智慧校园AIOT大数据可视化分析方法技术

本发明专利技术提供了智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，与目前校园管理方法相比，具有以下优点：(1)通过AIOT平台连接各种智能硬件产品，将学生和教师的人脸数据集中化管理和分析；(2)为课堂管理提供客观的数据分析，从而为课堂管理的决策和改进提供数据支持；(3)基于AIOT平台构建数据库，能够支持智慧校园的持续发展建设。

【技术实现步骤摘要】
智慧校园AIOT大数据可视化分析方法
本专利技术涉及智慧校园
，具体涉及一种智慧校园AIOT大数据可视化分析方法。
技术介绍
随着现代教育地不断发展，老师、学生、管理者在教学、生活、管理过程中积累了海量数据，并且还在以更快地速度增长，数据已成为学校日益重要的无形资产。如何对数据进行展示、分析、挖掘，成为学校快速发展有利的动力和基础。校园大数据可视化分析作为“智慧校园”和“互联网+”深度融合的基础平台，它利用物联网和云计算，强调对教学、科研、校园生活和管理等各项数据的获取、理解和智能处理。能解决现代化教育管理中数据分析效率低，信息与业务衔接上不够紧密，无法系统地支撑管理决策，缺少良好人机交互分析手段等问题。“校园大数据”并非一个描绘数据量巨大的概念，能更加表明数据来源的多元化、数据类型的多样化以及数据处理分析的智能化。更为重要的是，立足于对大量数据深度挖掘与科学分析背后的隐含关系与价值，对“教育大数据”的研究在本质上已经转化为一种新的思维方式、一种新的技术、一种新的解决问题方式。如何推进与支持大数据在各个层面教育评价中的应用，关键解决好三个问题：一是“大数据从何而来”，如何依靠高质量现代教育网络收集校园大数据；二是“大数据为何而用”，探析教育管理中应用大数据的去向；三是“大数据如何而用”，分析如何从精心设计评价指标、选择适当的大数据处理技术、提升教育工作者数据素养。教育正迈向大数据时代，善于发现数据则赢得生存空间，善于挖掘数据则赢得发展空间，善于利用数据则赢得未来竞争。随着IOT技术(传感器、移动网络、通讯标准、技术平台)和AI(芯片、算法)的发展，智能设备越来越普及，并且在AIOT的支持下，智能设备也增加了更多智能功能，因此，借助AIOT平台建设智慧校园大数据平台是发展的必然趋势。目前，校园管理存在的问题主要有课堂考勤：落后、低效、无数据可查，课堂互动：不专注、效果差，课程资源：不清晰、难使用、低价值，课堂分析：主观评判、无数据支撑、不透明。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，旨在通过AIOT平台为课堂管理提供客观的数据分析，从而为课堂管理的决策和改进提供数据支持。本专利技术是这样实现的，本专利技术智慧校园AIOT大数据可视化分析方法所采用的技术方案是：智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，用于课堂管理，通过AIOT平台连接智能硬件设备；所述智慧校园AIOT大数据可视化分析方法包括以下步骤：S1：所述智能硬件设备采集的课堂数据源与校园原信息系统采集的校园数据源，按数据结构分为结构化数据、半结构化数据以及非结构化数据，再根据所述课堂数据源和所述校园数据源的不同功能、不同结构分类进行数据传输，存储到新的以Hadoop为基础架构的分布式数据库中，构建异构融合智慧校园大数据基础平台；S2：对所述课堂数据源和所述校园数据源进行数据预处理，以清理不符合要求的数据，构造出新的属性和表达方式，并将预处理后的数据存储，重构成智慧校园大数据基础平台；S3：从所述智慧校园大数据基础平台提取课堂管理分析所需要的数据，并根据数据特征设计数据特征融合算法，有针对地进行可视化分析；S4：所述智慧校园大数据基础平台接收用户的交互信息，并根据用户人机交互的指示，向用户输出可视化分析结果。进一步地，所述智能硬件设备包括教师摄像机、学生摄像机、拾音器以及智能录播主机；所述智能录播主机用于接收所述教师摄像机、所述学生摄像机以及拾音器采集的数据，并将所述数据传输至所述异构融合智慧校园大数据基础平台；所述拾音器用于采集课堂现场声音，并将所述课堂现场声音转换为音频信号发送至所述智能录播主机；所述智能录播主机支持通过POE方式给所述教书摄像机和所述学生摄像机供电，所述智能录播主机通过音频线给所述拾音器供电。进一步地，所述教师摄像机包括板书检测半球相机、教师检测半球相机、教师检测全景球机、教师跟踪球机以及板书跟踪球机；所述板书检测半球相机用于检测及采集黑板的板书内容，所述教师检测半球相机用于采集教师在讲台区域的图像，所述教师检测全景球机用于采集教师在整间教室范围内的图像，所述教师跟踪球机用于采集教师实时动作的图像，所述板书跟踪球机用于采集教师实时板书的图像。进一步地，所述学生摄像机包括学生4K深眸相机和学生跟踪相机，所述学生4K深眸相机用于采集学生面部特写图像，所述学生跟踪相机用于采集学生实时动作的图像。进一步地，所述课堂数据源包括七种学生行为和七种学生表情；所述七种学生行为包括阅读、书写、听讲、举手、起立、趴桌子以及玩手机，所述七种学生表情包括中性、高兴、惊讶、厌恶、难过、愤怒以及害怕。进一步地，所述校园数据源包括学生姓名、教师姓名、班级名称、课程名称、学生成绩、教室位置、班级人数以及课表信息。进一步地，所述步骤S2中的数据预处理包括以下步骤：S21：去除所述课堂数据源和所述校园数据源的分类数据中不相关的字段，过滤所述课堂数据源和所述校园数据源的分类数据中的无效记录，对所述课堂数据源和所述校园数据源的分类数据中的数值字段进行离散化，并对所述课堂数据源和所述校园数据源的分类数据中的时间进行同步处理；S22：将经过所述步骤S21清理后的数据转换为适合可视化表现的形式，找到数据的空间特征表示方法，根据需要构造出新的属性或者将数据规范化、归一化；S23：将经过所述步骤S22变换后的数据进行模式定义转换、去除冗余与不一致数据，以使所述异构融合智慧校园大数据基础平台中的异构数据转换为规范统一的数据。进一步地，所述步骤S3中的数据特征融合算法包括加权平均算法、贝叶斯估计算法、统计决策算法、证据理论算法、神经元网络算法以及信息熵算法。进一步地，所述步骤S1中的异构融合智慧校园大数据基础平台的设计技术为分布式文件系统HDFS、数据仓库工具Hive、分布式数据库Hbase和MapReduce数据处理方法。进一步地，所述步骤S4中的可视化分析结果，包括课堂分析档案、班级专注度对比分析、学生专注度对比分析以及学生专注度和成绩碰撞分析的可视化分析图。与现有技术相比，本专利技术提供的智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，与目前校园管理方法相比，具有以下优点：(1)通过AIOT平台连接各种智能硬件产品，将学生和教师的人脸数据集中化管理和分析；(2)为课堂管理提供客观的数据分析，从而为课堂管理的决策和改进提供数据支持；(3)基于AIOT平台构建数据库，能够支持智慧校园的持续发展建设。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的智慧校园AIOT大数据可视化分析方法的流程示意图。图2是本专利技术实施例提供的智慧校园AIOT大数据可视本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，其特征在于，用于课堂管理，通过AIOT平台连接智能硬件设备；/n所述智慧校园AIOT大数据可视化分析方法包括以下步骤：/nS1：所述智能硬件设备采集的课堂数据源与校园原信息系统采集的校园数据源，按数据结构分为结构化数据、半结构化数据以及非结构化数据，再根据所述课堂数据源和所述校园数据源的不同功能、不同结构分类进行数据传输，存储到新的以Hadoop为基础架构的分布式数据库中，构建异构融合智慧校园大数据基础平台；/nS2：对所述课堂数据源和所述校园数据源进行数据预处理，以清理不符合要求的数据，构造出新的属性和表达方式，并将预处理后的数据存储，重构成智慧校园大数据基础平台；/nS3：从所述智慧校园大数据基础平台提取课堂管理分析所需要的数据，并根据数据特征设计数据特征融合算法，有针对地进行可视化分析；/nS4：所述智慧校园大数据基础平台接收用户的交互信息，并根据用户人机交互的指示，向用户输出可视化分析结果。/n

【技术特征摘要】
1.智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，其特征在于，用于课堂管理，通过AIOT平台连接智能硬件设备；
所述智慧校园AIOT大数据可视化分析方法包括以下步骤：
S1：所述智能硬件设备采集的课堂数据源与校园原信息系统采集的校园数据源，按数据结构分为结构化数据、半结构化数据以及非结构化数据，再根据所述课堂数据源和所述校园数据源的不同功能、不同结构分类进行数据传输，存储到新的以Hadoop为基础架构的分布式数据库中，构建异构融合智慧校园大数据基础平台；
S2：对所述课堂数据源和所述校园数据源进行数据预处理，以清理不符合要求的数据，构造出新的属性和表达方式，并将预处理后的数据存储，重构成智慧校园大数据基础平台；
S3：从所述智慧校园大数据基础平台提取课堂管理分析所需要的数据，并根据数据特征设计数据特征融合算法，有针对地进行可视化分析；
S4：所述智慧校园大数据基础平台接收用户的交互信息，并根据用户人机交互的指示，向用户输出可视化分析结果。


2.根据权利要求1所述的智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，其特征在于，所述智能硬件设备包括教师摄像机、学生摄像机、拾音器以及智能录播主机；所述智能录播主机用于接收所述教师摄像机、所述学生摄像机以及拾音器采集的数据，并将所述数据传输至所述异构融合智慧校园大数据基础平台；所述拾音器用于采集课堂现场声音，并将所述课堂现场声音转换为音频信号发送至所述智能录播主机；所述智能录播主机支持通过POE方式给所述教书摄像机和所述学生摄像机供电，所述智能录播主机通过音频线给所述拾音器供电。


3.根据权利要求2所述的智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，其特征在于，所述教师摄像机包括板书检测半球相机、教师检测半球相机、教师检测全景球机、教师跟踪球机以及板书跟踪球机；所述板书检测半球相机用于检测及采集黑板的板书内容，所述教师检测半球相机用于采集教师在讲台区域的图像，所述教师检测全景球机用于采集教师在整间教室范围内的图像，所述教师跟踪球机用于采集教师实时动作的图像，所述板书跟踪球机用于采集教师实时板书的图像。


4.根据权利要求2所述的智慧校园AIOT大数据可视化分析方法，其特征在于，所述学生摄像机包括学生4K深眸相机和学生跟踪相机，所述学生4K...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天琼，
申请(专利权)人：深圳市爱云信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44