基本信息
- 项目名称：
- 基于计算机视觉和移动计算的自习室使用情况实时报告系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目旨在改善全国各大高校自习室资源紧张、占座严重、学生“自习难”的现状。系统利用教室现有的监控设备采集教室的图像以检测图像中的空座数和实际人数，通过网站和移动客户端收集用户对自习室的满意度并通过一组数学模型对这些信息进行融合。学生可以利用本系统快速找到适合自习的教室，学校也可以从中获得优化配置教育资源的参考。与传统系统相比，本系统使用方便、信息准确、时效性强。部署方便快捷，无需额外设备，成本低。
- 详细介绍：
- 本项目立足实际，旨在改善全国各大高校自习室资源紧张、占座现象严重、学生上自习“一座难求”的客观现状。本项目基于计算机视觉算法和移动计算技术，设计并实现了从数据采集到信息发布的一整套自习室使用情况实时报告系统。 图像识别子系统利用教室现有的监控设备获取教室的实时图像，并通过计算机视觉技术，由图像计算空座位数和人数。我们在该子系统中采用了3种不同的算法，以适应不同的监控设备。通过这些算法，我们的系统同时对灰度图像和彩色图像提供支持。综合这些数据，我们不但可以计算空座位数和人数，还可以得到教室占座的比例。 用户交互子系统包含一个Web前端和包含定位服务(LocationBasedSer-vice,LBS)支持的移动终端，以提供用户友好的信息查询服务。在该子系统中，我们综合运用了近年来互联网上最流行的热门技术：我们的查询系统运用社交网络(SocialNetworkService,SNS)的思想，提供了一个类似于微博的模块，同学可以通过网站和移动客户端进行交流，即时地反馈自己所在教室的使用情况并对所在教室的满意度进行评分。在支持定位的移动设备上，包含LBS支持的移动客户端会根据地理位置信息自动帮助用户选择当前所在的教学楼，以降低操作的复杂性。 信息融合子系统通过一组数学模型，图像处理子系统输出的空座信息以及移动终端用户反馈的满意度信息进行分析，综合评价教室的使用情况，给上自习的同学提供一个“最适合上自习”教室列表。通过对比SNS数据和图像识别数据的差异，我们可以尽可能地消除图像处理可能存在的误差，并对图像识别算法进行有针对性的改进。另外，还可利用该子系统监控用户的行为，对恶意扰乱系统运行的用户予以剔除。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 自1999年高考扩招以来，国内高校在校学生数量逐年增加，随之而来的就是日益严重的占座问题。在全国的绝大多数高校中，找自习室难的现象变得越来越普遍，在期末考试和研究生入学考试前夕，不少同学为了找到一个座位有时甚至要花费半个小时以上的时间，可谓之“一座难求”。根据中国国家统计局的最新数据[2]，中国高等教育在校学生已经超过3283万人，比去年增长5.8%。然而高等院校数目的增长率却小于1%。不难预见，在短期内，随着高等教育不断的普及和发展，“自习难”问题将会困扰越来越多的人。因此实时获取自习室的使用情况有着重要的现实意义：对于学生而言，可以有效的节约在寻找自习室过程中耗费的时间并减少因此可能产生的摩擦；对学校而言，可以整合优化教育资源、提高教室利用率并降低能耗。 本项目创造性的将计算机视觉和社交网络技术引入了自习室查询系统。计算机视觉技术历史不长，是近年来研究十分活跃的领域。社交网络是拥有最多用户的互联网技术，具有极高的用户认可度。在移动终端中使用的定位服务(LBS)技术是近来才逐渐流行的新兴技术。与传统系统相比，本系统提供了良好的移动终端和网站，具有使用方便、交互性好等特点；本系统利用社交网络的思想，具有信息准确、时效性强等优点。本系统充分利用现有设备，无需购置额外设备，部署方便快捷，成本较低。文献调研显示，目前在国内尚无具有类似交互功能的自习室查询系统，而基于计算机视觉的方法更是首次出现。综上所述，本项目具有较强的创新性和前瞻性。
科学性、先进性
- 本项目运用的计算机视觉技术历史不长，是近年来研究十分活跃的领域。本项目的一项创新是将SNS的思想引入了该系统，社交网络是拥有最多用户的互联网技术，具有极高的用户认可度。在移动终端中使用的LBS技术是近来才逐渐流行的新兴技术。调查显示，目前在国内尚无具有类似交互功能的自习室查询系统，而基于计算机视觉的方法更是首次出现。综上所述，本项目具有较强的前瞻性。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本校19届课外学术科技作品竞赛一等奖 2.2009年北京市大学生科学研究与创业行动计划获准项目，校级优秀项目 3.第六届首都“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 整合测试和产品化
技术转让方式
- 技术合作
作品可展示的形式
- 产品，现场演示，图片，录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着高等教育的不断普及和发展，全国高校在校人数逐年增加，在2009年已经突破了3000万大关。由于公共教育资源紧张，“自习难”问题正困扰着越来越多的大学生。本项目着眼于校园生活，从大学生“自习难”的实际问题出发，基于计算机视觉和移动计算技术，自主提出、自主设计并自主实现了一套自习室使用情况实时报告系统。整套系统综合运用了机器视觉、模式识别、数学建模、移动计算、动态网页、社交网络、定位服务等诸多技术。这些技术普遍具有较好的理论基础，自诞生以来研究和应用均比较活跃。其中的绝大部分技术在自习室管理系统中的应用尚属首次。本项目在选题上新颖实用，具有较好的实际意义。技术实现上具有较强的科学性和前瞻性，因此也具有一定的学术价值。 我们在文献调研中发现，一些商业化的自习室管理系统具有诸多的弊端，尽管如此，也已经有高校花费巨资引进了此类系统。可见此类系统在高校中有着普遍的需求，而在这方面的研究和产品却并不丰富。因此，本项目也具有极佳的社会意义和广阔的商业前景。
同类课题研究水平概述
- 为了解决“自习难”的问题，国内高校采取的措施综合来看有以下几种：以文献[3]为代表的人群认为，导致“自习难”的根本原因是座位少学生多以及由此引发的占座现象，其解决方法是加大投资，扩建自习室，同时加强学生的思想道德教育，减少占座现象。但文献[3]中提到的方法可行性较差且难以达到预期的效果。文献[4,5,6,7]则提到了使用计算机辅助的方式对自习室资源进行管理。其中文献[4,5]提到使用校园卡对学生进行身份识别，文献[6]则使用指纹识别来确认学生身份。这些方法都需要添加额外的设备进行身份识别。 文献[8,9,10,11]则实现了座位管理系统，其效果与电影院的售票系统相似。同学通过身份认证后需要在电脑屏幕上选择自己喜欢的座位。从文献调研的结果来看，现有的系统普遍存在操作复杂、用户体验差的问题，而且通常需要额外的设备，管理和部署的成本也很高。即使是这样，我们仍从文献[12]中了解到有学校花费25万元巨资引进了这种系统。可见高校对此类系统需求之迫切。 对于文献中提及的解决措施，绝大部分学生不能认同。因为学生的素质不可能在短期内得到提升，学校原本紧张的教育资源也不可能在短期内得到补充。文献[1]中提到，虽然在调查中发现有1/3以上的学生认为占座是一种不良的行为，然而只要有占座现象存在，那自己“宁愿做一个施害者，而不做一个无辜的受害者”。 对于“自习难”问题，更加接近自习“第一线”的大学生们有着不同的见解。2003年，说唱歌曲《大学自习曲》红遍大江南北，这首歌曲不但真实描绘了大学生“自习难”的客观现状，还一针见血地指出了“自习难”的两点原因：第一，上自习的同学在空间上不均匀分布，经常出现一些教室人满为患，而另外一些教室却无人问津的情况；第二，学生无法提前获悉教室的实际情况，例如在最近的几个小时内是否有课或有其他活动占用，教室是否安静等等。 基于这两点原因，近年来一些学生开发的自习室查询系统相继上线。比较典型的有北师大空闲教室查询平台[13]和鲁东大学自习室查询平台[14]等。这些系统提供各个教室的课表，帮助同学们选择没有课的教室上自习。然而这不能解决上述的第一个问题。而这些系统由于数据更新缓慢、操作繁琐、缺乏交互性和移动终端，也无法很好的解决上述的第二个问题。 与传统系统相比，本系统具有使用方便、信息准确、时效性强、交互性好等优点。本系统利用现有设备，部署方便，成本低
