其它站点等。这些方法虽然可以监测到一些考试异常现象，但是缺乏对监考系统的整体设计。
4.事实上，目前的摄像头等传感装置的视音频检测能力受限，而考生自行布置所在考场摄像头、自己配备考试主机，有可能导致很多考场监测的漏洞。例如考生在监控摄像头视野之外设置道具呈现外界信息，如考场初始化环视房间后由他人在墙角放置显示器；考生在考试区域附近放置作弊道具播放外界信息，如通过与环境背景声类似的音频进行信息提示；考生在监控摄像头视野之外设置道具接收外界信息，如佩戴隐藏于头发下的骨传导耳机等；考生通过互联网邀请他人远程替考，如在考试前启动teamviewer、向日葵、远程桌面共享程序并在后台运行；考生通过本地无线局域网邀请他人本地替考，如无线投屏等方式将考试机当前界面分享出去、由他人通过无线鼠标键盘操控本机替考。
5.综上，现有在线考试辅助系统或装置只能防止、监测某几种类型的作弊情况，而面对防作弊登记要求高的在线考试，需要设计能够更为全面地防作弊考场。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在线考试辅助系统和在线考试监测方法，其目的在于：通过部署手写板、耳机、摄像头等辅助装置，限定考试过程中考生仅能通过指定信息通道阅读考试内容、听取考试指令、提交考试结果；通过检测人机交互的全通道(视觉、听觉、触觉)的信息交互情况，检测是否有外界介入，判断潜在的作弊异常；由此解决在线考试作弊监测不全面的技术问题。
7.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种在线考试辅助系统，包括：
8.输入终端，配备对应手写笔和手写板，用于提供输入通道以使考生输入控制指令以及答题信息；
9.考试终端，与所述输入终端连接，包括考生客户端和第一摄像设备；所述考生客户端用于在所述控制指令下显示题目信息，并接收所述考生输入的所述答题信息；所述第一
摄像设备处于第一机位，用于拍摄所述考生的面部信息并传输给所述考生客户端以使其识别所述面部信息对考生进行人脸验证和活体验证，还能够监测考生视线范围内是否存在作弊道具；
10.耳机，与所述考试终端连接，用于屏蔽无线信号防止考生作弊，并监测所述考生是否正常佩戴耳机；
11.监测终端，与所述考试终端连接，设有位于第二机位的第二摄像设备，用于拍摄所述考生的面向方向景，并将其传输给所述考生客户端以使其对所述面向方向景进行处理，从而监测考生面向方是否存在作弊道具。
12.在其中一个实施例中，所述耳机包括：
13.信号屏蔽模块，用于屏蔽其他无线信号，防止所述考生佩戴米粒耳机进行作弊；
14.压力监测模块，能够监测受到的压力数据，并将其传输给所述考试终端中的考生客户端，以判断所述考生是否正常佩戴耳机；
15.语音播放模块，用于播放行为指令，以使所述考试终端采集考试期间向考生行为指令，以判别所述考生是否正常佩戴耳机。
16.在其中一个实施例中，所述耳机和所述手写板均配备有唯一、独立且不可篡改的识别码，当所述耳机及所述手写板与所述考试终端连接后，所述考试终端能够识别出对应的识别码。
17.在其中一个实施例中，所述考试终端用于考试开始前和考试期间监测mac地址、判断是否出现mac地址更改、识别和监测外接设备判断是否接入非指定外接设备、对所述手写板的识别码进行识别和监测判断是否为指定识别码、对所述耳机的识别码进行识别和监测判断是否为指定识别码；
18.所述考试终端还用于考试期间进行霸屏监测，判断所述考生客户端是否处于霸屏状态。
19.在其中一个实施例中，所述考试终端还用于：考试期间间断性对比考生手部答题动作和所述考生客户端接收的答题数据进行匹配性校验，从而判断是否为所述考生本人正在进行考试。
20.在其中一个实施例中，所述考生客户端在考试期间在指定时间下达指令，当考生根据指令利用手写板实施相关行为，通过此来判断操作所述手写板与进行答题是否为同一人。
21.在其中一个实施例中，所述耳机和所述监测终端至少其一设有麦克风，用于采集环境声音并将其传输给所述考生客户端，以使其检测到所述环境声音的音量或持续时间不满足考试条件时生成提示信号。
22.按照本发明的另一方面，提供了一种在线考试监测方法，应用于上述的在线考试辅助系统，包括：
23.s1：利用第一摄像设备监测考生身份：考试前对考生人脸进行识别，判断是否为考生本人登录考生客户端；考试期间对考生进行人脸监测，判断拍摄的是否为考生本人；在考试期间对考生进行行为监测，判断考生是否为活动体；
24.s2：监测考生视觉输入：采用双机位监测，第一机位为所述第一摄像设备，用于拍摄考生面部进行视线监测，判断学生视线是否停留在考试机屏幕方向、是否规律性注视其
它方向；第二机位为所述第二摄像设备，用于拍摄考生面向方，判断考生面向方是否放置有作弊道具；
25.s3：监测考生听觉输入：利用耳机屏蔽无线信号防止考生佩戴米粒耳机进行作弊；利用压力传感功能监测考生是否佩戴所述耳机。
26.在其中一个实施例中，所述耳机和所述手写板均配备有唯一、独立且不可篡改的识别码；所述在线考试监测方法还包括：
27.利用所述考试终端考试开始前和考试期间：监测mac地址判断是否出现mac地址更改；识别和监测外接设备判断是否接入非指定外接设备；对所述手写板和所述耳机的识别码进行识别和监测判断是否为对应的指定识别码；
28.利用所述考试终端在考试期间进行霸屏监测判断所述考生客户端是否处于霸屏状态。
29.在其中一个实施例中，所述在线考试监测方法还包括：利用所述耳机和/或所述监测终端上的麦克风采集环境声音并将其传输给所述考生客户端，当其检测到所述环境声音的音量或持续时间不满足考试条件时，生成提示信号。
30.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
31.(1)在本发明中，耳机占住考生的听觉通道，配合听觉畅通性监测功能和耳机佩戴状态监测功能，有效防止考生通过听觉这一通道实施作弊行为。
32.(2)在本发明中，考生通过智能手写板进行答题，配合外设识别功能，能够防止其他人员通过其他外设替考生答题、实施作弊行为。
33.(3)本发明中，考生通过智能手写板进行答题，配合答题行为匹配模块，能够判断考生考试状态是否正常，防范和检测可能的作弊行为。
34.(4)本发明通过监测考生本人的身份、信息输入输出通道；考试终端地址，考试终端信息输入输出通道；考生和考试终端的交互过程特征，全方位进行作弊监测，可应用于作弊监测要求高的在线考试。
35.(5)本发明中的智能手写板可以适应所有学科类型的书面考试，适应性强；在线考试信息流监测模块可集成于任一考生客户端中，可移植性高。
附图说明
36.图1是本发明一实施例中在线考试辅助装置的环境应用图；
37.图2是本发明一实施例中在线考试辅助装置对应的监测对象示意图；
38.图3是本发明一实施例中在线考试信息流监测模块对应功能示意图；
39.图4是本发明一实施例中在线考试辅助装置对应的应用场景图；
40.图5是本发明又一实施例中在线考试辅助装置对应的应用场景图；
41.图6是本发明另一实施例中在线考试辅助装置对应的应用场景图；
42.图7是本发明再一实施例中在线考试辅助装置对应的应用场景图。
具体实施方式
43.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
44.为了实现上述目的，如图1所示，本发明提供一种在线考试辅助装置，包括：一副耳机，用于屏蔽信号和播放指令；一台考试终端，用于考生登录在考生客户端以及监控考生，配备有摄像头，该摄像头位于第一机位，用于拍摄考生面部信息；一台智能终端，带有拍摄功能，该智能终端位于第二机位，用于拍摄考生面向方场景；一部配备对应手写笔的智能手写板，用于控制考试终端、进行答题输入。
45.在一个实施例中，耳机包括信号屏蔽模块、压力监测模块。信号屏蔽模块用于屏蔽其他无线信号，防止考生佩戴米粒耳机进行作弊。压力监测模块能够监测耳机受到的压力，据此压力数据可以判断考生是否佩戴耳机。
46.在一个实施例中，耳机配备有唯一且独立的识别码，耳机与考试终端连接后，考生客户端可以识别出该耳机的识别码，识别码不可篡改。
47.在一个实施例中，智能手写板配备有唯一且独立的识别码，智能手写板与考试终端连接后，考生客户端可以读出该智能手写板的识别码，识别码不可篡改。
48.在一个实施例中，耳机和智能终端至少其一带有麦克风。
49.在一个实施例中，智能终端具体为智能手机或平板电脑。
50.在一个实施例中，面向在线考试的作弊监测方法，如图2所示，包括以下内容：
51.监测考生，包括以下内容：监测考生身份、监测考生信息输入通道、监测考生视觉输入以及监测考生听觉输入。
52.监测考生身份：考试前对考生人脸进行识别，判断是否为考生本人登录考试系统；考试期间对考生进行人脸监测，判断摄像头拍摄的是否为考生本人。在考试期间对考生进行行为监测，判断考生是否为活动体。
53.监测考生信息输入通道：
54.监测考生视觉输入：采用双机位监测，第一机位为考试终端所附摄像头，拍摄考生面部，进行视线监测，判断学生视线是否可见其他作弊道具。第二机位拍摄考生面向方，判断考生面向方是否放置有作弊道具。
55.监测考生听觉输入：考生佩戴带有信号屏蔽、压力传感功能的专用耳机。耳机的信号屏蔽功能能够防止考生佩戴米粒耳机。考试期间通过专用耳机的压力传感功能监测考生是否佩戴耳机。考试期间，智能终端或耳机录制环境音，通过该录音实时监测环境音，判断环境音是否过大。
56.在一个实施例中，考试期间在指定时间通过耳机向考生播放指令，学生根据指令实施相关行为，对比指令和考生行为，判断考生是否正常佩戴耳机。
57.在一个实施例中，监测考生信息输出通道，包括以下内容：
58.考生使用智能手写板进行答题。在一些实施例中，考生客户端考试期间在指定时间下达指令，学生根据指令，通过智能手写板实施相关行为，通过此来判断操作智能手写板与进行答题是否为同一人。
59.有益效果：若出现机位所拍摄人员非考生本人、或非活动体，可以通过针对考生身份的监测方法所得到的监测结果发现。从外在环境、考生视线两个角度监测考生视觉输入，
若考生视线可见范围内出现作弊道具、或考生视线角度不正常，可通过此监测方法所得到的结果发现。针对考生听觉输入的监测方法可以占住考生的听觉通道，防止考生考试时听到其他可用于作弊的信息。
60.在一个实施例中，监测考试终端，包括以下内容：
61.监测考试终端的地址：考试开始前和考试期间监测考试终端的mac地址，判断是否出现mac地址更改。
62.监测考试终端外设：考试开始前和考试期间识别和监测考试终端外设，判断是否接入非指定外设。
63.监测考试终端信息输入通道：考试前和考试期间对智能手写板的识别码进行识别和监测，判断是否为指定识别码。
64.监测考试终端信息输出通道：考试前和考试期间对耳机的识别码进行识别和监测，判断是否为指定识别码。
65.考试期间进行霸屏监测，判断指定考生客户端是否处于霸屏状态。
66.有益效果：通过监测考试终端地址、外设接入情况、信息输入通道和信息输出通道，全方位监测考试终端，有效防止考生通过考试终端作弊。
67.在一个实施例中，监测考生本人、环境交互性：考试期间间断性对比考生手部答题动作和考生客户端答题输入数据，判断考生手部答题动作和考生客户端答题输入数据匹配性。
68.有益效果：通过监测考生本人、环境交互性，若出现非考试摄像头所拍摄人物在操纵考试机，可以通过此方法监测出。
69.考生客户端内集成有在线考试信息流监测模块，该考生客户端于考试前被安装于考生的考试终端。考生使用在线考试辅助装置进行考试。该模块与智能手写板、耳机、智能终端连接，能够实时控制和接收智能手写板、耳机、智能终端上传的数据。
70.在一个实施例中，如图3所示，在线考试信息流监测模块可以包括考生感知通道监测模块、考试终端感知通道监测模块、考生与考试终端交叉验证模块。
71.考生感知通道监测模块包括考生身份监测子模块、考生感知输入监测子模块、考生感知输出监测子模块。
72.其中，考生身份监测子模块具有人脸识别功能，考试本机前置摄像头所拍摄图像/视频和考生信息作作为输入，通过人脸识别算法，进行考生身份识别。若考生面部与考生id不匹配，则报告异常。
73.其中，考生感知输入监测子模块具有视线监测功能、耳机佩戴状态监测功能、环境监测功能、耳机通道畅通性监测功能。视线监测功能具体为：考试本机前置摄像头所拍摄图像/视频作为输入，通过视线检测算法，进行考生视线检测，若检测到异常情况，则报告异常。耳机佩戴状态监测功能用于监测考生是否佩戴耳机。考生客户端实时接收耳机的压力监测模块监测所监测到的压力信号，并基于此判断考生是否佩戴耳机，如果判断出考生可能没有佩戴耳机，则报告异常。环境监测功能具体为：环境声音被耳机内置的麦克风或智能终端采集输入至考生客户端，考生客户端对该声音信号进行处理，若声音响度和持续时间高于一个阈值，则报告异常。根据第二机位所拍摄考生面向方环境判断是否存在作弊道具，若存在可疑作弊道具，则报告异常。听觉畅通性监测功能具体为：通过耳机播放指令，考生
进行相关操作，将指令内容和考生的肢体动作视频或考生通过智能手写板的操作作为输入，判断指令内容和考生行为的匹配性，若匹配性低，则报告异常。
74.其中，考生感知输出监测子模块包括智能手写板输入通道畅通性监测功能、手写板输出异常监测模块。具体的，智能手写板通道畅通性监测功能具体为：通过耳机播放或显示屏显示需要考生通过智能手写板进行相关操作的指令，判断指令内容和考生通过智能手写板进行的操作的匹配性，如果匹配性低，则报告异常。智能手写板输出异常监测功能用于防止考生泄露试卷信息等。
75.考试终端感知监测模块包括考试终端地址监测子模块、外设识别子模块、考试终端输入监测子模块、考试终端输出监测子模块。
76.其中，考试终端地址监测子模块具有考试终端mac地址监测功能，用于防止考生通过异地登录、多地登录进行作弊。考生客户端实时获取当前考试终端mac地址，只需要存在一台考试终端，若考试终端mac地址发生变化，则报告异常。
77.其中，外设识别子模块具有考试终端外设识别功能，用于防止考生采用其他设备进行答题输入。该模块识别本机所接外设的型号，若识别到考试必备设备之外的可疑设备，则报告异常。
78.其中，考试终端输入监测子模块具有智能手写板识别码监测功能，用于监测进行答题的智能手写板的识别码是否更改，防止有其他手写板接入，考生实时作弊操作。考生客户端实时监测智能手写板的识别码，如果识别码发生更改，则报告异常。
79.其中，考试终端输出监测子模块具有耳机识别码监测功能和霸屏监测功能。耳机识别码监测功能用于监测进行答题的智能手写板是否更改，防止有其他耳机接入，考生实时作弊行为。数字考场模块实时监测耳机的识别码，如果识别码发生更改，则报告异常。霸屏监测功能用于进行霸屏监测，如果检测到当前考试界面处于非霸屏状态，则报告异常。
80.考生与考试终端交叉验证模块包括答题行为匹配性监测功能，考试本机前置摄像头所拍摄图像/视频和本机上的答题行为、操作作为输入，通过手部动作识别算法、综合手部动作和本机答题行为与操作之间的时延，判断考生的手部动作和本机上的答题行为、操作是否匹配，如果不匹配，则报告异常。
81.如图4所示，在线考试信息流监测模块集成于考生客户端，如在线考试信息流监测模块的运行过程。
82.如图5所示，在考试前，考生客户端录入并且存储考生信息、人脸数据、考生对应的唯一智能手写板识别码、耳机识别码。
83.如图6所示，在考生登录阶段，考生需要进行双机位拍摄功能调试，确保第一机位能够完整地拍摄到考生的面部，第二机位能够完整拍摄到考生地手部和考生面向方法环境；考生登录，进入考生客户端，进行考生信息匹配，包括考生信息录入，人脸识别；在线考试信息流监测模块识别考生外设，确保本机只接入考试相关外部设备。在线考试信息流监测模块申请本机屏幕访问权限，为考试期间的霸屏监测做准备；在线考试信息流监测模块请求测试智能手写板、耳机，包括分别识别智能手写板、耳机的识别码，判断其是否与系统存储地此考生的对应识别码一致；在线考试信息流监测模块下达指令，考生通过智能手写板完成该指令；在线考试信息流监测模块通过耳机下达指令，考生完成该指令。若以上步骤出现异常，在线考试信息流监测模块则报告异常，考生客户端的其他模块进行异常处理。
84.如图7所示，考试期间，在线考试信息流监测模块实时监测考生面向方环境，判断考生面向方环境是否存在作弊道具，例如于考试本机上贴有小纸条等，若出现异常，在线考试信息流监测模块报告此异常；在线考试信息流监测模块实时对比拍摄到地考生面部信息和考生客户端存储地考生面部信息，判断所拍摄考生是否是本人、考生是否是活体，若出现异常，在线考试信息流监测模块报告此异常。在线考试信息流监测模块实时监测本机外设型号和数量，若出现异常，在线考试信息流监测模块报告此异常；在线考试信息流监测模块实时监测考生客户端界面是否处于霸屏状态，若不处于霸屏状态，在线考试信息流监测模块报告此异常；在线考试信息流监测模块实时监测考生耳机、智能手写板识别码，若考生耳机、识别码与所存储的考生对应智能手写板识别码、耳机识别码不一致，在线考试信息流监测模块报告此异常；在线考试信息流监测模块通过耳机传输的压感数据实时监测耳机的佩戴情况，若判断考生未佩戴耳机，在线考试信息流监测模块报告此异常。在线考试信息流监测模块通过第二机位智能终端的麦克风所录入音频信息判断考场环境是否安静，如果考场音量过大，在线考试信息流监测模块报告此异常。考生客户端的其他模块处理以上异常。
85.如图7所示，考试期间，考生客户端间断性进行通道畅通性监测，具体包括：在线考试客户端通过耳机播放指令，考生根据该指令完成相关操作，在线考试信息流监测模块通过第一、二机位所拍摄视频、或考生对考试本机的操作判断考生是否完成该指令；考生客户端通过本机屏幕显示需要考生使用智能手写板进行相关操作的指令，考生根据该指令完成相关操作，在线考试信息流监测模块通过考生对本机考试本机的操作判断考生是否完成该指令。
86.如图7所示，考试期间，在线考试信息流监测模块间断性地监测考生是否实时其他作弊行为，具体包括：在线考试信息流监测模块对比考生的手部动作和答题数据记录，如果手部动作和答题数据记录不匹配，则报告此异常；在线考试信息流监测模块监测考生视线，若长检测到考生长时间或频繁出现视线不在考试机器屏幕上或智能手写板上，则报告此异常。
87.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。