高校教室智能化管控系统的设计与实现

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互联网、物联网等技术的不断更迭和发展,使得高校建设也不断朝着信息化、智能化的方向前进,推动“智慧校园”建设已进入国家发展战略的层面。教室作为学校最基本的单元,对其智能化管理是实现智慧校园建设的核心,然而我国高等院校在教室的智能化、现代化建设上较为薄弱。教室往往集成了空调等能耗设备,传统的人工管理方式难以对这些设备有效及时的管控,教室无人使用但设备依然在运作的现象屡见不鲜,日积月累会造成不容小觑的能源浪费问题。同时,高校课堂逃课现象也较为常见,逃课行为不仅损害学生自身利益,也会给学校带来不利的风评影响。对此,本文从如何解决教室管理的诸多不足之处出发,以管理人员的角度设计并实现了一套高校教室智能化管控系统,通过物联网技术与大数据技术结合实现对教室内能耗设备的远程管控。并利用高校教室内部署的监控设备,结合深度学习技术实现教室内的人数统计和人脸识别,根据识别结果来对教室进行设备智能化控制、课堂自动考勤等功能。本文主要从以下几个方面进行研究与设计:(1)针对人工对教室能耗设备实时管控操作的不便性,对教室空调和电源分别采取不同的智能控制技术实现远程管控。部署RS485串行总线搭建上位机与教室内空调设备之间的通信通道,根据ModBus协议编写底层通信程序,实现对空调的远程监管与控制;采用智能电源分配单元PDU(Power Distribution Unit)设备对教室的供电进行管理,借助socket技术实现通信,可对教室进行远程通电、断电操作。(2)为了应对多教室多设备累积总数据量较大的情况,引入大数据技术来保障教室管控系统数据从采集到传输、处理,最后存入数据库的流畅性。利用Logstash和其他采集方式实现不同类型数据的采集;采集后的数据通过Kafka实现稳定传输;利用Spark完成对数据的实时分析和处理;搭建MySQL+HBase的混合存储方式以满足大量数据的存储和实时便捷查询。(3)在教室能耗设备远程控制实现的基础上优化了系统智能控制的功能:利用教室内监控设备实时采集图像信息,结合MTCNN(Multi-task Cascaded Convolutional Networks)网络实现对教室内人员脸部的检测,间接地统计出教室人数信息。根据人数的变化,系统可自发地对能耗设备发出控制指令,实现智能化管控。同时利用FaceNet网络判别出人脸的身份信息,实现课堂自动考勤,为教师提供学生出勤数据。(4)整合上述研究成果,融合设备远程管控、人数检测、人脸识别等模块,利用Web开发技术建立一个完整的页面系统。系统整体采用B/S架构,前端使用Vue.js框架完成界面组件的设计、排版与布局,后端采用Spring Boot实现系统逻辑的处理。最后通过Docker容器化技术完成对系统的部署。本文针对高校教室设备使用能耗高、人工管理不便、资源利用不合理等问题,结合多项技术,研究并设计出功能完善、操作简易、页面美观、运维成本低、对高校教室进行智能化管理的系统。该系统的应用可有效节约人工成本,对高校的节能管理做出实际贡献,推进了高校的智能化和信息化建设,具备十分重要的现实意义。
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