门禁系统是实现智能化楼宇系统的关键环节。该文针对于门禁系统的实际应用，探讨了门禁系统在当前智能化楼宇中的实现技术和设计方案，并提出了基于指纹识别技术门禁管理系统，该系统将成熟的指纹生物识别技术应用到门禁系统当中，较好的解决了身份认证的问题，并具有较强的安全性和可靠性。
智能化楼宇，是信息时代的必然产物，是传感器技术、计算机技术、通信技术、控制技术与建筑技术密切结合的结晶，它通过各种信息技术，对整个建筑物内的各项资源进行有效地管理，将整个楼宇内的资源合理的调度、监控和管理，从而提高了整栋建筑的管理的高效性。它可将分散的、相互独立的各项资源，用相同的环境和相同的软件界面进行集中监视、控制和管理。智能化的楼宇系统一般包括：办公自动化系统、消防自动化系统、安保系统以及通信系统。
其中的门禁系统属于安保系统的范畴。该系统的安全可靠，是整个楼宇的关键。其目前在现行的许多计算机系统中，用户的身份认证大都使用“用户ID+密码”的方法。实际上，这种方法隐含着密码易遗忘、可传递、易被别人窃取盗用等安全问题。由于生物特征都是人体上每个人独一无二的，所以使用这些生物特征作为认证方法，更具有安全性。针对于以上问题本文深入探讨了基于指纹认证的门禁系统。
1指纹认证的原理
我们知道指纹是具有唯一性的，它的这种唯一性其实是指每个人的指纹是不相同的，这种唯一性，也是利用指纹去对不同的个体进行区分的原理。
根据大量指纹图像的分析和归类，我们可以将指纹粗略地分为六种类型。(a)拱形(arch)、(b)右旋型(rightloo)、(c)尖拱形(tentedarch)、(d)左旋型(1eftloo)、(e)旋涡型(whorl)、(f)双旋型(twinloo)。
针对于以上六种类型，指纹的匹配也分为预分类和精确分类。所谓的预分类是将输入的指纹图像分为以上六种之一，预分类完成之后进行的是精确分类，精确分类利用指纹图像的细节信息之间的比对，来精确获取指纹图像的相似度。
指纹识别技术首先通过取像设备读取指纹图像，然后用计算机识别软件提取指纹的特征数据，最后通过匹配识别算法得到识别结果。基本原理框图见图1所示。
1.2指纹认证的算法
针对于指纹认证的整体过程，指纹特征的提取和匹配，是实现整个门禁系统的关键。作为一个门禁系统，它的主要任务就是保障整个智能化楼宇的安全，也就是说通过对于不同待识别用户，它要能够准确的区分出哪些是授权用户可以入内，哪些是非法用户，并阻挡该用户入内，从而实现楼宇的人员管理。因而由此可以看出，指纹识别的正确与否是楼宇安全管理的至关重要的一步，通过对于大量材料的查阅和分析，我们利用下述的四个步骤去识别不同的指纹图像，通过实验证明该方法具有较好的识别效果：
1)利用指纹采集器获取用户的指纹：在楼宇的入口处安装指纹采集仪，通过该工具采集用户的指纹，并将其输入到计算机内。
2)指纹图像的预处理：通过指纹采集仪得到的图像，不可避免的掺杂一些噪声，这些噪声点会影响下一步的识别，这里预处理过程是将采集到的图像转化为最为合适的待识别图像。其中主要的处理手段包括：图像的增强，图像去噪，图像的细化，二值化等。
3)图像的特征提取：当完成了图像的预处理之后，要对待识别的指纹图像提取特征，特征是区分不同指纹图片的关键，指纹的识别与匹配就是特征提取的。一种好的特征提取方法在很大程度上决定了后期识别的准确率。这里我们利用指纹图像特征点的坐标和方向场作为最终的特征向量，利用该特征对于不同的用户进行识别和区分，如图2所示。
4)图像的模式识别和匹配：最后根据提取的特征对于不同的指纹图像匹配识别。为了增强指纹匹配的鲁棒性，将特征点的特征向量依次转化为极径、极角和极坐标系下的方向场。使用可变限界盒的方法对图像采集的过程走中产生的非线性形变和位置差异进行校正。
指纹识别认证的目的既是允许哪些人可以进入系统，哪些人不可以进入楼宇，并对不同的用户授予不同的权限。它的基本思路就是获取待登录用户的指纹，并将该指纹与数据中预先收录的所有用户的指纹进行匹配，匹配成功说明该用户是合法用户，并根据数据中权限定义进行授权，否则为非法用户。
2基于指纹认证的门禁系统实现
门禁系统通常由控制器、读卡器、电控锁、门锁、开门按钮、扩展模组、系统服务器(计算机)、通信转换器、门禁管理软件、通信管理器、管理主机等组成。在此基础上，本文进行了基于指纹认证的门禁系统的设计。整个系统的设计可以分为门禁系统的物理网络结构模块和指纹识别认证模块。其中物理网络结构模块包括了门禁系统的物理结构和仪器设备的安装，从而构建整个门禁系统的物理结构，而指纹认证模块主要是软件的设计和实现以及授权用户指纹数据的建立，通过该软件实现对于用户指纹的认证。
整个门禁系统网络结构图如图3所示：主要包括：服务器，交换机，门禁设备和建档设备。其中服务器又包括数据库服务器和网络服务器，数据库服务器中存储着所有合法用户的指纹信息，通过门禁设备获取用户的指纹信息，并通过网络传输至智能楼宇的数据库服务期内，将提取出的用户指纹特征与数据库服务器中存储的合法用户的指纹特征进行匹配，如果匹配成功，则门禁系统打开，准许该用户入内。否则将该用户拒之门外。指纹式门禁单元除了基本的对讲呼叫功能以外，加入了指纹开锁功能,并引入了正常开锁、紧急开锁和胁迫开锁等开锁模式,提高了门禁系统的安全性,便于使用。此外，每一个指纹式门禁单元都是网络上的一个信息结点，将每一个单元的开门、关门和故障信息及时传送到门禁控制器中，为智能小区的安全提供了有利保障。终端管理机(PC机)大容量的硬盘，可将门禁主控制器的信息长期保存和管理。
整个指纹认证算法系统采用层次化模块设计，共分三层，底层包含数据表格模块，分类器模块和模板指纹库；中间层为接口层，包含特征提取接口、特征匹配接口和指纹库操作接口；上层为应用层，包含指纹注册、指纹验证、指纹鉴别和指纹库管理。
该模块首先提取授权用户数据的指纹图像，从中提取指纹的坐标和方向场，建立指纹图像特征数据库，在数据库中进行注册。在门禁系统中通过采集仪获取登陆用户指纹特征，与数据库中数据匹配，判断是否准入该用户。
3结论
在对楼宇智能化的过程中，作为安保系统的门禁系统是保证楼宇安全管理的关键。针对于传统门禁系统中存在的密码易遗忘、可传递、易被别人窃取盗用等安全问题，本文提出了基于指纹识别的门禁系统，作为一种代表性的生物特征，指纹能够很好区分不同的用户，相对于其他技术的门禁具有较高的安全性。本文深入研究了指纹识别的相关技术，便将其应用到智能化楼宇的门禁系统当中，具有较高的适用性和应用价值。
参考文献：
[1]赵永江.楼宇的门禁、监控及车库管理系统[M].北京:中国电力出版社,2005.
[2]王汝琳.智能门禁控制系统[M].北京:电子工业出版社,2004.
[3]李鹏飞.门禁控制器的设计与开发[J].舰船科学技术,2007(1).
[4]解正安,丁维明.基于.NET的通用数据访问类[J].计算机工程与设计,2004,25(3):457-459.
[5]温谦,郑小平,刘涛.C#语言程序设计[M].北京:人民邮电出版社,2001.
[6]陈伟利,韩成浩.基于指纹识别技术的网络式门禁系统设计[J],基于指纹识别技术的网络式门禁系统设计,2008,24(3):78-80.
[7]周浩,胡智信,赵惠军.智能化楼宇集成管理系统(IBMS)的应用[J].太原科技,2009(3).
[8]陈华,张小刚,童调生.一种基于指纹识别的IC卡门禁系统[J].计算机工程,2002,28(7):201-202.
[9]段少雄,田捷,李恒华.高效指纹考勤系统的研究与设计[J].计算机工程,2003,29(9):37-38.
[10]张令通.基于门禁系统的开放型实验室的管理模式[J].大理学院学报,2005(1):39.
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