CN115222558A - 一种智慧校园系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智慧校园系统和管理方法，属于校园网络信息技术领域。针对现有技术中存在的智慧校园系统中重复建设，相关功能和设备无法复用，校园管理效率低，校园系统维护成本高，系统复杂度高等问题，本发明提供一种智慧校园系统，包括主数据处理中心和至少一个终端，所述主数据处理中心对终端获取到的数据进行处理，终端与主数据处理中心通过网络连接；终端还设有用于处理数据的副数据处理中心；终端和数据处理中心的数据均存储在云中心。它可以实现整合智慧校园各设备，降低系统成本，提高校园管理效率，更容易维护。

Description

一种智慧校园系统及管理方法

技术领域

本发明涉及校园网络信息技术领域，更具体地说，涉及一种智慧校园系统及管理方法。

背景技术

智慧校园是指以促进信息技术与教育教学融合，以物联网、大数据、云计算等新技术为核心技术，提供一种智慧化的校园工作、学习和生活一体化环境。现阶段的智慧校园系统多存在重复建设的问题，对于如安防、电子班牌、监控等单个功能均有一套单独的体系，相关联的应用无法复用，容易造成系统冗余，平台搭建成本高，系统之间兼容性差，维护困难等问题。

中国专利申请，申请号ZL201710848768.8，公开日2019年03月26日，公开一种基于云平台的浸入式教育系统，包括：云计算中心、云数据中心、顶层管理系统、教育专有云、教育公共云。本发明还包括采用上述浸入式教育系统的浸入式教育方法。采用上述技术方案，本发明所述的基于云平台的浸入式教育系统和方法，通过云计算先进的软件体系架构结合浸入式教育先进教育理念和模式，解决当代教育领域教育资源不平衡、教学质量整体水平不高、教学成本比较高的问题，该方案仍未解决校园系统繁多繁杂，各系统之间兼容性差，维护起来复杂，且系统之间数据无法共享，造成大量重复数据的计算，不便于管理。

现有智慧校园系统无法实现设备的集成最重要的原因是不同系统之间无法兼容，将多个系统集成在硬件实现时需要各设置单独的数据处理模块和数据转换模块，如果在系统集成的同时做到功能的复用，尽可能的降低系统复杂度，同时不改变用户的使用习惯，提高管理效率降低搭建和维护成本，是当前亟待解决的一个问题。

中国专利申请，申请号ZL 201810929209.4，公开日2019年1月1日，公开一种基于屏联网的智慧校园信息交互系统及实现方法，屏幕端，通过互联网与管理端、服务器端、用户端相互连接，用于进行信息交互或查询；管理端，用于系统管理、信息审核、信息查询；服务器端，用于各类信息的存储、管理和分析；客户端，利用手机APP、平板电脑、PC机等智能终端设备进行信息的上传和发布。本发明为学校与学校之间、学校内部之间、企业与学校之间的教学、科研、行政办公、招生就业和生活服务提供了的智慧通道，为实现“智慧校园”提供了智能信息交互与显示的解决方案。能够提升校园信息化服务水平，促进高校文化建设，丰富师生生活，美化校园环境，提高屏幕资源利用率。该发明方案主要在于多终端显示设备的实现方法，对智慧校园系统中多硬件的资源复用没有介绍，没有从根本上提高智慧校园的管理效率。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的智慧校园系统中重复建设，相关功能和设备无法复用，校园管理效率低，校园系统维护成本高，系统复杂度高等问题，本发明提供一种智慧校园系统和管理方法，它可以实现整合智慧校园各设备，降低系统成本，提高校园管理效率，更容易维护。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种智慧校园系统，包括主数据处理中心和至少一个终端，所述主数据处理中心对终端获取到的数据进行处理，终端与主数据处理中心通过网络连接；终端还设有用于处理数据的副数据处理中心；终端和数据处理中心的数据均存储在云中心。主数据处理中心可以理解为传统的中央服务器，对智慧校园系统的所有数据进行处理，本发明与现有技术的改进在于，在终端设备上还设有副数据处理中心，用于在断网或者灾备的情况下也能处理终端内数据，正常实现智慧校园中安防、录播、语音识别等功能。云中心使用极速云，包括Iaas、Paas、Saas三个部分，提供统一的私有云服务，本发明通过私有云将数据进行存储，存储同时保证了数据的安全性。副数据处理中心的数量小于等于终端数量，为了最大程序优化智慧校园系统，精简系统结构，本发明主要讨论只有一个副数据处理中心的情况。

更进一步的，所述副数据处理中心包括三个模块，第一模块为AI人工智能拓展模块，第二模块为AI人工智能核心处理模块，第三模块为OPS处理器模块；三个模块可以结合成整体使用，或任意两个模块结合使用，未结合的模块单独使用。第一模块用于接收网络连锁的各终端设备，获取各终端数据，第二模块用于对第一模块获取的数据进行处理，第三模块用于增加数据处理中心的数据处理能力。传统技术中，第三模块无法独立使用，本发明三模块均可以单独使用不用与其他模块结合，增强系统的可维护性。如若第一模块损坏可以单独对第一模块进行更换，利于系统的稳定。特别是第三模块OPS模块，可实现任意插拔和替换，在规格相同的情况下，对品牌或型号没有限制，通用性强。

更进一步的，所述终端是黑板、电子班牌、智能灯具、空气检测装置、音响、摄像头或麦克风。黑板、电子班牌、智能灯具、空气检测装置、音响、摄像头或麦克风均通过网络与数据处理中心连接，护眼灯/黑板灯、空气检测装置、音响等由数据处理中心的指令控制，黑板、电子班牌、摄像头等终端与数据处理中心进行数据交互。

更进一步的，所述终端为单个智慧终端或智慧终端群组。智慧校园系统包括多种类型的终端设备，如摄像头、音响、空气质量检测、智能照明设备、智慧黑板等，本实施例可以为在每一个终端上均设置一个数据处理中心，用于处理对应终端的信息，也可以在一组智慧终端群组中选择一个特定的终端设备设置数据处理中心，智慧终端群组中的其他的设备均通过网络与该特定的智慧终端设备连接，传输数据至该智慧终端设备。

一种智慧校园系统管理方法，其特征在于，所述副数据处理中心收集各终端的数据，在副数据处理中心进行计算处理，副数据处理中心未处理数据发送至主数据处理中心进行计算处理，主数据处理中心和副数据处理中心处理的数据均存储至云中心。副数据处理中心在断网或灾备情况下处理教室中所有数据，比如安防、摄录播、语音识别、自然语音处理、人脸表情行为分析等。而主数据处理中心是指在需要大计算或大数据量处理的情况下进行统一数据处理。

更进一步的，副数据处理中心进行的数据计算处理包括对文字、音频和视频的分析和交互。文字分析交互包括转发文字、板书分享，批注分享等，音频分析交互包括语音采集、语音识别、语音播放以及通过语音识别内容进行控制等，视频分析交互包括课后视频回放，本地课程录播等内容。

更进一步的，音视频数据通过流媒体技术处理，终端对音视频数据根据不同的音视频数据服务需求进行不同的控制处理。流媒体技术保证数据的实时传输，对于不同的音视频服务需求，如课程录播和安防监控属于不同的服务但其获取的数据相同，对于课程录播主要集中在课堂数据的录制，而安防监控在对数据存储备份的基础上还通过AI识别技术对视频图像进行识别，在有危险时及时报警。

更进一步的，用户在终端的控制界面选择教室，终端的副数据处理中心控制启动已选择教室的摄像头和麦克风，所述摄像头和麦克风获取已选择教室的音视频数据；用户在终端的控制界面发送播放指令以及播放数据地址至副数据处理中心的第二模块，实现音视频数据的播放。用户无需改变现有的操作习惯，仍是在控制页面下达控制指令，该控制指令与现有技术不同，通过终端的副数据处理中心解析控制进而完全用户指令。

更进一步的，副数据处理中心收到告警信息，将所述告警信息发送至对应的终端进行告警，同时将告警信息发送至主数据处理中心作为埋点数据。主数据处理中心对收到的告警信息定期跟踪处理，起到预防的作用。

更进一步的，副数据处理中心数据先进行本地存储，在智慧校园网络空闲时上传至云中心存储。副数据处理中心处理的所有数据均先进行本地存储，在网络空闲或者带宽未被占用情况下上传至云中心进行存储备份，更好的保证数据的安全性。

本发明不改变用户的使用方法和顺序，针对业务流程进行更改和变化，解决现有校园系统中业务分散部署造成资源浪费、兼容性差、维护困难等问题，在不改变终端用户习惯的前提下，整合现有的资源，简化高效的传输系统，取代现有的校园监控与广播系统，使用本地存储功能摆脱了摄录播或健康对网络的依赖；副数据处理中心对数据进行边缘计算，减少网络数据量，降低时延；强大的分时传送功能结束峰时拥堵，降低资源消耗，提供资源利用效率。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明在副数据处理中心的终端硬件上通过单独结合的设置，实现设备的多合一使用，减少如电源、摄像头等冗余设置，对相同的功能实现复用，大大降低了系统的复杂度和维护难度。在智慧校园系统设置一个主数据处理中心作为中央处理器进行处理计算，融合空气质量检测、智能照明设备、智慧黑板、语音识别、投屏共享、录播巡课、安防监控等多种功能，用简化高效的数据传输系统代替原有的校园监控。本发明使用云中心备份存储数据，结合副数据处理中心的边缘计算，实现多功能的单元处理以及远端管理界面，减少网络数据量，提高带宽利用率，降低网络时延。对网络实现集中控制，将所有物联网设备进行统一管控，统一升级，统一分发，提高系统的管理效率。

附图说明

图1为本发明智慧校园系统架构示意图；

图2为本发明智慧校园系统网络结构示意图；

图3为本发明实施例中直播时数据传输流程图；

图4为本发明视频巡课流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

一种智慧校园系统，如图1所示，包括主数据处理中心和至少一个终端，本实施例中，主数据处理中心为校园中心处理器。终端是黑板、电子班牌、智能灯具、空气检测装置、音响、摄像头或麦克风等硬件设备。本实施例中，终端以终端群组的方式表示，所述终端群组包括集成边缘计算模块的智慧黑板、网络单元、音视频单元、识别检测单元、照明单元等多种硬件设备，网络单元提供如互联网连接，音视频单元录制课堂视频和安防监控，识别检测单元进行语音识别或语音播放，空气质量检测，人脸识别和归档，照明单元实现智能灯光调节等功能。在本实施例的后续描述中，以智慧黑板作为设有副数据处理中心的特定智慧终端设备为基础，本实施例中，副数据处理中心为教室AI边缘处理中心。

但作为本发明的一种实施方式，也可以实现如图2所示，在每个终端设备上均设有一个集控服务端对设备进行控制。如图2所示将网络集中控制，这是方便将智慧校园系统中所有的物联网设备进行统一管控，统一升级，统一分发，整个布网方式是中心服务集中方式，终端采用socket IO或MQTT长连接方式，支持跨网段连接，也支持私网穿透方式。

具体的，所述网络单元是5G或WIFI等网络模块，智慧终端群组所有硬件设备通过网络单元互相连接，形成物联网平台；所述音视频单元是摄像头和音响，用于获取视频数据并播放广播等音频数据，摄像头还关联安防系统进行实时监控；所述识别检测单元包括空气质量检测模块和人脸识别，可以实时监测空气质量并将结果同步到智慧校园系统各终端，人脸识别替代传统的点名模式，辅以安防监控实现校园过程的可溯源。

智慧校园系统还包括云中心，云中心使用极速云，包括Iaas、Paas、Saas三个部分，提供统一的私有云服务，通过私有云将数据进行存储，同时保证了数据的安全性。

智慧终端群组以智慧黑板为中心，通过智慧黑板连接和控制所有终端，所述智慧黑板上设有教室AI边缘处理中心，教室AI边缘处理中心是把在断网或灾备情况下，教室AI边缘处理中心能处理教育中所有数据，比如安防、摄录播、语音识别、自然语音处理、人脸表情行为分析等。而校园中心处理器是指在需要大计算或大数据量处理的情况下，需要后台服务器去做统一处理。传统校园系统一般包括三个中心服务器，分别用于云计算，录播和存储，本实施例所述系统通过虚拟化技术，将每个业务分成不同的虚拟机来做，智慧黑板管理所有教室内设备，还支持增加设备与远程控制，有效解决教室多系统多终端不互通，数据无法复用，管理困难的问题。还可以实现远程整体化维护，维护人员可以做到24小时远程在线服务，方便边远地区的系统维护。

本实施例将物连网设备集成一个可视化智慧黑板终端；也就是说，智慧黑板终端群组将设备集中，改变智慧校园系统的传输方式，摄录设备、监控设备、广播系统同传一套音频、视频数据，不再以业务分开，把三份音视频数据整合成一份，提高数据传输效率。智慧黑板在原有基础功能基础上，集中校园中其他的终端设备，大大提升了系统的兼容性。网络传输时为了配合多业务合成一份数据流，制定了“微流式数据编码”私有协议。

“微流式数据编码”主要是针对教育行业音频多业务场景，包含安防音频数据、摄录播数据、云桌面音视频数据、云投屏、校园广播等，主要有三类数据：视频、音频、控制指令，视频类型，主要分为二类：一是摄像头视频数据，包含压缩还是SDI数据；二是抓屏的视频数据。在传输协议上支持大多数公有协议，像RTSP、RTMP、HLS等，同时本系统还支持私有OSMP协议，私有协议具体更低的视频延时。通讯协议实现主要体现在如下几个方面：一是视频压缩算法，采用Force I帧机制，去掉B帧的算法，并采用空帧方式，减少参考帧个数，达到低延时效果；二是传输算法上做了优化，分别从resolution、Bitmate、FPS三个方面，根据当前的http ping值，分为6类profile值去计算不同latency值对应的resolution、Bitmate、FPS信息。

智慧终端群组通过网络单元连接，克服传统方式中每个业务有单独的传输协议与数据内容，比如录播系统要建立独立传输通道，安防监控也要建立独立的传输通道，而且分别要传输音频频数据，本发明将类似的业务集中在一个通道，如音视频单元复用，只需获取一次数据即可满足录播课程和安防监控两种需求，对与音视频书库在共有流媒体协议上进行拆分，实现高兼容性，提高网络传输效率，克服传统方式无论是实时或集中传输都增加网络压力，也增加终端与服务器处理压力的缺陷。

智慧校园系统应用时，智慧黑板的教室AI边缘处理中心接收摄像头数据后，先进行常规化处理，通过离线版本的人脸识别，处理出常用数据，对于教室AI边缘处理中心不能处理的数据传输给后台的校园中心处理器进行数据处理。传统的摄录数据是先做本地存储，然后等系统空闲上传到后台存储服务器虚拟机，本发明智慧终端群组的物联网设备，先读取服务器的预设行为值，然后通过校园中央处理器通过USB或串口传给灯光、窗帘、音响等设备。

如图3所示，本实施例为解决音、视频、分析控制流数据传输协议，分别设置三个通道进行传输，校园中心处理器后台设置有专门虚拟单元进行处理。本实施例基于服务器虚拟化技术与音视频流化技术，将云游戏技术用在虚拟云桌面上，还把虚拟云桌面技术用在智慧黑板上，使用低码流音视频分开传输与低延时技术，优化的H.264编码技术，支持4K显示，兼容各种浏览器，拥有更高的编码效率，更低的CPU负载和带宽占用，而且兼容现有的摄录播与安防的协议，形成一份流数据可供多方使用。

作为本实施例的一种实现方式，智慧校园系统在硬件板卡实现上实现多合一系统，配置了双摄像设备，两个智能音响，两路拾音设备。其中物联网的操作主机控制所有物联网设备，主要有实时预警、灯光数据、窗帘控制、环境控制值、地图监控等。

对于智慧黑板的OPS来说，由于集控系统客户端，OPS包括两个线程，一个线程是跟web服务器交互，另一线程是跟流媒体服务器交互。web服务器通过socket IO长连接方式与教室终端的智慧黑板注册，web服务器会通知所选择的黑板开始通信并接受数据。

为实现以智慧黑板为中心的智慧终端群组，作为一台AI智慧终端，智慧黑板硬件上新增加三个模块，第一模块为AI人工智能拓展模块，第二模块为AI人工智能核心处理模块，第三模块为OPS处理器模块，OPS是一种计算机模块插件格式，用于为平板显示器增加计算能力，传统的OPS处理器无法单独使用，本实施例的三个模块均可以独立使用，也就是说，模块间共有四种结合方式。方式一是第一模块和第二模块结合为一个整体，第三模块单独使用，方式二是第一模块单独使用，第二和第三模块结合为一个整体，方式三是第二模块单独使用，第一模块和第三模块结合为一个整体，方式四是第一模块、第二模块和第三模块均结合为一个整体。

如果教室AI边缘处理中心的处理器接收到OPS的操作系统或硬件告警信息，教室AI边缘处理中心处理器先通过提醒模块发送报警信息，然后把这些报警信息通过网络设备发送给校园中心处理器做成“埋点”数据。校园中心处理器对接收到的“埋点”数据进行跟踪处理，预防后期可能出现的其他告警情况。

智慧终端群组与校园中心处理器通过http协议通信，进行如设备注册、模拟设备登录、当前设备实时画面截图上传到智慧黑板终端，通过http协议实现校园中心处理器与智慧终端群组的交互。校园中心处理器web管理页面与智慧终端群组通过socket IO通信，校园中心处理器web管理页面的操作，如远程关机、打铃等操作指令通过socket IO下发到设备，智慧终端群组设备解析得到具体的操作指令执行相应的操作。

下面根据具体的应用场景进行说明。对于如直播、安防、巡课等视频类服务，智慧黑板的web界面可以控制与智慧黑板网络连接的所有终端设备，进而控制对应设备的服务和操作。当需要进行直播时，用户打开智慧黑板的web界面，选择需要直播的教室，然后点击直播，流媒体服务器收到智慧黑板发出的直播开发信号，直接从固定摄像头的RTSP URL拉取流数据，然后一对多进行直播。每个教室根据从智慧黑板web服务器收到的RTSP URL开始收流数据，此时在集控运行的系统客户端开始播放直播流数据。

在校园安防控制系统中，智慧黑板的控制包括摄像机管理、报警管理、智能应用等服务，智慧黑板控制终端摄像机获取数据，并可以根据智能应用提示结果进行报警管理，区别于现有技术的独立管理，本实施例将教室疾控、摄像录播、安防控制等功能合并，利用云计算技术，实现多功能的单元处理以及实现远端管理，将所有内容投放到智慧黑板可视化处理，实现资源的复用，降低系统带宽占用，提高系统整体兼容性。使用智慧黑板先对智慧终端群组资源进行处理，将数据量大或对处理时间没有要求的数据发送至校园中心处理器，提高数据处理效率，减少不必要硬件成本的支出，降低成本，实用性高。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种智慧校园系统，其特征在于，包括主数据处理中心和至少一个终端，所述主数据处理中心对终端获取到的数据进行处理，终端与主数据处理中心通过网络连接；终端还设有用于处理数据的副数据处理中心；终端和数据处理中心的数据均存储在云中心。

2.根据权利要求1所述的一种智慧校园系统，其特征在于，所述副数据处理中心包括三个模块，第一模块为AI人工智能拓展模块，第二模块为AI人工智能核心处理模块，第三模块为OPS处理器模块；三个模块可以结合成整体使用，或任意两个模块结合使用，未结合的模块单独使用。

3.根据权利要求1所述的一种智慧校园系统，其特征在于，所述终端是黑板、电子班牌、智能灯具、空气检测装置、音响、摄像头或麦克风。

4.根据权利要求3所述的一种智慧校园系统，其特征在于，所述终端为单个智慧终端或智慧终端群组。

5.一种智慧校园系统管理方法，其特征在于，所述副数据处理中心收集各终端的数据，在副数据处理中心进行计算处理，副数据处理中心未处理数据发送至主数据处理中心进行计算处理，主数据处理中心和副数据处理中心处理的数据均存储至云中心。

6.根据权利要求5所述的一种智慧校园系统管理方法，其特征在于，副数据处理中心进行的数据计算处理包括对文字、音频和视频的分析和交互。

7.根据权利要求6所述的一种智慧校园系统管理方法，其特征在于，音视频数据通过流媒体技术处理，终端对音视频数据根据不同的音视频数据服务需求进行不同的控制处理。

8.根据权利要求7所述的一种智慧校园系统管理方法，其特征在于，用户在终端的控制界面选择教室，终端的副数据处理中心控制启动已选择教室的摄像头和麦克风，所述摄像头和麦克风获取已选择教室的音视频数据；用户在终端的控制界面发送播放指令以及播放数据地址至副数据处理中心的第二模块，实现音视频数据的播放。

9.根据权利要求5所述的一种智慧校园系统管理方法，其特征在于，副数据处理中心收到告警信息，将所述告警信息发送至对应的终端进行告警，同时将告警信息发送至主数据处理中心作为埋点数据。

10.根据权利要求5所述的一种智慧校园系统管理方法，其特征在于，副数据处理中心数据先进行本地存储，在智慧校园网络空闲时上传至云中心存储。

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