CN112232462B - 基于rfid的选择题答题课桌系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及细粒度笔迹动态识别，具体为一种基于RFID的选择题答题课桌系统。该系统包括负载有标签的标签笔、负载有定位参考标签的课桌、以天线为基础的信号获取装置、以标签阅读器为基础的识别装置和以计算机为基础的用户数据存储和处理的后台设备，信号获取装置与门禁感应装置以及后台设备连接，标签笔负载有移动标签，结合置于课桌上的参考标签实现对移动标签的精准定位与轨迹追踪。本发明提供了一种基于RFID的选择题答题课桌，本系统允许多名用户同时进行答题，当用户答题时只需要将识别结果与存储的答案进行比对，即可完成最终的答案检验。

Description

基于RFID的选择题答题课桌系统
技术领域
本发明涉及细粒度笔迹动态识别，具体为一种基于RFID的选择题答题课桌系统。
背景技术
交互式课堂在目前的学习生活中占有积极作用，有助于提高师生之间的互动与授课效果。交互式课堂需要学生完成老师的问题，问题的回答反馈是交互式课堂的主要需求。基于对需求与成本的综合考虑，本申请提出了一种基于RFID的选择题答题课桌，在保留已有系统的多人实时性的同时，降低了成本，实现交互式课堂应有的效果。
发明内容
本发明为了解决现有交互式课堂实用性不强，提供一种基于RFID的选择题答题课桌系统，实现在课桌上进行选择题的答题。
本发明是采用如下的技术方案实现的：基于RFID的选择题答题课桌系统，包括负载有移动标签的标签笔、负载有定位参考标签的课桌、以天线为基础的信号获取装置、以标签阅读器为基础的识别装置和以计算机为基础的用户数据存储和处理的后台设备，标签笔负载有移动标签，结合置于课桌四个边角位置上的参考标签实现对移动标签的精准定位与轨迹追踪；信号获取装置、识别装置集成在教室讲台多媒体教学系统内，多媒体教学系统内的计算机即为上述后台设备，信号获取装置和识别装置连接，识别装置和后台设备通过数据线连接；
该系统选择题答题识别方法，包括以下步骤：
第一步：后台设备录入用户行为：用户手持标签笔在桌面书写答案，信号获取装置将获取到的移动标签相位曲线和参考标签相位曲线传给识别装置，识别装置识别移动标签相位曲线和参考标签相位曲线后将数据传输给后台设备，后台设备对数据以数组格式进行存储；
第二步：数据预处理：后台设备通过高斯滤波器对相位曲线进行降噪处理，得到较为平滑的数据曲线，平滑的数据曲线数据以新数组进行存储；其中移动标签数据曲线的数组为q，参考标签数据曲线的数组分别为a、b、c、d；
第三步：基于KL粒度分割实现活动分割，依据KL散度将数组q分为头部区域曲线、中间区域曲线和尾部区域曲线三个子区域，选择中间区域曲线为书写区域曲线实现手写识别；
第四步：活动识别：计算同一时间点中间区域曲线和参考标签数组之间距离；建立三维坐标轴，将四个参考标签置于三维坐标轴同一平面并且分别位于平面的四个边角位置，各个参考标签以自己坐标位置为球心，每个时间点与移动标签距离为半径作球，做定位辅助球，每个时间点四个定位辅助球的交点即为该时间点移动标签的定位点；记录所有时间点的定位点即可得到移动标签的移动趋势曲线，实现手写识别；
第五步：系统将最终识别结果与数据库中存储的答案比对，完成答案检验。
上述的基于RFID的选择题答题课桌系统，当标签移动速度发生变化时，移动标签数据曲线或拉升或压缩；
对数组q与第二步所得移动标签数据曲线分别进行求导，若移动标签数据曲线拉升，则存在时间段内不同时间点数据曲线相位值相同且导数值相同的情况，即认为该时间段内移动标签静止，将该时间段合并为一个时间点，重新得到数组q；
若数据曲线压缩，对于同一时间点，若数据曲线导数和数组导数相同，证明该时间点相位数据无偏差，若同一时间点，数据曲线导数和数组导数不相同，证明该时间点相位数据点有偏差，将该时间点数组导数和数据曲线求导所得的其他时间点的导数进行比对，寻找导数相同的时间点，两个导数相同的时间点之间数组所缺少的数据即为被压缩的数据，将数据曲线中两个时间点之间的数据其添加到数组中即可恢复数组，重新得到数组q；
基于重新得到的数组q再进行KL粒度分割。
上述的基于RFID的选择题答题课桌系统，采用指数平滑法还原移动趋势曲线。
本发明提供了一种基于RFID的选择题答题课桌，本系统允许多名用户同时进行答题，每个用户都有特定编号的标签笔，不同用户数据由不同的编号即可区分，当用户答题时只需要将识别结果与存储的答案进行比对，即可完成最终的答案检验，提高了该系统的实用性和同步性，解决了现有课堂交互系统实用性不强的问题。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的定位原理图。
图中：Tag 1-Tag 4为参考标签，Tag move为移动标签，即待定位标签。
图3为本发明的场景图。
具体实施方式
本发明为了解决现有交互式课堂实用性不强，提供一种基于RFID的细粒度笔迹识别方法，实现在课桌上对选择题答题的识别。
基于RFID的选择题答题课桌系统，包括负载有移动标签的标签笔、负载有定位参考标签的课桌、以天线为基础的信号获取装置、以标签阅读器为基础的识别装置和以计算机为基础的用户数据存储和处理的后台设备，标签笔负载有移动标签，结合置于课桌四个边角位置上的参考标签实现对移动标签的精准定位与轨迹追踪。信号获取装置、识别装置集成在教室讲台多媒体教学系统内，多媒体教学系统内的计算机即为上述后台设备，信号获取装置和识别装置连接，识别装置和后台设备通过数据线连接。
上述的基于RFID的选择题答题课桌系统，包括以下步骤：
第一步：后台设备录入用户行为：用户手持标签笔在桌面书写答案，信号获取装置将获取到的移动标签相位曲线位移数据和参考标签相位曲线数据传给识别装置，识别装置识别移动标签相位曲线位移数据和参考标签相位曲线数据后将数据传输给后台设备，后台设备对数据以数组格式进行存储；
第二步：数据预处理：后台设备通过高斯滤波器对相位曲线进行降噪处理，得到较为平滑的数据曲线，平滑的数据曲线数据以新数组进行存储；其中移动标签数据曲线的数组为q，参考标签数据曲线的数组分别为a、b、c、d；
第三步：提高系统鲁棒性：当标签移动速度发生变化时，数据曲线或拉升或压缩。为了解决该问题，将使用导数动态时间规整（DDTW）技术实现高鲁棒性。
对数组q与第二步所得移动标签数据曲线分别进行求导，若移动标签数据曲线拉升，则存在时间段内不同时间点数据曲线相位值相同且导数值相同的情况，即认为该时间段内移动标签静止，将该时间段合并为一个时间点，重新得到数组q；
若数据曲线压缩，对于同一时间点，若数据曲线导数和数组导数相同，证明该时间点相位数据无偏差，若同一时间点，数据曲线导数和数组导数不相同，证明该时间点相位数据点有偏差，将该时间点数组导数和数据曲线求导所得的其他时间点的导数进行比对，寻找导数相同的时间点，两个导数相同的时间点之间数组所缺少的数据即为被压缩的数据，将数据曲线中两个时间点之间的数据其添加到数组中即可恢复数组，得到完整的数组q。
以数组q和某一参考标签数据的数组x的对应关系填充初始矩阵P，数组q中的第i时间点的相位值为qi，数组x的第j个时间点的数值为xj，若qi和xj的导数值相等，则P中i行j列处为1，否则为0，由此构建得到初始矩阵P。移动标签数据的数组q和每个参考标签数据的数组都得到一个初始矩阵P，x=a、b、c、d；移动标签相位曲线或拉升或压缩时，数组q和数组x的初始矩阵P中相同时间点处的元素为0，只有当移动标签相位曲线没有拉升或压缩时，初始矩阵P中相同时间点处的元素才为1，故采用导数动态时间规整（DDTW）技术调整数组q，使得数组q和数组x的初始矩阵P中相同时间点处的元素为1，利用此数组q才能实现手写精确识别。
第四步：基于KL粒度分割实现活动分割，依据KL散度将第三步重新得到的数组q分为头部区域曲线、中间区域曲线和尾部区域曲线三个子区域，选择中间区域曲线为书写区域曲线实现手写识别；
第五步：活动识别：计算同一时间点中间区域曲线和参考标签数组之间距离；建立三维坐标轴，将四个参考标签置于三维坐标轴同一平面并且分别位于平面的四个边角位置，各个参考标签以自己坐标位置为球心，每个时间点与移动标签距离为半径作球，做定位辅助球，每个时间点四个定位辅助球的交点即为该时间点移动标签的定位点；记录所有时间点的定位点即可得到移动标签的移动趋势曲线，实现手写识别。
第六步：还原曲线：由于多径自干扰，相位编码可能会存在丢失的数据点或存在干扰，这使得移动趋势曲线的还原结果可能与本身存在差异。且由于曲线结果是由数据点得来，由该曲线得到的结果的美观性与易读性值得商榷。为了解决该问题，采用指数平滑法还原曲线。
第七步：系统将最终识别结果与数据库中存储的答案比对，完成答案检验。

Claims (3)

1.基于RFID的选择题答题课桌系统，包括负载有移动标签的标签笔、负载有定位参考标签的课桌、以天线为基础的信号获取装置、以标签阅读器为基础的识别装置和以计算机为基础的用户数据存储和处理的后台设备，标签笔负载有移动标签，结合置于课桌四个边角位置上的参考标签实现对移动标签的精准定位与轨迹追踪；信号获取装置、识别装置集成在教室讲台多媒体教学系统内，多媒体教学系统内的计算机即为上述后台设备，信号获取装置和识别装置连接，识别装置和后台设备通过数据线连接；
该系统选择题答题识别方法，包括以下步骤：
第一步：后台设备录入用户行为：用户手持标签笔在桌面书写答案，信号获取装置将获取到的移动标签相位曲线和参考标签相位曲线传给识别装置，识别装置识别移动标签相位曲线和参考标签相位曲线后将数据传输给后台设备，后台设备对数据以数组格式进行存储；
第二步：数据预处理：后台设备通过高斯滤波器对相位曲线进行降噪处理，得到较为平滑的数据曲线，平滑的数据曲线数据以新数组进行存储；其中移动标签数据曲线的数组为q，参考标签数据曲线的数组分别为a、b、c、d；
第三步：基于KL粒度分割实现活动分割，依据KL散度将数组q分为头部区域曲线、中间区域曲线和尾部区域曲线三个子区域，选择中间区域曲线为书写区域曲线实现手写识别；
第四步：活动识别：计算同一时间点中间区域曲线和参考标签数组之间距离；建立三维坐标轴，将四个参考标签置于三维坐标轴同一平面并且分别位于平面的四个边角位置，各个参考标签以自己坐标位置为球心，每个时间点与移动标签距离为半径作球，做定位辅助球，每个时间点四个定位辅助球的交点即为该时间点移动标签的定位点；记录所有时间点的定位点即可得到移动标签的移动趋势曲线，实现手写识别；
第五步：系统将最终识别结果与数据库中存储的答案比对，完成答案检验。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的选择题答题课桌系统，其特征在于：当标签移动速度发生变化时，移动标签数据曲线或拉升或压缩；
对数组q与第二步所得移动标签数据曲线分别进行求导，若移动标签数据曲线拉升，则存在时间段内不同时间点数据曲线相位值相同且导数值相同的情况，即认为该时间段内移动标签静止，将该时间段合并为一个时间点，重新得到数组q；
若数据曲线压缩，对于同一时间点，若数据曲线导数和数组导数相同，证明该时间点相位数据无偏差，若同一时间点，数据曲线导数和数组导数不相同，证明该时间点相位数据点有偏差，将该时间点数组导数和数据曲线求导所得的其他时间点的导数进行比对，寻找导数相同的时间点，两个导数相同的时间点之间数组所缺少的数据即为被压缩的数据，将数据曲线中两个时间点之间的数据其添加到数组中即可恢复数组，重新得到数组q；
基于重新得到的数组q再进行KL粒度分割。
3.根据权利要求1或2所述的基于RFID的选择题答题课桌系统，其特征在于：采用指数平滑法还原移动趋势曲线。
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