一种基于大数据的学生学习习惯分析系统的制作方法

本发明涉及大数据技术领域，具体是一种基于大数据的学生学习习惯分析系统。

背景技术：

在当前的教育背景下，越来越多的青少年接受了较好的教育，随着教育水平的不断提高，学生的学习压力也在不断的增大，越来越多的青少年在学习的过程中因为坐姿的不标准，对眼睛的损坏较大，这也导致了越来越多的学生佩戴了眼镜，而对于学生坐姿的调整，只能是通过老师和家长去提醒，但是在学校学习的过程中，老师并不能全面的照顾到每一个学生的坐姿，长此以往，就会导致学生的眼睛和脊椎受到伤害，而如何准确的根据学生的坐姿去对其进行提醒，成为了额待解决的问题，如果可以在学生坐姿不标准时，及时的做出提醒，提醒学生纠正坐姿，可以有效的保障学生的健康成长，所以，人们急需一种基于大数据的学生学习习惯分析系统来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于大数据的学生学习习惯分析系统，以解决现有技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的学生学习习惯分析系统，该系统包括建模模块、坐标系建立模块、控制模块、定点模块、提醒点确认模块和坐姿纠正模块；

所述建模模块用于建立学生所在教室的三维模型，以便于对教室内的学生实现数字化的监控，实现对学生坐姿的精准判断，所述坐标系建立模块用于建立三维模型的坐标系，以便于对教室内的每一位学生进行坐标值的精准定位，以便于根据坐标值的变化确定学生的坐姿是否标准，所述控制模块用于对整个系统进行智能化的控制，还用于对数字化的学生坐姿进行分析，所述定点模块用于对每一位学生的关键部位进行坐标点的定位的更新，所述提醒点确认模块用于确认学生的目光所及的位置，以便于通过光线提醒学生注意坐姿，同时，还不会对其他学生的正常学习造成干扰，所述坐姿纠正模块用于通过光线对坐姿不标准的学生进行提醒，以便于学生及时的纠正自己的坐姿，也有利于老师及时的提醒学生纠正坐姿，保证了学生的身体健康成长；

所述坐标系建立模块和提醒点确认模块均与建模模块电性连接，所述定点模块的输出端电性连接建模模块的输入端，所述坐标系建立模块和提醒点确认模块的输出端电性连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端电性连接坐姿纠正模块的输入端。

根据上述技术方案，所述建模模块包括三维扫描单元和模型建立单元；

所述三维扫描单元为三维扫描仪，用于对整个教室的环境和教室的学生进行三维数据的扫描，以便于获得数据化的教室环境，以便于对学生的坐姿等学习习惯进行数据化的分析，所述模型建立单元用于根据三维扫描单元所扫描的三维数据建立教室的三维模型，以便于对教师的环境进行模型化的监控；

所述三维扫描单元的输出端电性连接模型建立模块的输入端。

根据上述技术方案，所述坐标系建立模块包括三维坐标系建立单元、二维坐标系建立单元和坐标系转换单元；

所述三维坐标系建立单元用于建立三维模型的三维直角坐标系，以便于对每一位学生在三维坐标系中的位置进行确认，进而实现对每一位学生在教室中所在位置的确认，所述二维坐标系建立单元用于建立每一位学生所在竖直平面的二维直角坐标系，所述二维直角坐标系与教室黑板所在平面相互垂直，以便于对学生脊椎的弯曲程度进行判断，所述坐标系转换单元用于根据分析需要，进行二维直角坐标系和三维直角坐标系的转换，以便于选择更加便于分析的坐标系进行学生坐姿和位置的分析；

所述二维坐标系建立单元和三维坐标系建立单元的输出端均电性连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端电性连接坐标系转换单元的输入端。

根据上述技术方案，所述控制模块包括中央控制单元和数据处理单元；

所述中央控制单元用于对整个系统进行智能化控制，用于发送学生坐姿纠正指令，所述数据处理单元用于根据学生在三维直角坐标系和二维直角坐标系中的坐标数据进行学生坐姿和位置的分析；

所述坐标系转换单元的输出端电性连接数据处理单元的输入端，所述数据处理单元的输出端电性连接中央控制单元的输入端。

根据上述技术方案，所述定点模块包括坐标点定位单元和坐标点刷新单元；

所述坐标点定位单元用于对教室内学生的每一个部位在三维直角坐标系和二维直角坐标系中的坐标值进行定位，并赋予学生每一个部位坐标值(xi，yi，zi)，例如：脖子、背部、臀部等，所述坐标点刷新单元用于每隔时间t对三维直角坐标系和二维直角坐标系中的学生的同一个部位的坐标值进行刷新并重新赋予坐标值(x′i，y′i，z′i)，以便于确定学生的坐姿变化；

所述坐标点定位单元和坐标点刷新单元的输出端均电性连接模型建立单元的输入端。

根据上述技术方案，所述提醒点确认模块包括角度确认单元和位置预测单元；

所述角度确认单元用于根据学生头部的坐标值确认学生头部的倾斜角度，以便于确定学生目光所及的位置，所述位置预测单元用于根据学生头部的倾斜角度确定学生眼睛所看的位置，所述位置预测单元通过建立二维直角坐标系中学生眼睛所在位置与头部倾斜角度垂直的延长线，以便于将提醒的灯光照射在学生目光所及的位置，提醒学生注意坐姿；

所述中央控制单元的输出端电性连接角度确认单元的输入端，所述角度确认单元的输出端电性连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端电性连接位置预测单元的输入端，所述位置预测单元的输出端电性连接中央控制单元的输入端。

根据上述技术方案，所述坐姿纠正模块包括调节伺服电机和提醒激光灯；

所述调节伺服电机的输出轴连接提醒激光灯，所述调节伺服电机用于控制提醒激光灯将灯光照射在位置预测单元所预测的学生目光所及的位置，所述提醒激光灯的光线用于提醒学生注意坐姿，不会对其他学生造成较大的影响；

所述中央控制单元的输出端电性连接调节伺服电机和提醒激光灯的输入端。

根据上述技术方案，在所述二维直角坐标系中，所述坐标点刷新单元刷新之后的学生脖子的坐标值为(xa，ya)，所述坐标刷新单元刷新之后的学生臀部的坐标值为(xb，yb)，所述数据处理单元根据下列公式计算出学生脊椎的弯曲角度θ；

当θ＜α时，表明学生的坐姿标准，不需要提醒学生纠正坐姿；

当θ≥α时，表明学生的脊椎弯曲角度加大，会对学生的脊椎以及眼睛造成伤害，其中，α表示设定的角度阈值。

根据上述技术方案，当θ≥α时，所述坐标点定位单元定位学生头部在二维直角坐标系中的坐标值为(xc，yc)；

所述角度确认单元根据下列公式对学生头部的倾斜角度β进行计算：

所述坐标点定位单元定位学生眼部的在二维直角坐标系中的坐标值为(xd，yd)；

所述位置预测单元以坐标点(xd，yd)为圆心，建立与垂直的延长线，所述延长线与x轴或者y轴之间的夹角为γ，γ＝β+90°；

所述坐标系转换单元转换为三维直角坐标系，所述延长线与学生目光所接触的面的坐标点为(xk，yk，zk)，所述位置预测单元建立以坐标点(xk，yk，zk)为圆心，半径为r的目光区域，为学生目光所及的区域；

所述中央控制器控制提醒激光灯点亮，所述调节伺服电机控制提醒激光灯照射在学生的目光区域内，以此来提醒学生注意调整坐姿。

根据上述技术方案，所述提醒激光灯在对准所述延长线时，所述中央控制单元控制提醒激光灯电量，避免激光灯在电量移动的过程中对其余学生造成影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明利用建模模块建立教室内部环境的三维模型，利用坐标系建立模块建立三维模型的三维直角坐标系和平面直角坐标系，使得可以通过三维直角坐标系了解教室内部学生的位置，利用二维直角坐标系、定点模块以及数据处理单元，可以实现对学生脊椎弯曲角度的计算，使得可以通过数字化判断出学生的坐姿是否标准，使得可以及时的提醒学生纠正坐姿，可以使得学生保持一个良好的学习习惯。

2、本发明利用角度确认单元和位置预测单元可以判断和预测出坐姿不标准的学生目光所及的位置，利用调节伺服电机控制提醒激光灯对准学生目光所及的区域，使得可以通过提醒激光灯提醒学生注意调整坐姿，使得不会对其余学生造成影响的同时，可以时刻提醒学生注意坐姿。

附图说明

图1为本发明一种基于大数据的学生学习习惯分析系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于大数据的学生学习习惯分析系统模块连接结构示意图；

图3为本发明一种基于大数据的学生学习习惯分析系统单元连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～3所示，一种基于大数据的学生学习习惯分析系统，该系统包括建模模块、坐标系建立模块、控制模块、定点模块、提醒点确认模块和坐姿纠正模块；

所述建模模块用于建立学生所在教室的三维模型，以便于对教室内的学生实现数字化的监控，实现对学生坐姿的精准判断，所述坐标系建立模块用于建立三维模型的坐标系，以便于对教室内的每一位学生进行坐标值的精准定位，以便于根据坐标值的变化确定学生的坐姿是否标准，所述控制模块用于对整个系统进行智能化的控制，还用于对数字化的学生坐姿进行分析，所述定点模块用于对每一位学生的关键部位进行坐标点的定位的更新，所述提醒点确认模块用于确认学生的目光所及的位置，以便于通过光线提醒学生注意坐姿，同时，还不会对其他学生的正常学习造成干扰，所述坐姿纠正模块用于通过光线对坐姿不标准的学生进行提醒，以便于学生及时的纠正自己的坐姿，也有利于老师及时的提醒学生纠正坐姿，保证了学生的身体健康成长；

所述坐标系建立模块和提醒点确认模块均与建模模块电性连接，所述定点模块的输出端电性连接建模模块的输入端，所述坐标系建立模块和提醒点确认模块的输出端电性连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端电性连接坐姿纠正模块的输入端。

所述建模模块包括三维扫描单元和模型建立单元；

所述三维扫描单元为三维扫描仪，用于对整个教室的环境和教室的学生进行三维数据的扫描，以便于获得数据化的教室环境，以便于对学生的坐姿等学习习惯进行数据化的分析，所述模型建立单元用于根据三维扫描单元所扫描的三维数据建立教室的三维模型，以便于对教师的环境进行模型化的监控；

所述三维扫描单元的输出端电性连接模型建立模块的输入端。

所述坐标系建立模块包括三维坐标系建立单元、二维坐标系建立单元和坐标系转换单元；

所述三维坐标系建立单元用于建立三维模型的三维直角坐标系，以便于对每一位学生在三维坐标系中的位置进行确认，进而实现对每一位学生在教室中所在位置的确认，所述二维坐标系建立单元用于建立每一位学生所在竖直平面的二维直角坐标系，所述二维直角坐标系与教室黑板所在平面相互垂直，以便于对学生脊椎的弯曲程度进行判断，所述坐标系转换单元用于根据分析需要，进行二维直角坐标系和三维直角坐标系的转换，以便于选择更加便于分析的坐标系进行学生坐姿和位置的分析；

所述二维坐标系建立单元和三维坐标系建立单元的输出端均电性连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端电性连接坐标系转换单元的输入端。

所述控制模块包括中央控制单元和数据处理单元；

所述中央控制单元用于对整个系统进行智能化控制，用于发送学生坐姿纠正指令，所述数据处理单元用于根据学生在三维直角坐标系和二维直角坐标系中的坐标数据进行学生坐姿和位置的分析；

所述坐标系转换单元的输出端电性连接数据处理单元的输入端，所述数据处理单元的输出端电性连接中央控制单元的输入端。

所述定点模块包括坐标点定位单元和坐标点刷新单元；

所述坐标点定位单元用于对教室内学生的每一个部位在三维直角坐标系和二维直角坐标系中的坐标值进行定位，并赋予学生每一个部位坐标值(xi，yi，zi)，例如：脖子、背部、臀部等，所述坐标点刷新单元用于每隔时间t对三维直角坐标系和二维直角坐标系中的学生的同一个部位的坐标值进行刷新并重新赋予坐标值(x′i，y′i，z′i)，以便于确定学生的坐姿变化；

所述坐标点定位单元和坐标点刷新单元的输出端均电性连接模型建立单元的输入端。

所述提醒点确认模块包括角度确认单元和位置预测单元；

所述角度确认单元用于根据学生头部的坐标值确认学生头部的倾斜角度，以便于确定学生目光所及的位置，所述位置预测单元用于根据学生头部的倾斜角度确定学生眼睛所看的位置，所述位置预测单元通过建立二维直角坐标系中学生眼睛所在位置与头部倾斜角度垂直的延长线，以便于将提醒的灯光照射在学生目光所及的位置，提醒学生注意坐姿；

所述中央控制单元的输出端电性连接角度确认单元的输入端，所述角度确认单元的输出端电性连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端电性连接位置预测单元的输入端，所述位置预测单元的输出端电性连接中央控制单元的输入端。

所述坐姿纠正模块包括调节伺服电机和提醒激光灯；

所述调节伺服电机的输出轴连接提醒激光灯，所述调节伺服电机用于控制提醒激光灯将灯光照射在位置预测单元所预测的学生目光所及的位置，所述提醒激光灯的光线用于提醒学生注意坐姿，不会对其他学生造成较大的影响；

所述中央控制单元的输出端电性连接调节伺服电机和提醒激光灯的输入端。

在所述二维直角坐标系中，所述坐标点刷新单元刷新之后的学生脖子的坐标值为(xa，ya)，所述坐标刷新单元刷新之后的学生臀部的坐标值为(xb，yb)，所述数据处理单元根据下列公式计算出学生脊椎的弯曲角度θ；

当θ＜α时，表明学生的坐姿标准，不需要提醒学生纠正坐姿；

当θ≥α时，表明学生的脊椎弯曲角度加大，会对学生的脊椎以及眼睛造成伤害，其中，α表示设定的角度阈值。

当θ≥α时，所述坐标点定位单元定位学生头部在二维直角坐标系中的坐标值为(xc，yc)；

所述角度确认单元根据下列公式对学生头部的倾斜角度β进行计算：

所述坐标点定位单元定位学生眼部的在二维直角坐标系中的坐标值为(xd，yd)；

所述位置预测单元以坐标点(xd，yd)为圆心，建立与垂直的延长线，所述延长线与x轴或者y轴之间的夹角为γ，γ＝β+90°；

所述坐标系转换单元转换为三维直角坐标系，所述延长线与学生目光所接触的面的坐标点为(xk，yk，zk)，所述位置预测单元建立以坐标点(xk，yk，zk)为圆心，半径为r的目光区域，为学生目光所及的区域；

所述中央控制器控制提醒激光灯点亮，所述调节伺服电机控制提醒激光灯照射在学生的目光区域内，以此来提醒学生注意调整坐姿。

所述提醒激光灯在对准所述延长线时，所述中央控制单元控制提醒激光灯电量，避免激光灯在电量移动的过程中对其余学生造成影响。

实施例一：

在所述二维直角坐标系中，所述坐标点刷新单元刷新之后的学生脖子的坐标值为(-1.5，6.7)，所述坐标刷新单元刷新之后的学生臀部的坐标值为(0，0)，所述数据处理单元根据下列公式计算出学生脊椎的弯曲角度θ；

θ＜α＝15，表明学生的坐姿标准，不需要提醒学生纠正坐姿。

实施例二：

在所述二维直角坐标系中，所述坐标点刷新单元刷新之后的学生脖子的坐标值为(-2.5，6.3)，所述坐标刷新单元刷新之后的学生臀部的坐标值为(0，0)，所述数据处理单元根据下列公式计算出学生脊椎的弯曲角度θ；

当θ≥α＝15°时，表明学生的脊椎弯曲角度加大，会对学生的脊椎以及眼睛造成伤害。

当θ≥α时，所述坐标点定位单元定位学生头部在二维直角坐标系中的坐标值为(-3.6，7.5)；

所述角度确认单元根据下列公式对学生头部的倾斜角度β进行计算：

所述坐标点定位单元定位学生眼部的在二维直角坐标系中的坐标值为(xd，yd)＝(-3.2,7.1)；

所述位置预测单元以坐标点(xd，yd)为圆心，建立与垂直的延长线，所述延长线与x轴或者y轴之间的夹角为γ，γ＝β+90°；

所述坐标系转换单元转换为三维直角坐标系，所述延长线与学生目光所接触的面的坐标点为(-6.5，0，0)，所述位置预测单元建立以坐标点(-6.5,0,0)为圆心，半径为r＝15cm的目光区域，为学生目光所及的区域；

所述中央控制器控制提醒激光灯点亮，所述调节伺服电机控制提醒激光灯照射在学生的目光区域内，以此来提醒学生注意调整坐姿。

所述提醒激光灯在对准所述延长线时，所述中央控制单元控制提醒激光灯电量，避免激光灯在电量移动的过程中对其余学生造成影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。