CN109581978A - 一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智慧校园技术领域，公开了一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统；包括：图像采集模块、天气监测模块、师生信息采集模块、主控模块、充值模块、教学模块、广播模块、发热监控模块、暖气控制模块、显示模块。本发明通过发热监控模块解决现有技术中人工探测体温的方式难以满足发热监护需求的问题，通过红外摄像头获取体温并自动匹配出体温过高的人员信息的校园发热监控，及时进行救治，避免疾病传染；同时，通过暖气控制模块利用波谷电压实现对校园不同区域进行智能供暖，用户可根据各区域的统计数据，随时对供暖方案进行调整，通过对各区域耗能时统计，可有效支持电网进行电能的管控，节约用户成本，提高供暖效率。

Description

一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统

技术领域

本发明属于智慧校园技术领域，尤其涉及一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统。

背景技术

校园是学生生活学习的场所，所有在校内从事的一切活动皆属于校园生活。校园生活大多以学习为主，课外活动为辅，遵循教育部颁发的素质教育大纲，为社会培育出合格的知识分子。校园生活里包括学习、情感、娱乐、社团等等方面。智慧校园指的是以物联网为基础的智慧化的校园工作、学习和生活一体化环境，这个一体化环境以各种应用服务系统为载体，将教学、科研、管理和校园生活进行充分融合。然而，现有校园数据采集中，只有在教师发现学生有明显症状，并通过体温计人工探测体温时，才能发现学生发热；此时，耽误了治疗时间，也使传染病能够有更多的扩散时间，容易造成大规模传染；同时，校园暖气控制过程中，由于校园使用量较大，在进行管理时，无法做到及时调整和及时监督，有较大的管理缺陷，造成能源的浪费。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有校园数据采集中，只有在教师发现学生有明显症状，并通过体温计人工探测体温时，才能发现学生发热；此时，耽误了治疗时间，也使传染病能够有更多的扩散时间，容易造成大规模传染；同时，校园暖气控制过程中，由于校园使用量较大，在进行管理时，无法做到及时调整和及时监督，有较大的管理缺陷，造成能源的浪费。

现有技术中温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪，不能有效提高信息的准确度，实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息准确性差，易出现偏差及失误；现有技术摄像头不能进行校正拍摄，呈像精度差，不利于获得高精度的红外热像图；现有技术显示屏的清晰度较差，不利于提高显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息的效果，降低数据及信息的读取的准确程度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统。

本发明是这样实现的，一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法，所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法包括：

第一步，通过摄像器实时采集校园环境图像数据；通过具有RBF神经网络算法的温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；通过校园卡采集学生、老师的身份信息数据；

第二步，通过自助充值机柜对校园卡进行充值操作；利用教务系统进行课程安排、考试安排、成绩统计、学分统计、档案管理操作；通过扬声器进行校园广播操作；

第三步，利用红外摄像头所拍摄的校正红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片获取学生温度数据；通过控制程序对校园采暖进行集中控制；

第四步，通过采用十字灰度图像清晰度的显示器显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息。

进一步，通过具有RBF神经网络算法的温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪，检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；具体的RBF神经网络算法为：网络输入n维向量X，输出m维向量Y，RBF神经网络隐层第i个节点的输出为O_i＝G(‖X－c_i‖)，式中c_i为第i个隐节点的中心，i＝1，2，…，N，‖·‖为欧氏范数，G(·)为径向基函数，具有局部感受特性，选为高斯函数：

网络输层第j个节点的输出为隐层节点的线性组合：

式中w_ji为第i个隐层节点到第j个输出层的连接权值，θj为第j个输出节点的阈值；

有k组输入样本u_k和输出样本y_k，k＝1，2…L，定义目标函数为：

使得J≤ζ，式中，是在u_k输入下网络的输出向量。

进一步，通过红外摄像头进行校正拍摄，对该区间内的输入图像执行下面的校正，具体的公式为：

式中：X_i,j(n)为校正后的输出图像；G^s _i,j(n)和O^s _i,j(n)的上角标s表示该校正系数是在[T_s-1，T_s]温度子区间内的校正系数，s＝1，2，…，N，其中G^s _i,j(1)和O^s _i,j(1)是采用定标法获得的该温度子区间内的校正系数，采用多点校正系数作为校正的系数更新迭代初始值。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统，所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统包括：

图像采集模块，与主控模块连接，用于通过摄像器实时采集校园环境图像数据；

天气监测模块，与主控模块连接，用于通过温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；

师生信息采集模块，与主控模块连接，用于通过校园卡采集学生、老师的身份信息数据；

主控模块，与图像采集模块、天气监测模块、师生信息采集模块、充值模块、教学模块、广播模块、发热监控模块、暖气控制模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

充值模块，与主控模块连接，用于通过自助充值机柜对校园卡进行充值操作；

教学模块，与主控模块连接，用于通过教务系统进行课程安排、考试安排、成绩统计、学分统计、档案管理操作；

广播模块，与主控模块连接，用于通过扬声器进行校园广播操作；

发热监控模块，与主控模块连接，用于通过红外摄像头拍摄的红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片获取学生温度数据；

暖气控制模块，与主控模块连接，用于通过控制程序对校园采暖进行集中控制；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法的智慧校园信息处理终端。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过发热监控模块解决现有技术中人工探测体温的方式难以满足发热监护需求的问题，通过红外摄像头获取体温并自动匹配出体温过高的人员信息的校园发热监控，及时进行救治，避免疾病传染；同时，通过暖气控制模块利用波谷电压实现对校园不同区域进行智能供暖，用户可根据各区域的统计数据，随时对供暖方案进行调整，通过对各区域耗能时统计，可有效支持电网进行电能的管控，节约用户成本，提高供暖效率。

本发明通过具有RBF神经网络算法的温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪，有效提高信息的准确度，实时准确检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；本发明通过红外摄像头进行校正拍摄，提高呈像精度，对该区间内的输入图像执行下面的校正，有利于获得高精度的红外热像图，本发明通过采用十字灰度图像清晰度的显示器提高显示屏的清晰度，有利于提高显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息的效果，便于数据及信息的读取。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统结构示意图；

图中：1、图像采集模块；2、天气监测模块；3、师生信息采集模块；4、主控模块；5、充值模块；6、教学模块；7、广播模块；8、发热监控模块；9、暖气控制模块；10、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法，具体包括以下步骤：

S101：通过摄像器实时采集校园环境图像数据；通过具有RBF神经网络算法的温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；通过校园卡采集学生、老师的身份信息数据；

S102：通过自助充值机柜对校园卡进行充值操作；利用教务系统进行课程安排、考试安排、成绩统计、学分统计、档案管理等操作；通过扬声器进行校园广播操作；

S103：利用红外摄像头所拍摄的校正红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片获取学生温度数据；通过控制程序对校园采暖进行集中控制；

S104：通过采用十字灰度图像清晰度的显示器显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息。

步骤S101中，本发明实施例提供的通过具有RBF神经网络算法的温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪，有效提高信息的准确度，实时准确检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；具体的RBF神经网络算法为：

设网络输入n维向量X，输出m维向量Y，RBF神经网络隐层第i个节点的输出为O_i＝G(‖X－c_i‖)，式中c_i为第i个隐节点的中心，i＝1，2，…，N，‖·‖为欧氏范数，G(·)为径向基函数，具有局部感受特性，选为高斯函数，

体现了RBF神经网络的非线性映射能力，网络输层第j个节点的输出为隐层节点的线性组合，即

式中w_ji为第i个隐层节点到第j个输出层的连接权值，θj为第j个输出节点的阈值；

设有k组输入样本u_k和输出样本y_k，k＝1，2…L，定义目标函数(L₂范数)为：

学习使得J≤ζ，式中，是在u_k输入下网络的输出向量。

步骤S103中，本发明实施例提供的通过红外摄像头进行校正拍摄，提高呈像精度，对该区间内的输入图像执行下面的校正，有利于获得高精度的红外热像图，具体的公式为：

式中：X_i,j(n)为校正后的输出图像；G^s _i,j(n)和O^s _i,j(n)的上角标s表示该校正系数是在[T_s-1，T_s]温度子区间内的校正系数，s＝1，2，…，N，其中G^s _i,j(1)和O^s _i,j(1)是采用定标法获得的该温度子区间内的校正系数，即采用多点校正系数作为校正的系数更新迭代初始值，可以加快收敛速度。

步骤S104中，本发明实施例提供的通过采用十字灰度图像清晰度的显示器提高显示屏的清晰度，有利于提高显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息的效果，便于数据及信息的读取；在十字线灰度图像区域，白像素的最大灰度值B_max＝255，黑像素的最小灰度值B_min＝0，图像中像素灰度的最大动态范围为0-255,其灰度中值middle为(B_max-B_min)/2＝255/2＝127.5；归一化处理后，白像素不同灰度值(255-128)清晰度公式表示为：

黑像素不同灰度值(0-127)清晰度公式表示为：

任意灰度值的清晰度算法可表示为：

十字线灰度图像区域由m X n个像素构成,像素灰度值矩阵B(I,J),其中,0≤I≤m-1,0≤J≤n-1,B(I,J)矩阵表示：

那么十字线灰度图像区域的清晰度可表示：

如图2所示，本发明实施例提供的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统包括：图像采集模块1、天气监测模块2、师生信息采集模块3、主控模块4、充值模块5、教学模块6、广播模块7、发热监控模块8、暖气控制模块9、显示模块10。

图像采集模块1，与主控模块4连接，用于通过摄像器实时采集校园环境图像数据；

天气监测模块2，与主控模块4连接，用于通过温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；

师生信息采集模块3，与主控模块4连接，用于通过校园卡采集学生、老师的身份信息数据；

主控模块4，与图像采集模块1、天气监测模块2、师生信息采集模块3、充值模块5、教学模块6、广播模块7、发热监控模块8、暖气控制模块9、显示模块10连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

充值模块5，与主控模块4连接，用于通过自助充值机柜对校园卡进行充值操作；

教学模块6，与主控模块4连接，用于通过教务系统进行课程安排、考试安排、成绩统计、学分统计、档案管理等操作；

广播模块7，与主控模块4连接，用于通过扬声器进行校园广播操作；

发热监控模块8，与主控模块4连接，用于通过红外摄像头拍摄的红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片获取学生温度数据；

暖气控制模块9，与主控模块4连接，用于通过控制程序对校园采暖进行集中控制；

显示模块10，与主控模块4连接，用于通过显示器显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息。

本发明提供的发热监控模块8监控方法如下：

1)获取红外摄像头所拍摄的红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片；

2)判断所述红外热像图中的人体温度是否超过阈值；

3)如果所述人体温度超过阈值，判定红外热像图中超过温度阈值的人体在所述普通摄像头所拍摄照片中对应的人体区域；

4)提取所述对应的人体区域的特征并与预设的特征库进行特征匹配；

5)根据特征匹配的结果确定所述超过温度阈值的人员信息，所述人员信息包括人员标识、人员照片及温度。

本发明提供的根据特征匹配的结果确定所述超过温度阈值的人员信息步骤后还包括：

根据温度判断对所述人员采取的监护方式，所述人员信息包括所述监护方式。

本发明提供的根据温度确定需要对该人员采取的监护方式步骤包括：

如果所述温度大于或等于第一阈值，且小于第二阈值，则将所述人员的监护方式设为持续观察；

如果所述温度大于或等于第二阈值且小于第三阈值，则将所述人员的监护方式设为隔离；

如果所述温度超过第三阈值，则将所述人员的监护方式设为紧急救治。

本发明提供的暖气控制模块9控制方法如下：

(1)定时地测量室内温度，并与前次测量结果进行对比，如果室内温度比前次测量结果升高或降低，则将当前温度值以及当前时间记录到温控器的内部存储器中；

(2)根据用户设定的时段和目标温度来判断当前是否处于“采暖时段”，若当前时段的目标温度高于下一时段的目标温度，则认为当前处于“采暖时段”，执行步骤(3)，否则，认为当前处于“非采暖时段”，执行步骤(4)；

(3)计算假如现在停止加热，判断到非采暖时段来临时室温的下降幅度是否在预定的范围内，若是则停止加热，执行步骤(5)，否则继续加热；

(4)根据步骤(1)记录的室内温度和时间来推算由当前室温加热到下一采暖目标温度所需时间是否在预定的范围内，若是则启动加热设备，执行步骤(5)，否则继续停止加热；

(5)重复操作步骤(1)～(4)以实现对加热设备的智能预控制。

本发明提供的步骤(1)中定时测量室内温度的时间间隔至少为1分钟。

本发明提供的步骤(2)所述的用户设定的时段和目标温度，通过在温控器或温度传感器直接设定，或通过有线或无线网络远程设置。

本发明提供的步骤(3)所述的判断到非采暖时段来临时室温的下降幅度是否在预定的范围内，判断过程为：

(A)计算当期时刻距离下一时段的时间长度t；

(B)从温控器的存储器中获取预降温幅度k；

(C)从温控器的存储器中查找前面3天的相同时段内记录的温度和时间数据，计算每天由当前室温下降幅度为k所需的时间，并求得3天的平均值t₀；

(D)如果t≤t₀，则认为需要停止加热设备；t＞t₀则认为不需要停止加热设备。

本发明实施提供的工作原理：

本发明工作时，首先，通过图像采集模块1利用摄像器实时采集校园环境图像数据；通过天气监测模块2利用温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；通过师生信息采集模块3利用校园卡采集学生、老师的身份信息数据；其次，主控模块4通过充值模块5利用自助充值机柜对校园卡进行充值操作；通过教学模块6利用教务系统进行课程安排、考试安排、成绩统计、学分统计、档案管理等操作；通过广播模块7利用扬声器进行校园广播操作；通过发热监控模块8利用红外摄像头拍摄的红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片获取学生温度数据；然后，通过暖气控制模块9利用控制程序对校园采暖进行集中控制；最后，通过显示模块10利用显示器显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法，其特征在于，所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法包括：

第一步，通过摄像器实时采集校园环境图像数据；通过具有RBF神经网络算法的温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；通过校园卡采集学生、老师的身份信息数据；

第二步，通过自助充值机柜对校园卡进行充值操作；利用教务系统进行课程安排、考试安排、成绩统计、学分统计、档案管理操作；通过扬声器进行校园广播操作；

第三步，利用红外摄像头所拍摄的校正红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片获取学生温度数据；通过控制程序对校园采暖进行集中控制；

第四步，通过采用十字灰度图像清晰度的显示器显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息。

2.如权利要求1所述的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法，其特征在于，通过具有RBF神经网络算法的温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪，检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；具体的RBF神经网络算法为：网络输入n维向量X，输出m维向量Y，RBF神经网络隐层第i个节点的输出为O_i＝G(‖X－c_i‖)，式中c_i为第i个隐节点的中心，i＝1，2，…，N，‖·‖为欧氏范数，G(·)为径向基函数，具有局部感受特性，选为高斯函数：

网络输层第j个节点的输出为隐层节点的线性组合：

式中w_ji为第i个隐层节点到第j个输出层的连接权值，θj为第j个输出节点的阈值；

有k组输入样本u_k和输出样本y_k，k＝1，2…L，定义目标函数为：

使得J≤ζ，式中，是在u_k输入下网络的输出向量。

3.如权利要求1所述的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法，其特征在于，通过红外摄像头进行校正拍摄，对该区间内的输入图像执行下面的校正，具体的公式为：

式中：X_i,j(n)为校正后的输出图像；G^s _i,j(n)和O^s _i,j(n)的上角标s表示该校正系数是在[T_s-1，T_s]温度子区间内的校正系数，s＝1，2，…，N，其中G^s _i,j(1)和O^s _i,j(1)是采用定标法获得的该温度子区间内的校正系数，采用多点校正系数作为校正的系数更新迭代初始值。

4.一种实施权利要求1所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法的基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统，其特征在于，所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布系统包括：

图像采集模块，与主控模块连接，用于通过摄像器实时采集校园环境图像数据；

天气监测模块，与主控模块连接，用于通过温度传感器、湿度传感器、空气质量检测仪实时检测天气的温度、湿度、空气质量数据信息；

师生信息采集模块，与主控模块连接，用于通过校园卡采集学生、老师的身份信息数据；

主控模块，与图像采集模块、天气监测模块、师生信息采集模块、充值模块、教学模块、广播模块、发热监控模块、暖气控制模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

充值模块，与主控模块连接，用于通过自助充值机柜对校园卡进行充值操作；

教学模块，与主控模块连接，用于通过教务系统进行课程安排、考试安排、成绩统计、学分统计、档案管理操作；

广播模块，与主控模块连接，用于通过扬声器进行校园广播操作；

发热监控模块，与主控模块连接，用于通过红外摄像头拍摄的红外热像图和普通摄像头所拍摄的照片获取学生温度数据；

暖气控制模块，与主控模块连接，用于通过控制程序对校园采暖进行集中控制；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示校园大数据采集与可视化发布系统界面及监控图像、天气信息、师生信息。

5.一种应用权利要求1～3任意一项所述基于云计算的智慧校园大数据采集与可视化发布方法的智慧校园信息处理终端。