CN111062844A - 一种智慧校园智能控制系统 - Google Patents

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CN111062844A CN202010186006.8A CN202010186006A CN111062844A CN 111062844 A CN111062844 A CN 111062844A CN 202010186006 A CN202010186006 A CN 202010186006A CN 111062844 A CN111062844 A CN 111062844A
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刘智海
余润波
蔡宇峰
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Zhejiang Zhengyuan Zhihui Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种智慧校园智能控制系统，包括第一监控单元、第二监控单元、成绩获取单元、组合分析单元、数据分析单元、控制器、第一显示器、存储单元、辅助控制器、第二显示器、振动单元、数据修正单元和压力检测模块；本发明通过第一监控单元和组合分析单元对学生在上课时的走神情况进行实时判定，并将走神的学生个数和走神时间Tzi传输到控制器，之后通过成绩获取单元获取到每个学生在监测段前后的两次考试成绩；并结合相关规则和算法产生影响信号；获取到产生影响信号的学生个数，将其标记为影响数Yx；计算得到影响比例Yb=Yx/n；并进行数据修正；最后得到评价逆值Zj，根据评价逆值Zj得到待提质教师。

Description

一种智慧校园智能控制系统
技术领域
本发明属于智慧校园领域，涉及智能控制技术，具体是一种智慧校园智能控制系统。
背景技术
公告号为CN108520331A的专利公开了一种基于微信的智慧校园管理平台，包括智慧校园管理前端系统和智慧校园管理后台系统。该发明基于微信小程序开发的智慧校园管理平台可以通过签到方式跟踪学生的上课和就寝情况，结合预先设定的课程信息和宿舍管理信息，可以分析获知学生是否按时出勤和就寝，在学生出勤不合格以及就寝不合规情况下向学生所在的移动终端发送提醒信息，以便督促学生按时上课及作息，提供了一种简便的学业和生活管理方式，以一种学生容易接受的方式进行校园管理，可以节省校园管理成本，提高管理效率。
但是前者针对校园内进行教学活动时，无法对教师教学质量进行有效监控和分析，缺乏一种有效手段；为了解决这一技术缺陷，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智慧校园智能控制系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种智慧校园智能控制系统，包括第一监控单元、第二监控单元、成绩获取单元、组合分析单元、数据分析单元、控制器、第一显示器、存储单元、辅助控制器、第二显示器、振动单元、数据修正单元和压力检测模块；
其中，所述第一监控单元为若干个摄像头构成的摄像头组，该摄像头为设置在每一个学生课桌桌面上的摄像头，该摄像头嵌入式安装在课桌桌面上，该摄像头垂直获取其上方影像，具体位置为保证在学生低头时，能够测得学生的面部面容；并结合组合分析单元进行数据预采集，预采集步骤为：
步骤一：采集学生的面部节点组的标参图像组；
步骤二：面部节点组包括若干个面部节点，面部节点通过节点分析得到，并通过节点分析得到标参图像组；
步骤三：之后借助摄像头组对学生的实时听课专注度进行分析，具体分析步骤为：
步骤S10：获取到所有的摄像头检测到的实时面部图像，得到实时面部图像组；
步骤S20：任选一实时面部图像；
步骤S30：将实时面部图像与对应学生的标参图像进行匹配；
当存在有与实时面部图像一致的标参图像时，获取到对应标参图像的特征夹角，将其标记为实时特征夹角；
若无，则获取到与实时面部图像相似度前二的标参图像，取二者标参图像对应的特征夹角，求取两个特征夹角的平均值，将其标记为实时特征夹角；
步骤S40：获取到所有学生的实时特征夹角，将其标记为Ji，i=1...n；对应的学生标记为Si，i=1...n；Si与Ji一一对应；
步骤S50：获取到小于等于X2的实时特征夹角的个数，将其标记为m；X2为预设值；
步骤S60：当m低于X3个时，且Ji≤X2持续预设时间T1以上；表示对应的学生在走神；X3为预设值；
步骤四：任选一科目，将该科目两次考试之间的学习阶段标记为监测段；
步骤五：获取到所有学生Si在监测段的走神时间，走神判定方式同步骤三，将对应每个学生Si的走神时间标记为Tzi，i=1...n，Tzi与Si一一对应；
所述组合分析单元用于将学生Si对应的走神时间Tzi传输到控制器；
所述成绩获取单元用于获取学生Si的监测端的两次考试成绩，将前次考试成绩标记为前次成绩K1i，i=1...n，将后一次考试成绩标记为后次成绩K2i，i=1...n，所述成绩获取单元将前次成绩K1i和后次成绩K2i传输到数据分析单元，所述数据分析单元接收成绩获取单元传输的前次成绩K1i和后次成绩K2i，并对其进行阶次分析得到阶次值Wi；
所述数据分析单元用于将阶次值Wi传输到控制器，所述控制器接收数据分析单元传输的阶次值Wi；
所述控制器用于对阶次值Wi和走神时间Tzi进行综合分析得到影响比例Yb；
所述压力检测模块包括设置于每个学生板凳上的压力传感器组，用于实时检测每个学生的压力信息组并结合数据修正单元和第二监控单元进行顶替分析，顶替分析步骤为：
步骤SS100：获取到压力传感器组检测到的压力信息组；
步骤SS200：对所有的压力信息组进行验证，若出现任一压力信息组内的压力信息与前一天的压力值不同，则产生检验信号；
步骤SS300：此时利用第二监控单元获取到教室内所有学生的实时学生头像，将实时学生头像与第二监控单元内的标准学生头像进行比对，得到没参与教学活动的学生个数；
所述数据修正单元用于将学生个数标记为Gx，并将Gx传输到控制器，所述控制器用于对影响比例Yb和Gx进行计算得到评价逆值Zj，Zj=Yb+Gx；
所述控制器用于根据上述方式获取到所有科目教师的评价逆值Zj，将评价逆值Zj≥X5的对应教师标记为待提质教师，X5为预设的数值。
进一步地，步骤二中所述节点分析具体步骤为：
步骤S1：以眉心为初始点，以下颚线的中心点为终点，连接两个点形成节点线；
步骤S2：初始时，节点线与课桌桌面垂直，此时学生垂直观看前方，采集此时学生的面部面容图像，得到此时的标参图像；
步骤S3：之后学生头部往下弯，控制节点线与课桌桌面之间的夹角，将该夹角标记为特征夹角，此时将特征夹角减少预设度数X1，获取此时面部面容图像，得到此时的标参图像；
步骤S4：重复步骤S3，直到特征夹角为零时刻的面部面容图像；得到所有的标参图像组。
进一步地，所述阶次分析的具体步骤为：
步骤SS10：获取到所有学生Si的前次成绩K1i和后次成绩K2i；
步骤SS20：获取到前次成绩K1i和后次成绩K2i的均值，并将前次成绩K1i和后次成绩K2i的均值依次标记为P1和P2；
步骤SS30：令i=1；
步骤SS40：获取到对应的前次成绩K11和后次成绩K21；
步骤SS50：利用公式计算阶次值W1，计算公式为
Figure 383007DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤SS60：令i=i+1；
步骤SS70：重复步骤SS40-SS70，计算到所有的阶次值，将其标记为Wi。
进一步地，所述综合分析具体步骤为：
步骤S100：获取到阶次值Wi和走神时间Tzi；
步骤S200：根据公式计算影响值Qi=Tzi*Wi；
步骤S300：将Qi与X4进行比较，若Qi≥X4，则产生影响信号；X4为预设值；
步骤S400：获取到产生影响信号的学生个数，将其标记为影响数Yx；
步骤S500：计算得到影响比例Yb=Yx/n。
进一步地，所述控制器用于将待提质教师传输到第一显示器，所述第一显示器接收控制器传输到待提质教师，并显示“待提质教师+需要注重课堂教学质量和参与程度”。
进一步地，所述控制器用于将对应教师的评价逆值打上时间戳传输到存储单元进行实时存储。
进一步地，所述辅助控制器集成设置在每个学生课桌内，所述第二显示器设置于学生桌面，所述振动单元为设置在学生课桌终端的振动器；
所述组合分析单元还用于在检测到学生处于走神时，将走神学生传输到控制器；所述控制器用于向走神学生所在的课桌终端的辅助控制器传输提醒信号。
进一步地，所述辅助控制器接收控制器传输的提醒信号并将其传输到第二显示器和振动单元；所述振动单元在接收到辅助控制器传输的提醒信号发出振动；所述第二显示器接收辅助控制器传输的提醒信号，并显示“请注意听课”字眼。
本发明的有益效果：
本发明通过第一监控单元和组合分析单元对学生在上课时的走神情况进行实时判定，并将走神的学生个数和走神时间Tzi，传输到控制器，之后通过成绩获取单元获取到每个学生在监测段前后的两次考试成绩；并结合相关规则和算法将前次成绩K1i和后次成绩K2i传输到数据分析单元，所述数据分析单元接收成绩获取单元传输的前次成绩K1i和后次成绩K2i，并对其进行阶次分析得到阶次值Wi；并最终结合走神时间Tzi；根据公式计算影响值Qi=Tzi*Wi；将Qi与X4进行比较，若Qi≥X4，则产生影响信号；获取到产生影响信号的学生个数，将其标记为影响数Yx；计算得到影响比例Yb=Yx/n；并通过压力检测模块和数据修正单元判定学生是否逃课，进行相应的数据修正；最后得到评价逆值Zj，根据评价逆值Zj得到待提质教师；本发明简单有效，且易于实用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明智慧校园智能控制系统的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，一种智慧校园智能控制系统，包括第一监控单元、第二监控单元、成绩获取单元、组合分析单元、数据分析单元、控制器、第一显示器、存储单元、辅助控制器、第二显示器、振动单元、数据修正单元和压力检测模块；
其中，第一监控单元为若干个摄像头构成的摄像头组，该摄像头为设置在每一个学生课桌桌面上的摄像头，该摄像头嵌入式安装在课桌桌面上，该摄像头垂直获取其上方影像，具体位置为保证在学生低头时，能够测得学生的面部面容；并结合组合分析单元进行数据预采集，预采集步骤为：
步骤一：采集学生的面部节点组的标参图像组；
步骤二：面部节点组包括若干个面部节点，面部节点通过节点分析得到；：
步骤S1：以眉心为初始点，以下颚线的中心点为终点，连接两个点形成节点线；
步骤S2：初始时，节点线与课桌桌面垂直，此时学生垂直观看前方，采集此时学生的面部面容图像，得到此时的标参图像；
步骤S3：之后学生头部往下弯，控制节点线与课桌桌面之间的夹角，将该夹角标记为特征夹角，此时将特征夹角减少预设度数X1，此处X1可取值为15°，获取此时面部面容图像，得到此时的标参图像；
步骤S4：重复步骤S3，直到特征夹角为零时刻的面部面容图像；得到所有的标参图像组；
步骤三：之后借助摄像头组对学生的实时听课专注度进行分析，具体分析步骤为：
步骤S10：获取到所有的摄像头检测到的实时面部图像，得到实时面部图像组；
步骤S20：任选一实时面部图像；
步骤S30：将实时面部图像与对应学生的标参图像进行匹配；
当存在有与实时面部图像一致的标参图像时，获取到对应标参图像的特征夹角，将其标记为实时特征夹角；
若无，则获取到与实时面部图像相似度前二的标参图像，取二者标参图像对应的特征夹角，求取两个特征夹角的平均值，将其标记为实时特征夹角；
步骤S40：获取到所有学生的实时特征夹角，将其标记为Ji，i=1...n；对应的学生标记为Si，i=1...n；Si与Ji一一对应；
步骤S50：获取到小于等于X2的实时特征夹角的个数，将其标记为m；X2为预设值；
步骤S60：当m低于X3个时，且Ji≤X2持续预设时间T1以上；表示对应的学生在走神；X3为预设值；
步骤四：任选一科目，将该科目两次考试之间的学习阶段标记为监测段；
步骤五：获取到所有学生Si在监测段的走神时间，走神判定方式同步骤三，将对应每个学生Si的走神时间标记为Tzi，i=1...n，Tzi与Si一一对应；
组合分析单元用于将学生Si对应的走神时间Tzi传输到控制器；
成绩获取单元用于获取学生Si的监测端的两次考试成绩，将前次考试成绩标记为前次成绩K1i，i=1...n，将后一次考试成绩标记为后次成绩K2i，i=1...n，成绩获取单元将前次成绩K1i和后次成绩K2i传输到数据分析单元，数据分析单元接收成绩获取单元传输的前次成绩K1i和后次成绩K2i，并对其进行阶次分析，阶次分析的具体步骤为：
步骤SS10：获取到所有学生Si的前次成绩K1i和后次成绩K2i；
步骤SS20：获取到前次成绩K1i和后次成绩K2i的均值，并将前次成绩K1i和后次成绩K2i的均值依次标记为P1和P2；
步骤SS30：令i=1；
步骤SS40：获取到对应的前次成绩K11和后次成绩K21；
步骤SS50：利用公式计算阶次值W1，计算公式为
Figure 34568DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤SS60：令i=i+1；
步骤SS70：重复步骤SS40-SS70，计算到所有的阶次值，将其标记为Wi；
数据分析单元用于将阶次值Wi传输到控制器，控制器接收数据分析单元传输的阶次值Wi；
控制器用于对阶次值Wi和走神时间Tzi进行综合分析，综合分析具体步骤为：
步骤S100：获取到阶次值Wi和走神时间Tzi；
步骤S200：根据公式计算影响值Qi=Tzi*Wi；
步骤S300：将Qi与X4进行比较，若Qi≥X4，则产生影响信号；X4为预设值；
步骤S400：获取到产生影响信号的学生个数，将其标记为影响数Yx；
步骤S500：计算得到影响比例Yb=Yx/n；
压力检测模块包括设置于每个学生板凳上的压力传感器组，用于实时检测每个学生的压力信息组并结合数据修正单元和第二监控单元进行顶替分析，顶替分析步骤为：
步骤SS100：获取到压力传感器组检测到的压力信息组；
步骤SS200：对所有的压力信息组进行验证，若出现任一压力信息组内的压力信息与前一天的压力值不同，则产生检验信号；
步骤SS300：此时利用第二监控单元获取到教室内所有学生的实时学生头像，将实时学生头像与第二监控单元内的标准学生头像进行比对，得到没参与教学活动的学生个数；
数据修正单元用于将学生个数标记为Gx，并将Gx传输到控制器，控制器用于对影响比例Yb和Gx进行计算得到评价逆值Zj，Zj=Yb+Gx；
控制器用于根据上述方式获取到所有科目教师的评价逆值Zj，将评价逆值Zj≥X5的对应教师标记为待提质教师，X5为预设的数值；
控制器用于将待提质教师传输到第一显示器，第一显示器接收控制器传输到待提质教师，并显示“待提质教师+需要注重课堂教学质量和参与程度”；
控制器用于将对应教师的评价逆值打上时间戳传输到存储单元进行实时存储；
辅助控制器集成设置在每个学生课桌内，第二显示器设置于学生桌面，振动单元为设置在学生课桌终端的振动器；
组合分析单元还用于在检测到学生处于走神时，将走神学生传输到控制器；控制器用于向走神学生所在的课桌终端的辅助控制器传输提醒信号；
辅助控制器接收控制器传输的提醒信号并将其传输到第二显示器和振动单元；振动单元在接收到辅助控制器传输的提醒信号发出振动；第二显示器接收辅助控制器传输的提醒信号，并显示“请注意听课”字眼。
一种智慧校园智能控制系统，在工作时，首先通过第一监控单元和组合分析单元对学生在上课时的走神情况进行实时判定，并将走神的学生个数和走神时间Tzi，传输到控制器，之后通过成绩获取单元获取到每个学生在监测段前后的两次考试成绩；并结合相关规则和算法将前次成绩K1i和后次成绩K2i传输到数据分析单元，数据分析单元接收成绩获取单元传输的前次成绩K1i和后次成绩K2i，并对其进行阶次分析得到阶次值Wi；并最终结合走神时间Tzi；根据公式计算影响值Qi=Tzi*Wi；将Qi与X4进行比较，若Qi≥X4，则产生影响信号；获取到产生影响信号的学生个数，将其标记为影响数Yx；计算得到影响比例Yb=Yx/n；并通过压力检测模块和数据修正单元判定学生是否逃课，进行相应的数据修正；最后得到评价逆值Zj，根据评价逆值Zj得到待提质教师；本发明简单有效，且易于实用。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，包括第一监控单元、第二监控单元、成绩获取单元、组合分析单元、数据分析单元、控制器、第一显示器、存储单元、辅助控制器、第二显示器、振动单元、数据修正单元和压力检测模块；
其中，所述第一监控单元为若干个摄像头构成的摄像头组，该摄像头为设置在每一个学生课桌桌面上的摄像头，该摄像头嵌入式安装在课桌桌面上，该摄像头垂直获取其上方影像，具体位置为保证在学生低头时，能够测得学生的面部面容；并结合组合分析单元进行数据预采集，预采集步骤为：
步骤一：采集学生的面部节点组的标参图像组；
步骤二：面部节点组包括若干个面部节点，面部节点通过节点分析得到，并通过节点分析得到标参图像组；
步骤三：之后借助摄像头组对学生的实时听课专注度进行分析，具体分析步骤为：
步骤S10：获取到所有的摄像头检测到的实时面部图像，得到实时面部图像组；
步骤S20：任选一实时面部图像；
步骤S30：将实时面部图像与对应学生的标参图像进行匹配；
当存在有与实时面部图像一致的标参图像时，获取到对应标参图像的特征夹角，将其标记为实时特征夹角；
若无，则获取到与实时面部图像相似度前二的标参图像，取二者标参图像对应的特征夹角，求取两个特征夹角的平均值，将其标记为实时特征夹角；
步骤S40：获取到所有学生的实时特征夹角，将其标记为Ji，i=1...n；对应的学生标记为Si，i=1...n；Si与Ji一一对应；
步骤S50：获取到小于等于X2的实时特征夹角的个数，将其标记为m；X2为预设值；
步骤S60：当m低于X3个时，且Ji≤X2持续预设时间T1以上；表示对应的学生在走神；X3为预设值；
步骤四：任选一科目，将该科目两次考试之间的学习阶段标记为监测段；
步骤五：获取到所有学生Si在监测段的走神时间，走神判定方式同步骤三，将对应每个学生Si的走神时间标记为Tzi，i=1...n，Tzi与Si一一对应；
所述组合分析单元用于将学生Si对应的走神时间Tzi传输到控制器；
所述成绩获取单元用于获取学生Si的监测端的两次考试成绩，将前次考试成绩标记为前次成绩K1i，i=1...n，将后一次考试成绩标记为后次成绩K2i，i=1...n，所述成绩获取单元将前次成绩K1i和后次成绩K2i传输到数据分析单元，所述数据分析单元接收成绩获取单元传输的前次成绩K1i和后次成绩K2i，并对其进行阶次分析得到阶次值Wi；
所述数据分析单元用于将阶次值Wi传输到控制器，所述控制器接收数据分析单元传输的阶次值Wi；
所述控制器用于对阶次值Wi和走神时间Tzi进行综合分析得到影响比例Yb；
所述压力检测模块包括设置于每个学生板凳上的压力传感器组，用于实时检测每个学生的压力信息组并结合数据修正单元和第二监控单元进行顶替分析，顶替分析步骤为：
步骤SS100：获取到压力传感器组检测到的压力信息组；
步骤SS200：对所有的压力信息组进行验证，若出现任一压力信息组内的压力信息与前一天的压力值不同，则产生检验信号；
步骤SS300：此时利用第二监控单元获取到教室内所有学生的实时学生头像，将实时学生头像与第二监控单元内的标准学生头像进行比对，得到没参与教学活动的学生个数；
所述数据修正单元用于将学生个数标记为Gx，并将Gx传输到控制器，所述控制器用于对影响比例Yb和Gx进行计算得到评价逆值Zj，Zj=Yb+Gx；
所述控制器用于根据上述方式获取到所有科目教师的评价逆值Zj，将评价逆值Zj≥X5的对应教师标记为待提质教师，X5为预设的数值。
2.根据权利要求1所述的一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，步骤二中所述节点分析具体步骤为：
步骤S1：以眉心为初始点，以下颚线的中心点为终点，连接两个点形成节点线；
步骤S2：初始时，节点线与课桌桌面垂直，此时学生垂直观看前方，采集此时学生的面部面容图像，得到此时的标参图像；
步骤S3：之后学生头部往下弯，控制节点线与课桌桌面之间的夹角，将该夹角标记为特征夹角，此时将特征夹角减少预设度数X1，获取此时面部面容图像，得到此时的标参图像；
步骤S4：重复步骤S3，直到特征夹角为零时刻的面部面容图像；得到所有的标参图像组。
3.根据权利要求1所述的一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，所述阶次分析的具体步骤为：
步骤SS10：获取到所有学生Si的前次成绩K1i和后次成绩K2i；
步骤SS20：获取到前次成绩K1i和后次成绩K2i的均值，并将前次成绩K1i和后次成绩K2i的均值依次标记为P1和P2；
步骤SS30：令i=1；
步骤SS40：获取到对应的前次成绩K11和后次成绩K21；
步骤SS50：利用公式计算阶次值W1，计算公式为
Figure 762020DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤SS60：令i=i+1；
步骤SS70：重复步骤SS40-SS70，计算到所有的阶次值，将其标记为Wi。
4.根据权利要求1所述的一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，所述综合分析具体步骤为：
步骤S100：获取到阶次值Wi和走神时间Tzi；
步骤S200：根据公式计算影响值Qi=Tzi*Wi；
步骤S300：将Qi与X4进行比较，若Qi≥X4，则产生影响信号；X4为预设值；
步骤S400：获取到产生影响信号的学生个数，将其标记为影响数Yx；
步骤S500：计算得到影响比例Yb=Yx/n。
5.根据权利要求1所述的一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，所述控制器用于将待提质教师传输到第一显示器，所述第一显示器接收控制器传输到待提质教师，并显示“待提质教师+需要注重课堂教学质量和参与程度”。
6.根据权利要求1所述的一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，所述控制器用于将对应教师的评价逆值打上时间戳传输到存储单元进行实时存储。
7.根据权利要求1所述的一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，所述辅助控制器集成设置在每个学生课桌内，所述第二显示器设置于学生桌面，所述振动单元为设置在学生课桌终端的振动器；
所述组合分析单元还用于在检测到学生处于走神时，将走神学生传输到控制器；所述控制器用于向走神学生所在的课桌终端的辅助控制器传输提醒信号。
8.根据权利要求7所述的一种智慧校园智能控制系统，其特征在于，所述辅助控制器接收控制器传输的提醒信号并将其传输到第二显示器和振动单元；所述振动单元在接收到辅助控制器传输的提醒信号发出振动；所述第二显示器接收辅助控制器传输的提醒信号，并显示“请注意听课”字眼。
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