基于数字技术的教室人数统计系统设计

沈 豪,倪隆隆,陈 缘

（浙江工商大学，浙江杭州,310018）

基于数字技术的教室人数统计系统设计

沈 豪,倪隆隆,陈 缘

（浙江工商大学，浙江杭州,310018）

本论文针对目前各个高校教学楼教室使用率低下、教室和图书馆座位上座率不高两个问题，探究利用数字化技术，实现教室高效利用和图书馆资源的合理使用。

教学楼；监控系统；数据采集

近些年高校的学生人数持续增加，而教室资源却相对落后。教室资源配置问题直接关系着办学经济、社会效益和规模效益，也涉及办学水平和教育质量。由于教室资源不可能迅速增加，如何提高空闲教室的使用效率，便成了摆在学校管理者面前的一道难题。

目前，大多数高校的教室分为学校公用教室和学院专用教室两类，而提供给学生自由使用的大多是第一类的教室。由于学校本身教学和科研的需求，第一类教室的空余数量往往只占总体数量的一小部分。然而，在教室资源日益紧张的背景下，一些教室因为所处教学楼地理位置原理生活区等原因，经常无人问津，图书馆一些比较偏僻的座位也会出现这类情况，造成了教室资源的浪费。针对高校教室资源使用效率低下这一问题，通过数字技术，统计教室的人数，来达到提高教室使用率的目的。

1 人数统计系统的硬件设计

1.1 人数统计系统的框架和原理

目前在数字化人数统计方面，主要的研究成果有：Yoshida采用立体摄像机模拟左右眼，通过获得时空图像来实现人数统计；Beymerd采用立体摄像机，利用高斯混合模型跟踪个体的状态，并进行分类。工程上，一般采用安放在不同角度的几个摄像头，多角度地获取图像（李建，2008），但采用这些方法会增加大量的数据处理量。由于教学楼人员流动存在着高峰期，视频处理容易出现误差，本研究采用了被动式红外传感器技术。即：基于数字技术的人数统计系统，利用部署在教室门口的被动式红外传感器，通过网络传输到计算机终端，计算机终端对两个传感器接受信号的时间进行比较，得出该人员出入房间的情况，由此统计出教室内的人数；继而通过网络平台或手机平台，实时上传这些数据，供学生查询。

1.2 信息采集模块

被动式红外传感器中有两个关键性元件，一个是菲涅尔透镜，另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对温度的物体都会产生红外辐射，不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温，与周围环境温度存在差别。当人体移动时，这种差别的变化通过菲涅尔透镜被热释电传感器检测到，从而输出报警信号 。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜。该透镜用透明塑料制成，其上下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，与放大电路相配合，可将信号放大70 分贝以上，这样就可以测出10～20米范围内人的行动。此装置能较准确地识别到人体的活动，同时具有成本低，功耗低等特点。

1.3 网络通信模块

本系统计算机终端采用Atheros AR8161/8165 PCI-E与Intel(R) Centrino(R) Wireless-N 2230，支持IEEE802.3、IEEE802.3u 等有线网络标准和IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、b02.11n、WAP2等无线网络标准。系统电源采用标准220V交流电。

2 软件设计

2.1 人数统计原理

计算机终端在接收到教室中传感器发送的数据包之后，提取并把数据存储下来，并自动读取发送端的IP地址，判断是由哪个教室的传感器发来的数据。随后系统将根据每个传感器的数据结果和发生先后顺序进行对比，来判断人员进出教室的方向，并修改该教室的人数。

2.2 数据传输流程

系统每次启动后会对网络模块进行初始化操作，各传感器节点搜索并加入该系统网络。传感器实时感应人员的流动情况。当感知到人员出入时，系统将感应到的数据进行打包，通过网络传输到计算机终端，向终端告知传感器数据的变化。计算机终端收到数据包后，通过网卡校验数据包的正确性之后解析数据，把得到的数据存储在计算机中，等待系统处理。当到达数据处理的时间点时，计算机自动对收集到的数据进行统计处理，得出教室内该时刻的人数，并上传到信息发布的平台。

3 系统测试

为了验证本系统的可靠性，我们挑选了学校内某一自习教室作为测试对象，该自习教室额定人数100人。除去上午上课的时间，测试周期从下午13:00开始到18：00结束。本系统每30分钟进行一次人数信息统计，同时在每个统计时间点开展人工统计进行对比。可以发现，该系统在5个小时的测试中，11个测试点的测试数据与实际数据的误差最大为2。测试结果与实际人数基本一致，精确度符合预期要求。

4 结语

本文在数字化技术的框架下，综合运用红外传感器等手段实现了教室人数的智能统计，并通过实际测试检测了系统的可行性和可靠性。由于各个高校硬件条件的不同以及不同时间段不同教室人员流动情况可能有较大差异，本系统在使用时会产生不同的误差。但本系统主要研究对象是空余时间的自习教室，使用人数相对较少，因此误差可以忽略。

Design of classroom number statistical system based on digital technology

Shen Hao,Ni Longlong,Chen Yuan
（Zhejiang Gongshang University，Hangzhou Zhejiang,310018）

This paper explores the use of digital technology to achieve efficient use of the classroom and library resources.

teaching building;monitoring system;data acquisition