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

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

而今，無論是計算機視覺、語音識別、自然語言處理以及機器學習等關鍵技術領域的突破已成為引領新一代技術變革的發(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)逐漸落地應用，使得技術的發(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)、云計算平臺構成了智慧教室的生態(tài)圈，實現(xiàn)遠程控制設備、設備間互通互聯(lián)、設備自我學習等功能，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，通過應用自然語言實現(xiàn)對教室系統(tǒng)硬件設備的操控，譬如開關門窗、操控照明系統(tǒng)、調節(jié)溫濕度調控系統(tǒng)等行為，通過聲紋識別、臉部識別、指紋識別等技術進行開鎖。

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)進行即時計算，反饋至智能控制系統(tǒng)進行處理。

數(shù)據(jù)處理的即時性和有效性在于算力的強弱和算法的支撐，尤其是傳感器、智能芯片及相關的算法集成，天然助力于基于物聯(lián)網(wǎng)技術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)進行整合開發(fā)，構建教室立體化環(huán)境數(shù)據(jù)感應系統(tǒng)，實時監(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)

可通過預設條件去自定義使用場景，結合內(nèi)置的3D效果圖預覽已定義的條件所生成的現(xiàn)實顯示效果，完成自定義的場景設置和保存。

在進行場景切換中系統(tǒng)將根據(jù)場景的預設條件調動教室內(nèi)燈具照度控制系統(tǒng)進行智能調節(jié)，完成相應的場景使用要求。

例如切換場景時的淡入淡出時間，使燈光柔和變化。

1.2 照度恒定調節(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)可通過預設的最佳光照值調動燈具的亮度控制器進行光照的補損，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，亮度控制器將會提亮燈具的照射光度，在光線充足的情況，亮度控制器將會下調燈具的照射光度，在光線十分充足的情況下，甚至可以使得燈具自動關閉。

又比如，在學校的教室，要求靠窗與靠墻光強度其本相同，可在靠窗與靠墻處分別加裝傳感器，當室外光線強時系統(tǒng)會自動將靠窗的燈光減弱或關閉及根據(jù)靠墻傳感器調整靠墻的燈光亮度；當室外光線變?nèi)鯐r，傳感器會根據(jù)感應信號調整燈的亮度到預先設置的光照度值。這樣，通過智能調光器系統(tǒng)的控制可調節(jié)照度達到相對的穩(wěn)定，且可節(jié)約能源。

1.3. 自動感應系統(tǒng)

采用移動傳感器，當人進入教室設定的傳感器感應區(qū)域后，控制系統(tǒng)將啟動燈具或升光，當人走出感應區(qū)域后燈光漸漸減低或熄滅，可以在人不進行物理按鈕控制的情況下，對于燈照進行自動開關和亮度調節(jié)，比如當所有學生和老師都離開教室后，燈光控制系統(tǒng)自動關閉所有燈具，當師生重新進場后再次點亮。

1.4. 限壓保護系統(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。具備智能調光器的燈具具有輸出限壓保護功能，智能調光控制系統(tǒng)采用緩開啟及淡入淡出調光控制，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、空氣質量檢測及智能調節(jié)系統(tǒng)

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

這樣，通過對多路質量采樣信號的獲取和并行處理，智能指揮各項調節(jié)終端，從而完成教室空氣的改善目標。

三、溫濕度智能控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)包括溫濕度傳感裝置、調節(jié)裝置、處理器等設備，通過在教室內(nèi)外的傳感器獲取相應空間范圍內(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節(jié)裝置進行溫濕度多調節(jié)設備的系統(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)測預警及控制系統(tǒng)

4.1 監(jiān)測預警系統(tǒng)

可在教室門窗開合出嵌入窗戶門磁模塊用以監(jiān)測門和窗戶的開關狀態(tài)，在正常上學時間內(nèi)將不會開啟監(jiān)測和預警系統(tǒng)，相反在設定的上學時間段之外系統(tǒng)將自動開啟監(jiān)測和預警系統(tǒng)，一旦檢測到開合異常將自動啟用報警系統(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)行相應操作，據(jù)此實現(xiàn)對于門窗的遠程控制。

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)預設門限值，以窗簾自動開、關來實現(xiàn)教室內(nèi)光照強度的補償。

五、智能清潔系統(tǒng)

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

六、智能開關控制系統(tǒng)

在傳感器和視頻監(jiān)控長時間未發(fā)現(xiàn)有人出現(xiàn)，智能開關在保證必要的處理器和服務器系統(tǒng)正常運轉外將對部分終端進行休眠或斷電處理，同時在檢測到人體后將自動喚醒必要的終端設備并運行應用。

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)及權限分級，門禁鎖主要由芯片、指紋識別、人臉識別、觸控顯示屏、門控開關及門控開關電路組成，根據(jù)教室所設門的數(shù)量進行分配，各門門禁鎖通過總線與網(wǎng)絡中心進行教室使用權限的通信控制，學校管理部門可提前將課表及對應授課教師和學生名單導入門禁控制系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)識別課表中時間、課時、任課教師及對應班級，從而自動完成權限設置，任課教師按照課表對應的課時安排通過刷卡、指紋驗證、人臉識別或者綜合驗證手段來開啟教室，且任課教師只能在預設的授課時間段內(nèi)才能進入教室，否則在預設的授課時間段外將不被授權進入，從而確保硬件的安全，并實時生成門禁開關日志及對應的操作使用者，當然學校物業(yè)管理中心可被授權全天候通過網(wǎng)絡遠程實現(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)設備均需嵌入語音識別的功能模塊，可以通過自然語音對各智能硬件設備進行喚醒，自動將語音指令進行分析識別輸入至終端控制模塊，控制模塊依據(jù)指令內(nèi)容進行相應的回應操作。

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)、終端設備詳細指標以及硬件運行情況等匯總至智能顯示系統(tǒng)進行數(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、紙質標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構成。在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內(nèi)的所有的儀器、設備、桌椅等資產(chǎn)（貼有RFID標簽，標簽上存儲有設備的詳細信息）進行出入教室的監(jiān)控與管理，對未授權用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進行告警，方便設備管理人員對教室設備的統(tǒng)一管理。

十一、智能監(jiān)控管理系統(tǒng)

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

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)控圖像實時傳輸給云服務器，并控制紅外燈的開閉。

其中云服務器包括處理器、存儲器和無線收發(fā)器，處理器分別與存儲器和無線收發(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)控圖像進行人臉檢測以統(tǒng)計考勤結果，處理器還用于對監(jiān)控圖像進行人臉表情識別以識別出學生聽課狀態(tài)，存儲器用于存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)，監(jiān)控數(shù)據(jù)包括考勤結果和學生聽課狀態(tài)。

微控制單元可以在白天光線充足時關閉紅外燈，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)控燈可以做到全天候監(jiān)控，進一步提高教室的安全性。

為了準確的控制紅外燈的開啟與關閉，可以設置光傳感器實現(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度通過無線發(fā)射電路發(fā)送給云服務器,使云服務器根據(jù)光照強度進行其他處理。

在具體實現(xiàn)時，微控制單元通過光傳感器可以檢測光照強度，當檢測到光照強度較高時，例如光照強度超過預設的光強閾值時，說明光線充足，此時可以關閉紅外燈；當檢測到光照強度較低時，例如光照強度不超過預設的光強閾值時，說明光線不足，此時可以開啟紅外燈。通過設置合適的光強閾值，即可在較佳的時機控制紅外燈的開啟與關閉。

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)射電路實時發(fā) 送給云服務器;云服務器通過無線收發(fā)器接收到監(jiān)控圖像后，可以采用圖像處理技術對監(jiān)控圖像進行處理。

例如：云服務器的處理器采用人臉識別技術對監(jiān)控圖像進行人臉檢測，云服務器的數(shù)據(jù)庫中存儲各學生的人臉數(shù)據(jù)，處理器將識別出的人臉數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的人臉數(shù)據(jù)進行比對，可以統(tǒng)計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果；而且，還可以在課間對監(jiān)控圖像進行人臉表情識別以識別出上課睡覺、注意力不集中等聽課狀態(tài)不佳的學生，并將考勤結果以及學生聽課狀態(tài)等監(jiān)控數(shù)據(jù)都通過存儲器存儲起來，教師通過教師終端可以實時獲取這些監(jiān)控數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)采取相應的措施。

最后

技術的發(fā)展往往是不可逆的，我們生活在一個激蕩的時代，在我們這一代人身上大概率會經(jīng)歷指數(shù)級的技術變革，從蒸汽技術到電力技術，再從電力技術到計算機信息技術，每一次新型革命性技術的涌現(xiàn)都會改變一個時代的格局。

面對人工智能這個第四次的變革的風口，無論從個人還是國家都在報以極大的熱忱積極回應，將變革的火種灑向各行各業(yè)，而傳統(tǒng)則會因此面臨極大的挑戰(zhàn)，教育行業(yè)更是如此，信息化進程不斷推進，如何真正將技術結合教育教學場景，是需要行業(yè)人員進行不懈的探索和實踐。

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，禁止轉載

題圖來自Unsplash，基于CC0協(xié)議