新一代技術(shù)賦能到特定的商業(yè)場景，基于人工智能+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的組合為新一代“智慧教室”的概念提供了新的解決方案。

隨著人工智能相關(guān)技術(shù)的日臻成熟和蓬勃發(fā)展，尤其是基礎(chǔ)層新型傳感器、智能芯片等硬件基礎(chǔ)算力設(shè)施更新迭代和大發(fā)展，使得賦能各業(yè)的商業(yè)落地行為有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展和支撐。

而今，無論是計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別、自然語言處理以及機(jī)器學(xué)習(xí)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的突破已成為引領(lǐng)新一代技術(shù)變革的發(fā)展引擎，并且在制造、金融、家居、金融、交通、安防、醫(yī)療等行業(yè)逐漸落地應(yīng)用，使得技術(shù)的發(fā)展真正賦能到特定的商業(yè)場景。

以教育行業(yè)為例，萬物互聯(lián)，基于人工智能+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的組合為新一代“智慧教室”的概念提供了新的解決方案，由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)成了智慧教室的生態(tài)圈，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備、設(shè)備間互通互聯(lián)、設(shè)備自我學(xué)習(xí)等功能，使得教室的管理更加智能、安全、便捷和節(jié)能。

例如，借助智能語音技術(shù)，通過應(yīng)用自然語言實(shí)現(xiàn)對教室系統(tǒng)硬件設(shè)備的操控，譬如開關(guān)門窗、操控照明系統(tǒng)、調(diào)節(jié)溫濕度調(diào)控系統(tǒng)等行為，通過聲紋識(shí)別、臉部識(shí)別、指紋識(shí)別等技術(shù)進(jìn)行開鎖。

基于AI+IOT的“智慧教室”的核心在于其物聯(lián)系統(tǒng)形成的智能決策行為，智能決策的基礎(chǔ)在于對環(huán)境數(shù)據(jù)的收集分析，并通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行即時(shí)計(jì)算，反饋至智能控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)處理的即時(shí)性和有效性在于算力的強(qiáng)弱和算法的支撐，尤其是傳感器、智能芯片及相關(guān)的算法集成，天然助力于基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室解決方案。

將傳感器、智能芯片、算法、智能程序嵌入終端硬件系統(tǒng)進(jìn)行整合開發(fā)，構(gòu)建教室立體化環(huán)境數(shù)據(jù)感應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各維度數(shù)據(jù)變化情況，打破終端數(shù)據(jù)孤島，全天候全方位檢測教室環(huán)境變化，并進(jìn)行智能管理。

一、照明智能控制系統(tǒng)

1.1 場景自定義及智能控制系統(tǒng)

可通過預(yù)設(shè)條件去自定義使用場景，結(jié)合內(nèi)置的3D效果圖預(yù)覽已定義的條件所生成的現(xiàn)實(shí)顯示效果，完成自定義的場景設(shè)置和保存。

在進(jìn)行場景切換中系統(tǒng)將根據(jù)場景的預(yù)設(shè)條件調(diào)動(dòng)教室內(nèi)燈具照度控制系統(tǒng)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，完成相應(yīng)的場景使用要求。

例如切換場景時(shí)的淡入淡出時(shí)間，使燈光柔和變化。

1.2 照度恒定調(diào)節(jié)系統(tǒng)

可通過感光傳感器獲取各種天氣下教室內(nèi)部的日照光度數(shù)據(jù)，并上傳至智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)可通過預(yù)設(shè)的最佳光照值調(diào)動(dòng)燈具的亮度控制器進(jìn)行光照的補(bǔ)損，保證教室內(nèi)部光照情況的均衡。采用照度傳感器，可以達(dá)到室內(nèi)的光線保持恒定。

例如，在光線不足的陰天，亮度控制器將會(huì)提亮燈具的照射光度，在光線充足的情況，亮度控制器將會(huì)下調(diào)燈具的照射光度，在光線十分充足的情況下，甚至可以使得燈具自動(dòng)關(guān)閉。

又比如，在學(xué)校的教室，要求靠窗與靠墻光強(qiáng)度其本相同，可在靠窗與靠墻處分別加裝傳感器，當(dāng)室外光線強(qiáng)時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將靠窗的燈光減弱或關(guān)閉及根據(jù)靠墻傳感器調(diào)整靠墻的燈光亮度；當(dāng)室外光線變?nèi)鯐r(shí)，傳感器會(huì)根據(jù)感應(yīng)信號(hào)調(diào)整燈的亮度到預(yù)先設(shè)置的光照度值。這樣，通過智能調(diào)光器系統(tǒng)的控制可調(diào)節(jié)照度達(dá)到相對的穩(wěn)定，且可節(jié)約能源。

1.3. 自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)

采用移動(dòng)傳感器，當(dāng)人進(jìn)入教室設(shè)定的傳感器感應(yīng)區(qū)域后，控制系統(tǒng)將啟動(dòng)燈具或升光，當(dāng)人走出感應(yīng)區(qū)域后燈光漸漸減低或熄滅，可以在人不進(jìn)行物理按鈕控制的情況下，對于燈照進(jìn)行自動(dòng)開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)，比如當(dāng)所有學(xué)生和老師都離開教室后，燈光控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉所有燈具，當(dāng)師生重新進(jìn)場后再次點(diǎn)亮。

1.4. 限壓保護(hù)系統(tǒng)

影響燈具壽命的主要因素主要有過電壓使用和冷態(tài)沖擊，它們使燈具壽命大大降低。具備智能調(diào)光器的燈具具有輸出限壓保護(hù)功能，智能調(diào)光控制系統(tǒng)采用緩開啟及淡入淡出調(diào)光控制，可避免對燈具的冷態(tài)沖擊，延長燈具壽命，減少更換燈泡的工作量。

二、空氣質(zhì)量檢測及智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)

通過在教室內(nèi)外部預(yù)設(shè)眾多空氣質(zhì)量傳感器，去獲取包括PM2.5值在內(nèi)的多路空氣質(zhì)量采樣數(shù)據(jù)，并形成多維度的質(zhì)量檢測報(bào)告匯總至數(shù)據(jù)處理中心對報(bào)告結(jié)果進(jìn)行分析，判斷空氣質(zhì)量的各項(xiàng)檢測參數(shù)值是否超標(biāo)，并根據(jù)判斷結(jié)果生成對應(yīng)的調(diào)節(jié)指令信號(hào)，而接收到調(diào)節(jié)指令的空氣調(diào)節(jié)終端將根據(jù)指令執(zhí)行相應(yīng)的空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)操作。

這樣，通過對多路質(zhì)量采樣信號(hào)的獲取和并行處理，智能指揮各項(xiàng)調(diào)節(jié)終端，從而完成教室空氣的改善目標(biāo)。

三、溫濕度智能控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)包括溫濕度傳感裝置、調(diào)節(jié)裝置、處理器等設(shè)備，通過在教室內(nèi)外的傳感器獲取相應(yīng)空間范圍內(nèi)的溫濕度區(qū)間值，處理器獲取數(shù)據(jù)后判定參數(shù)值是否處于正常值范圍內(nèi)，然后通過連接溫濕度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行溫濕度多調(diào)節(jié)設(shè)備的系統(tǒng)工作，保證室內(nèi)環(huán)境溫度和濕度的平衡，使室內(nèi)環(huán)境適宜人體。

四、門窗監(jiān)測預(yù)警及控制系統(tǒng)

4.1 監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

可在教室門窗開合出嵌入窗戶門磁模塊用以監(jiān)測門和窗戶的開關(guān)狀態(tài)，在正常上學(xué)時(shí)間內(nèi)將不會(huì)開啟監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，相反在設(shè)定的上學(xué)時(shí)間段之外系統(tǒng)將自動(dòng)開啟監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，一旦檢測到開合異常將自動(dòng)啟用報(bào)警系統(tǒng)。

4.2 門窗智能控制系統(tǒng)

在教室內(nèi)可利用遙控器發(fā)送控制指令經(jīng)過路由等設(shè)備傳輸至門窗控制終端模塊，門窗控制終端將接收到的控制指令后執(zhí)行相應(yīng)操作，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對于門窗的遠(yuǎn)程控制。

4.3 窗簾控制系統(tǒng)

通過采集安裝在窗戶的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)門限值，以窗簾自動(dòng)開、關(guān)來實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)光照強(qiáng)度的補(bǔ)償。

五、智能清潔系統(tǒng)

在教室內(nèi)部裝配掃地機(jī)器人，在正常授課時(shí)間范圍內(nèi)，掃地機(jī)器人處于靜默充電狀態(tài)，在放學(xué)之后的夜間，掃地機(jī)器人將按照設(shè)定時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)清掃所有地面垃圾，并在完成清掃后回到充電樁繼續(xù)充電并給出內(nèi)部垃圾存儲(chǔ)值或者垃圾空間占比以及是否需要進(jìn)行對掃地機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)清理的指示。

六、智能開關(guān)控制系統(tǒng)

在傳感器和視頻監(jiān)控長時(shí)間未發(fā)現(xiàn)有人出現(xiàn)，智能開關(guān)在保證必要的處理器和服務(wù)器系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)外將對部分終端進(jìn)行休眠或斷電處理，同時(shí)在檢測到人體后將自動(dòng)喚醒必要的終端設(shè)備并運(yùn)行應(yīng)用。

七、智能門禁系統(tǒng)

智能門禁系統(tǒng)主要依托于門禁鎖、控制系統(tǒng)及權(quán)限分級，門禁鎖主要由芯片、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、觸控顯示屏、門控開關(guān)及門控開關(guān)電路組成，根據(jù)教室所設(shè)門的數(shù)量進(jìn)行分配，各門門禁鎖通過總線與網(wǎng)絡(luò)中心進(jìn)行教室使用權(quán)限的通信控制，學(xué)校管理部門可提前將課表及對應(yīng)授課教師和學(xué)生名單導(dǎo)入門禁控制系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)識(shí)別課表中時(shí)間、課時(shí)、任課教師及對應(yīng)班級，從而自動(dòng)完成權(quán)限設(shè)置，任課教師按照課表對應(yīng)的課時(shí)安排通過刷卡、指紋驗(yàn)證、人臉識(shí)別或者綜合驗(yàn)證手段來開啟教室，且任課教師只能在預(yù)設(shè)的授課時(shí)間段內(nèi)才能進(jìn)入教室，否則在預(yù)設(shè)的授課時(shí)間段外將不被授權(quán)進(jìn)入，從而確保硬件的安全，并實(shí)時(shí)生成門禁開關(guān)日志及對應(yīng)的操作使用者，當(dāng)然學(xué)校物業(yè)管理中心可被授權(quán)全天候通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對門禁系統(tǒng)的管理控制。

八、智能語音控制系統(tǒng)

所有物聯(lián)設(shè)備均需嵌入語音識(shí)別的功能模塊，可以通過自然語音對各智能硬件設(shè)備進(jìn)行喚醒，自動(dòng)將語音指令進(jìn)行分析識(shí)別輸入至終端控制模塊，控制模塊依據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的回應(yīng)操作。

九、環(huán)境檢測數(shù)據(jù)智能顯示系統(tǒng)

將教室內(nèi)部各傳感器數(shù)據(jù)、終端設(shè)備詳細(xì)指標(biāo)以及硬件運(yùn)行情況等匯總至智能顯示系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理和展示，以便于管理者對于教室整體軟硬件情況的了解。

例如包括課程名稱、班級、任課教師、考勤率，還有各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)：溫度、濕度、PM2.5值、光照度、二氧化碳濃度等指標(biāo)數(shù)據(jù)。

十、教室硬件資產(chǎn)管理系統(tǒng)

資產(chǎn)管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質(zhì)標(biāo)簽、抗金屬標(biāo)簽和配套控制軟件構(gòu)成。在教室前后門各安裝一個(gè)特高頻讀卡器，對教室內(nèi)的所有的儀器、設(shè)備、桌椅等資產(chǎn)（貼有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上存儲(chǔ)有設(shè)備的詳細(xì)信息）進(jìn)行出入教室的監(jiān)控與管理，對未授權(quán)用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進(jìn)行告警，方便設(shè)備管理人員對教室設(shè)備的統(tǒng)一管理。

十一、智能監(jiān)控管理系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置在教室的入門處及室內(nèi)，對整個(gè)教室內(nèi)外進(jìn)行監(jiān)控。通過Wi-Fi或以太網(wǎng)與云服務(wù)器進(jìn)行無線連接，實(shí)時(shí)將采集的監(jiān)控圖像傳輸給云服務(wù)器，教師終端就可以通過云服務(wù)器獲取監(jiān)控圖像，對一個(gè)或多個(gè)教室進(jìn)行同步監(jiān)控，提高教室的安全防護(hù)等級，特別是對于低齡教育環(huán)境，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置更加重要，教師可以通過教師終端實(shí)時(shí)查看教室中學(xué)生的狀況，確保學(xué)生的人身安全。

智能監(jiān)控系統(tǒng)包括攝像頭、紅外燈、微控制單元和無線發(fā)射電路，微控制單元分別與攝像頭、紅外燈和無線發(fā)射電路連接，微控制單元將攝像頭采集的監(jiān)控圖像實(shí)時(shí)傳輸給云服務(wù)器，并控制紅外燈的開閉。

其中云服務(wù)器包括處理器、存儲(chǔ)器和無線收發(fā)器，處理器分別與存儲(chǔ)器和無線收發(fā)器電連接，處理器用于通過無線收發(fā)器接收監(jiān)控圖像，并對監(jiān)控圖像進(jìn)行人臉檢測以統(tǒng)計(jì)考勤結(jié)果，處理器還用于對監(jiān)控圖像進(jìn)行人臉表情識(shí)別以識(shí)別出學(xué)生聽課狀態(tài)，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括考勤結(jié)果和學(xué)生聽課狀態(tài)。

微控制單元可以在白天光線充足時(shí)關(guān)閉紅外燈，攝像頭在自然光線下拍攝圖像，微控制單元在夜晚光線較暗時(shí)開啟紅外燈，攝像頭在紅外燈發(fā)射的紅外光線下拍攝圖像，使監(jiān)控?zé)艨梢宰龅饺旌虮O(jiān)控，進(jìn)一步提高教室的安全性。

為了準(zhǔn)確的控制紅外燈的開啟與關(guān)閉，可以設(shè)置光傳感器實(shí)現(xiàn)，光傳感器與微控制單元電連接，微控制單元可以根據(jù)光傳感器的光檢測結(jié)果控制紅外燈的開閉。另外，微控制單元可以將光傳感器檢測的光照強(qiáng)度通過無線發(fā)射電路發(fā)送給云服務(wù)器,使云服務(wù)器根據(jù)光照強(qiáng)度進(jìn)行其他處理。

在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，微控制單元通過光傳感器可以檢測光照強(qiáng)度，當(dāng)檢測到光照強(qiáng)度較高時(shí)，例如光照強(qiáng)度超過預(yù)設(shè)的光強(qiáng)閾值時(shí)，說明光線充足，此時(shí)可以關(guān)閉紅外燈；當(dāng)檢測到光照強(qiáng)度較低時(shí)，例如光照強(qiáng)度不超過預(yù)設(shè)的光強(qiáng)閾值時(shí)，說明光線不足，此時(shí)可以開啟紅外燈。通過設(shè)置合適的光強(qiáng)閾值，即可在較佳的時(shí)機(jī)控制紅外燈的開啟與關(guān)閉。

微控制單元通過攝像頭采集到監(jiān)控圖像后，通過無線發(fā)射電路實(shí)時(shí)發(fā) 送給云服務(wù)器;云服務(wù)器通過無線收發(fā)器接收到監(jiān)控圖像后，可以采用圖像處理技術(shù)對監(jiān)控圖像進(jìn)行處理。

例如：云服務(wù)器的處理器采用人臉識(shí)別技術(shù)對監(jiān)控圖像進(jìn)行人臉檢測，云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)各學(xué)生的人臉數(shù)據(jù)，處理器將識(shí)別出的人臉數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的人臉數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，可以統(tǒng)計(jì)出上課人員名單以及上課遲到和早退人員的名單等考勤結(jié)果；而且，還可以在課間對監(jiān)控圖像進(jìn)行人臉表情識(shí)別以識(shí)別出上課睡覺、注意力不集中等聽課狀態(tài)不佳的學(xué)生，并將考勤結(jié)果以及學(xué)生聽課狀態(tài)等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都通過存儲(chǔ)器存儲(chǔ)起來，教師通過教師終端可以實(shí)時(shí)獲取這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采取相應(yīng)的措施。

最后

技術(shù)的發(fā)展往往是不可逆的，我們生活在一個(gè)激蕩的時(shí)代，在我們這一代人身上大概率會(huì)經(jīng)歷指數(shù)級的技術(shù)變革，從蒸汽技術(shù)到電力技術(shù)，再從電力技術(shù)到計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，每一次新型革命性技術(shù)的涌現(xiàn)都會(huì)改變一個(gè)時(shí)代的格局。

面對人工智能這個(gè)第四次的變革的風(fēng)口，無論從個(gè)人還是國家都在報(bào)以極大的熱忱積極回應(yīng)，將變革的火種灑向各行各業(yè)，而傳統(tǒng)則會(huì)因此面臨極大的挑戰(zhàn)，教育行業(yè)更是如此，信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)，如何真正將技術(shù)結(jié)合教育教學(xué)場景，是需要行業(yè)人員進(jìn)行不懈的探索和實(shí)踐。

本文由 @江天一隅 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理。未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載

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