基于雷达探测的智能跟踪设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光雷达技术的基于雷达探测的智能跟踪设备以及智能化行为探测分析方法，包括定位控制器、行为点感测装置、行为探测分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、数据存储器、线缆保护装置等，其中，行为点感测装置包括激光发射装置和激光接收装置。基于雷达探测的智能跟踪设备能够实时探测教室内师生的行为，并将其发布于行为控制发布器上，同时通过行为探测分析控制面板进行人机交互操作，其中的线缆保护装置能够适用于不同长度的线缆，能够方便、有效的保护线缆。该智能化行为探测分析方法能够根据存储器中的数据以及基于雷达探测的智能跟踪设备采集的数据进行对比分析，实时获得师生的行为和发生行为的位置，并在行为控制发布器上显示出来。
【专利说明】基于雷达探测的智能跟踪设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于雷达探测的智能跟踪设备及其定位方法，具体涉及一种用于 教室内精品课程录制、师生行为实时探测与分析的基于激光雷达探测的智能跟踪设备以及 智能化行为探测分析方法。
【背景技术】
[0002] 智能跟踪设备主要是通红外探测、视频分析、超声波等设备，经过探测、感应等处 理后驱动拍摄摄像机转动、拉远、拉近、聚焦等，通过相关策略使教师拍摄摄像机、学生拍摄 摄像机、VGA图像等画面自动合成标准的录像文件。
[0003] 智能跟踪设备的目的之一是对精品课程的视频录制，即在无人守值的情况下，教 师拍摄摄像机自动跟踪教师在课堂的运作轨迹，学生拍摄摄像机自动切换到回答问题学生 的特写等。不过，现有的跟踪技术需要再进一步的完善。
[0004] 目前应用比较多的视频分析技术主要通过教室顶棚、四周等安装多个图像定位摄 像机，根据图像定位摄像机对定位区域前后图像的对比分析，如图像有变化，并且变化幅度 达到临界点，控制摄像机对图像变化区域做跟踪拍摄，由于很多厂家对视频分析算法、策略 等投入了人力、物力和财力，且硬件成本比较低，因此智能跟踪设备采用视频分析技术的方 案得以推广。红外探测技术在智能跟踪中使用原理是在教室四面墙上装上红外发射条，以 及红外接收装置，根据学生平均身高织成一张左右上下的平面网，当教师走动或学生站立 时，会有一个坐标点阻断这张平面红外网，根据这个坐标点来控制摄像机进行拍摄；由于此 技术跟踪精确，且部分厂家大力推广，也得到部分用户认可。超声波探测技术在能跟踪中的 应用原理是超声波设备对教师的移动位置进行跟踪，黑板下沿安装一排超声波探头，教师 在黑板前面移动时超声波探头实时探测教师位置及距离，由于超声波探头定位精度高，误 差在±2CM以内。跟踪时对人体无伤害，对教室环境要求少，不受光线、衣服材料、温度等干 扰，曾经得到客户的一定认可，一定程度上得到推广应用。
[0005] 激光雷达探测系统是基于激光测距原理，通过旋转的光学部件发射形成二维的扫 描面，以实现区域扫描及轮廓测量功能。德国西克是激光扫描探测的领导品牌，产品被广泛 用于防撞、勘测、导航、安防等，如设备防撞、散货体积测量、车型检测、自行小车导航、敏感 区域防护、室内物体移动及体积测量等。
[0006] 现在智能跟踪设备主流的有3种：视频分析智能跟踪设备、红外空间智能跟踪设 备、超声波探测智能跟踪设备。
[0007] 视频分析智能跟踪设备采用嵌入式的DSP图像分析算法、图像分析跟踪主机及多 个定位摄像机组成，由于教室的形状各式各样及安装多个摄像机工作量大及需要布很多视 频线连接到图像分析跟踪主机里，采用视频分析智能跟踪设备受到教室格局、灯光、太阳光 线、窗帘等影响，在通用智能教室很难应用推广，即使是勉强安装好了，全自动跟踪时也会 随着教室的环境变化而出现跟踪不稳定的现象。
[0008] 红外空间智能跟踪设备是教室周围墙上装上红外发射条，红外接收装置，根据学 教师、生平均身高织成一张左右上下的平面网，当教师走动或学生站立时，会有一个坐标点 阻断这张平面红外网，根据这个坐标点来控制摄像机进行拍摄；但这种跟踪方式前期施工 难度大，安装极其复杂，后期维护也费时费力，不够人性化，无法支持移动教室等跟踪。
[0009] 超声波探测智能跟踪设备采用的嵌入式DSP探测距离算法及多个超声波模块组 成。需要安装在黑板下沿，黑板有多长就需要安装多少个探测模块，且超声波探测智能跟踪 设备只支持多机位摄像机，不支持云台一体摄像机，在整个智能教室的建造成本上很难得 到控制，而且由于采用的超声波区域跟踪系统，只能够支持板书区域的移动跟踪，不支持学 生区域跟踪，学生区域跟踪还需要额外增语音激励跟踪或红外发射跟踪等，故障率很高，维 护成本高；所以超声波探测技术慢慢淡出市场。
[0010]目前的智能跟踪设备、技术存在如下的不足： (1)视频分析技术，这种技术采用的图像分析摄像机对区域图像前后的变化来驱动拍 摄摄像机的跟踪，此技术在现场灯关、窗帘等的变化时都会引起跟踪不准确，摄像头乱切换 或是不跟踪的情况；无法实现多人上讲台自动跟踪拍摄和教师走到学生区域正面拍摄的效 果，无法支持大教室等。
[0011] (2)红外探测技术，这种技术需要在教室四周安装红红外发射条，红外接收装置， 施工特别麻烦及后期维修周期较长；且无法区分学生站立或是举手策略。
[0012] (3)超声波技术，这种技术需要在黑板下沿安装很多个超声波推测模块，且无法实 现学生区域的智能跟踪，学生区域需要增加语音跟踪或是红外按键跟踪。
[0013] (4)线缆保护装置的问题，线缆保护外壳需要根据实际情况进行现场制作，耗时费 力，没有一款通用产品。
【发明内容】
[0014] 为克服现有技术中的不足，本发明研发的"基于雷达探测的智能跟踪设备以及智 能化行为探测分析方法"，具有专用的激光跟踪设备、网络接口、电源接口、串口接口，接口 采用专用航空插头使整个系统更稳定可靠。基于激光探测实时移动距离、方向等扫描，可支 持教学过程中多人上讲台自动跟踪离黑板近者；通过教师跟踪模式可实现教师走到学生区 域正面拍摄的效果；激光探测通过扫描到物体的大小、高度来区分学生是站立还是举手。
[0015] 基于雷达探测的智能跟踪设备涉及以下几个关键技术：（1)支持多人上讲台，由 于教师在授课过程中，会有学生去讲台上书写黑板的情况，需要解决摄像机自动跟踪拍摄 书写板书者。（2)教师走下学生区域实现教师视频正面拍摄，教师授课过程中，会走到学生 区域与学生实时互动，需要实现教师拍摄摄像机实时跟踪教师且正面拍摄。（3)自动区分 学生站立还是举手，现在普及的视频分析智能跟踪设备无法区分学生站立还是举手，所以 当教师提问时很多学生举手抢答问题时会出现学生拍摄摄像机到处乱跟踪，造成录像文件 的垃圾镜头。雷达探测的智能跟踪设备需要区分学生站立还是举手。（4)支持移动教室跟 踪，智能教室里只需安装一个此设备即可实现整个教室的智能跟踪，且此设备体积小、重量 轻、耗电低、安装简单、调试方便、对环境适应性强等特点，可用于临时搭建录像环境的各种 场所使用。
[0016] 本发明的核心技术原理如下： 本发明的实现需要2个主要组成部分：教室实时探测模块、内部计算模块。分别论述如 下： (1)教室实时探测模块 激光探测器是高精度探测设备，采用如下几种成熟的测量原理，进行非接触式检测，使 得测量系统即使在恶劣环境下也能准确测量激光扫描得到的区域轮廓。
[0017] a)激光时间飞行原理：脉冲激光波由设备内务的激光发射器射出，内部定时器 取当前系统时间tl，当射出的激光波碰到物体后发生反射，部分能量返回，当激光接收器 收到返回激光波时，内部定时器取当前系统时间t2,则可计算激光雷达到物体的距离为： S=C(光速）X (t2-tl) + 2。
[0018] b)相位差原理：同样在激光发射器发出激光脉冲波时，记录此时激光波的相位 为Π，当激光波碰到物体后发生反射，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，记 录此时激光波的相位为f2,激光扫描器到物体的距离为：S=(f2-fl) +360Xn(n为比例系 数）。
[0019] c)单次回波原理：激光发射器发出激光脉冲波，当激光波向前碰到物体后发生反 射，部分能量返回，当返回激光波被激光接收器收到时，且返回波的能量大于等于触发门槛 值，激光扫描器可以计算出它到物体的距离值，则每次激光波只有一个测量值。
[0020] d)多次回波原理：首先和单次回波原理类似，激光器发射脉冲波，接收脉冲波大 于阈值的反射信号以得到测量距离；但如果第一个物体是玻璃或者其他可以透过的物体， 激光波会继续往前，直到碰到第二个物体时，部分能量才返回，当激光接收器收到大于阈值 的返回激光波，激光扫描器就可以计算它到物体的距离值。所以，激光器所发出的一个激光 脉冲波可以给出多个测量值，最终选择一个或多个值加以处理。
[0021] e)激光扫描器测量原理：激光扫描器在实际使用中连续不停的发射脉冲波，每秒 达到20至50次发射，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，所以能将脉冲波发射向各个方 向。从而形成一个二维区域的扫描平面。在此二维区域扫描平面内可以得到扫描器输出的 每个测量点精确的角度和距离数值，根据此距离信息，可以计算物体的外型轮廓，坐标跟踪 等等。
[0022] 激光扫描器发出的脉冲波反射如图1所示。实际空间中探测的二维扫描平面图如 图2所示，黑色实心圆圈代表激光扫描设备，蓝色线代表区域边界墙面。
[0023] 有了从激光扫描器设备中得到的二维空间平面图像，并得到了此二维空间内各个 角度所对应的脉冲激光返回的距离值，即为在此空间内所要进行的各种跟踪计算奠定了数 据基础。
[0024] (2)内部计算模块 首先通过激光信号扫描到教室内部初始轮廓，再扫描到教室中有障碍物时的轮廓图 像，通过比较两者轮廓的不同可知道哪里出现了目标。
[0025] 由于激光信号扫描设备每秒扫描25或50次教室轮廓，教室有轻微扰动也可能引 起激光设备检测到。所以在判断目标时，采用多次扫描判断方法，设定一个常数N，当在教室 轮廓中连续N次扫描都可以检测到某个位置有目标存在时，才认为目标真正的出现。
[0026] 把整个教室坐标化，以激光扫描设备所处的位置作为坐标原点，以激光扫描设备 水平轴为X轴，以激光扫描设备垂直轴为Y轴，则教室内任意一点都可以用坐标唯一表示。
[0027] 当一个目标出现时，他在教室内的坐标位置就已经确定。此时可以计算出此目标 到教室内任意一个点的精确距离和角度，并且随着目标的移动，距离和角度的计算值会实 时变化，此计算值可供其他软件或系统作为输入值使用。
[0028] 多人上讲台时锁定讲台，用于判断是否在讲台上有多个目标的时候不切换下面的 学生镜头，一直保持板书镜头。独立目标距离，用于设置软件判断独立目标的距离依据，如 设置为l〇〇cm，则代表两个人物站在100cm以内会判断成一个目标，在100cm以外才会判断 成两个目标。忽略长时间静止的目标用于设置若一个目标长时间被检测到，且不移动，是否 应该被自动忽略。静止时间设置多长时间被检测到且不移动应被忽略的时间长度。可被检 测的目标的最小宽度可用于设置能被检测到的目标的最小宽度，若小于此宽度，则目标不 被程序检测。例如可通过此设置屏蔽学生举手。
[0029] 为了解决上述技术问题，实现上述目的，根据上述原理，本发明通过以下技术方案 实现： 基于雷达探测的智能跟踪设备，包括：行为点感测装置、定位控制器、行为探测分析器、 行为探测分析控制面板、行为控制发布器、数据存储器、电源接口、网络接口、连接线缆、线 缆保护装置。
[0030] 所述行为点感测装置由激光发射装置和激光接收装置构成，激光发射装置与激光 接收装置对应设置，激光发射装置用于不断的发射激光线，发射频率为每秒25-50次。所述 行为点感测装置有三种构造： (1)行为点感测装置安置在教室后方或侧方，激光发射装置在实际使用中连续不停的 发射脉冲波，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，将脉冲波发射向各个方向。从而形成一个 二维区域的扫描平面。设置相应位置的激光接收装置，接收二维区域扫描平面内的激光回 波，在此二维区域扫描平面内可以得到扫描器输出的每个测量点精确的角度和距离数值， 根据此距离信息，可以计算物体的外型轮廓，坐标跟踪等等。
[0031] (2)行为点感测装置安置在教室后方或侧方，安装位置的视角便于观测到教室内 学生和讲台上的老师；一个或多个激光发射装置对应于一个激光接收装置，数量众多的激 光发射装置和激光接收装置密布于一个球形外表面，这些激光发射装置从球心向四周发射 激光线，每一条激光线由激光发射装置发出，由激光接收装置接收；由激光发射装置和激光 接收装置构成的球形结构在下方有一个开口，该开口为圆形，用于安装支撑架和线缆。
[0032] (3)激光发射装置和激光接收装置被安置在教室四周的墙体上，一个激光发射装 置对应于一个激光接收装置，数量众多的激光发射装置和激光接收装置密布于每个墙体， 每一条激光线由激光发射装置发出，由激光接收装置接收，激光发射装置发射的激光线垂 直于安装该激光发射装置的墙体；所述密布的行为点感测装置构成水平和垂直方向的扫描 格网，形成一个扫描平面网，当有物体阻挡住格网中的任何一条扫描线时，就可以根据该被 阻挡的水平和垂直方向的激光线来确定二维坐标。在每一面墙的下方都安装有线缆口，通 过该线缆口在墙体内布设供电线、信号传输线。
[0033] 所述定位控制器控制行为点感测装置的开启与关闭，控制激光发射装置和激光接 收装置的动作，同时下达命令完成数据的调取与存储，并控制行为探测分析器对数据处理 分析以及发布器的动作。所述定位控制器用于控制行为点感测装置的动作，具体包括：行为 点感测装置的开启与关闭，数据接收，数据传输，数据存储，数据调取，以及行为探测分析器 的分析、结果输出，行为控制发布器对行为分析结果的发布。
[0034] 所述行为探测分析器，用于根据行为点感测装置采集的不同时间点数据进行比对 分析，结合图像分析技术，判断探测区域内师生所发生的行为类型，以及发生位置。
[0035] 所述行为控制发布器，安装在讲台上，或者安装在教学监控室内。行为控制发布器 通过两种方式发布探测和分析得到的行为： (1) 文字显示：显示行为发生的类型，如举手、离席、站立； (2) 位置显示：使用红色圆点在图形上表示出行为发生的位置，并且闪烁显示该红色圆 点。
[0036] 所述数据存储器用于存储数据，其中的数据既包括事先存储于其中的原始数据， 也包括新采集的数据。原始数据可以是空教室的数据，也可以是坐满学生且学生保持正常 坐姿时的数据，或者部分师生做出离席、站立、举手行为时的数据。
[0037] 所述电源接口用于对整个基于雷达探测的智能跟踪设备提供电力供应，具体的为 定位控制器、行为点感测装置、行为探测分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、 数据存储器提供电源。
[0038] 所述网络接口，用于将数据信息与指令信号在定位控制器、行为点感测装置、行为 探测分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、数据存储器之间传输。
[0039] 进一步的，上述系统中的电源接口和网络接口采用专用航空接口，使整个系统更 稳定可靠。
[0040] 所述行为探测分析控制面板，安装在教学监控室内，其基于人机交互的形式，实现 操作人员对基于雷达探测的智能跟踪设备的控制，该控制行为可以包括：系统的启闭、数据 接收或导入、数据传输控制、数据删除、行为探测分析功能的开启、行为控制发布器行为信 息的发布与擦除。
[0041] 所述线缆保护装置，为可扩展的积木式线缆保护装置，该可扩展的积木式线缆保 护装置特征在于：由左端头、可扩展积木块、弹性伸缩段、右端头组成，上述部件均为空心结 构，线缆被容纳于左端头、可扩展积木块、弹性伸缩段、右端头组成的空心空间中；其中左端 头、右端头为固定于墙体或其他线缆穿过的位置；可扩展积木块包括X型积木块和Y型积木 块。具体地，例如X型积木块和Y型积木块的长度规格可分别为4cm、6cm，弹性伸缩段的最 大伸缩量为3cm ;对于任何一个长度的线缆，均可以通过m个X型积木块、η个Y型积木块、 1个弹性伸缩段组成的线缆保护装置保护起来，其中m、η均为大于等于0的正整数。
[0042] 具体的，X型积木块为如下结构：长度为4cm，X型积木块左侧接口、X型积木块中 间段、X型积木块右侧接口，其中X型积木块左侧接口可以与左端头接合，X型积木块右侧接 口可以与右端头接合；Y型积木块为如下结构：长度为6cm，Y型积木块左侧接口、Y型积木 块中间段、Y型积木块右侧接口。其中Y型积木块左侧接口可以与左端头或X型积木块右 侧接口接合，Y型积木块右侧接口可以与右端头或X型积木块左侧接口接合。
[0043] 进一步的，为提高所述系统的可靠性，所述系统还包括一个行为图像采集设备，该 设备用于实时获取教室内图像，并实时进行前后图像比较，若发现图像中有动作行为，调取 与其连接的行为探测分析器的结果，若行为探测分析器的结果也是发现有动作行为，那么 不做任何操作，若行为探测分析器的结果为未发现动作行为，那么将该信息反馈给定位控 制器，定位控制器发出指令信号至行为控制发布器，通过行为控制发布器做出灯光闪烁提 示。上述行为图像采集设备与上述行为点感测装置构成双保险，避免行为未被探测，从而影 响操作者做出响应。
[0044] 智能化行为探测分析方法，该方法采用前述基于雷达探测的智能跟踪设备，利用 行为点感测装置传输的数据以及数据存储器的数据，对教室内师生行为进行分析，分析得 出行为发生的类型和发生的位置，具体步骤如下： (1) 使用基于雷达探测的智能跟踪设备的安装与调试 (2) 设备开启与坐标化 (3) 数据采集与存储 (4) 数据的融合与对比 (5) 数据的分析 (6) 数据的显示与反馈 所述步骤（1)中，将基于雷达探测的智能跟踪设备的各部件安装于教室内或教学监控 室内，做好电源接口和网络接口的安装，做好布线工作；运行设备，检查设备连接是否正常， 做好调试； 所述步骤（2)中，对于教室空间的坐标化，可以按照如下方式进行，以一激光扫描设备 所处的位置作为坐标原点，以该激光扫描设备水平轴为X轴，以该激光扫描设备坚直轴为Y 轴，贝1J教室内任意一点都可以用上述坐标系唯一的表不。
[0045] 所述步骤（3)由定位控制器控制行为点感测装置、数据存储器完成。
[0046] 所述步骤（4)和（5)主要由行为探测分析器完成。所述行为探测分析器内置行为 分析模块，该模块能够获得行为点感测装置获得的数据，所述数据可以是角度、距离、激光 发射装置中心坐标等；该模块可以调取数据存储器中的数据，将不同时间点的测量数据或 者原始数据进行融合；通过将当前数据与过往数据进行对比，得出发生行为点的坐标，通过 各个行为点坐标，可以分析出行为发生位置的被测物外部轮廓、发生行为的区域大小和高 度、区域中心位置坐标，该轮廓指发生行为的师生身体局部。师生的行为方式可以为：教师 的移动、书写行为，学生的举手、站立、走出教室行为。
[0047] 所述步骤（6)由行为控制发布器完成，完成内容包括（1)文字显示：显示行为发 生的类型，如举手、离席、站立；（2)位置显示：使用红色圆点在图形上表示出行为发生的位 置，并且闪烁显示该红色圆点。
[0048] 所述步骤（6)中，为基于雷达探测的智能跟踪设备增加行为图像采集设备，步骤 (6)中新增一个比对操作，具体的为：将基于雷达探测的智能跟踪设备的探测结果与行为图 像采集设备的探测结果进行比对，当（1)两者结果一致时，即均为发现动作行为或未发现动 作行为，则不做任何处理，当（2)当基于雷达探测的智能跟踪设备未发现动作行为、行为图 像采集设备发现动作行为时，则智能化行为探测分析器对数据重新进行分析。
[0049] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： (1) 动态实时扫描教室区域，传输实际的移动距离，实时跟踪拍摄，不受任何的外界干 扰，跟踪更准确更迅速； (2) 解决一台设备判断教师和学生的问题，可方便地划出不想进行扫描操作的屏蔽区 域，能区分多人上讲台，实现教师走到学生区域的正面拍摄，自动区分学生区域出现站立还 是举手，支持长度达到40米大教室和面积达600平方米的大教室。
[0050] (3)嵌入系统稳定，体积小，重量轻，耗电低，抗干扰，对人体安全，安装简单，调试 方便，免维护。
[0051] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0052] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 图1为本发明激光扫描器发出的脉冲波反射原理图。
[0053] 图2为本发明的二维扫描平面图。
[0054] 图3为本发明的坐标化示意图。
[0055] 图4为本发明的基于雷达探测的智能定位设备连接示意图。
[0056] 图5为本发明带图像行为采集设备的基于雷达探测的智能定位设备连接示意图。
【具体实施方式】
[0057] 下面结合附图和实施例对本发明的技术实施过程做进一步说明。
[0058] 实施例1 : 参见图4所示，一种基于雷达探测的智能跟踪设备，包括：行为点感测装置、定位控制 器、行为探测分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、数据存储器、电源接口、网 络接口、连接线缆、线缆保护装置。
[0059] 所述行为点感测装置由激光发射装置和激光接收装置构成，激光发射装置与激光 接收装置对应设置，激光发射装置用于不断的发射激光线，发射频率为每秒25-50次。所述 行为点感测装置采用如下构造： 行为点感测装置安置在教室后方或侧方，激光发射装置在实际使用中连续不停的发射 脉冲波，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，将脉冲波发射向各个方向。从而形成一个二维 区域的扫描平面。设置相应位置的激光接收装置，接收二维区域扫描平面内的激光回波，在 此二维区域扫描平面内可以得到扫描器输出的每个测量点精确的角度和距离数值，根据此 距离信息，可以计算物体的外型轮廓、坐标跟踪等等。
[0060] 所述定位控制器控制行为点感测装置的开启与关闭，控制激光发射装置和激光接 收装置的动作，同时下达命令完成数据的调取与存储，并控制行为探测分析器对数据处理 分析以及发布器的动作。所述定位控制器用于控制行为点感测装置的动作，具体包括：行为 点感测装置的开启与关闭，数据接收，数据传输，数据存储，数据调取，以及行为探测分析器 的分析、结果输出，行为控制发布器对行为分析结果的发布。
[0061] 所述行为探测分析器，用于根据行为点感测装置采集的不同时间点数据进行比对 分析，结合图像分析技术，判断探测区域内师生所发生的行为类型，以及发生位置。
[0062] 所述行为控制发布器，安装在讲台上，或者安装在教学监控室内。行为控制发布器 通过两种方式发布探测和分析得到的行为： (1) 文字显示：显示行为发生的类型，如举手、离席、站立； (2) 位置显示：使用红色圆点在图形上表示出行为发生的位置，并且闪烁显示该红色圆 点。
[0063] 所述数据存储器用于存储数据，其中的数据既包括事先存储于其中的原始数据， 也包括新采集的数据。原始数据可以是空教室的数据，也可以是坐满学生且学生保持正常 坐姿时的数据，或者部分师生做出离席、站立、举手行为时的数据。
[0064] 所述电源接口用于对整个基于雷达探测的智能跟踪设备提供电力供应，具体的为 定位控制器、行为点感测装置、行为探测分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、 数据存储器提供电源。
[0065] 所述网络接口，用于将数据信息与指令信号在定位控制器、行为点感测装置、行为 探测分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、数据存储器之间传输。
[0066] 进一步的，上述系统中的电源接口和网络接口采用专用航空接口，使整个系统更 稳定可靠。
[0067] 所述行为探测分析控制面板，安装在教学监控室内，其基于人机交互的形式，实现 操作人员对基于雷达探测的智能跟踪设备的控制，该控制行为可以包括：系统的启闭、数据 接收或导入、数据传输控制、数据删除、行为探测分析功能的开启、行为控制发布器的行为 信息发布与擦除。
[0068] 所述线缆保护装置，为可扩展的积木式线缆保护装置，该可扩展的积木式线缆保 护装置特征在于：由左端头、可扩展积木块、弹性伸缩段、右端头组成，上述部件均为空心结 构，线缆被容纳于左端头、可扩展积木块、弹性伸缩段、右端头组成的空心空间中；其中左端 头、右端头为固定于墙体或其他线缆穿过的位置；可扩展积木块包括X型积木块和Y型积木 块，长度规格分别为4cm、6cm，弹性伸缩段的最大伸缩量为3cm ;对于任何一个长度的线缆， 均可以通过m个X型积木块、η个Y型积木块、1个弹性伸缩段组成的线缆保护装置保护起 来，其中m、η均为大于等于0的正整数。
[0069] 具体的，X型积木块为如下结构：长度为4cm，X型积木块左侧接口、X型积木块中 间段、X型积木块右侧接口，其中X型积木块左侧接口可以与左端头接合，X型积木块右侧接 口可以与右端头接合；Y型积木块为如下结构：长度为6cm，Y型积木块左侧接口、Y型积木 块中间段、Y型积木块右侧接口，其中Y型积木块左侧接口可以与左端头或X型积木块右侧 接口接合，Y型积木块右侧接口可以与右端头或X型积木块左侧接口接合。
[0070] 智能化行为探测分析方法，该方法采用前述基于雷达探测的智能跟踪设备，利用 行为点感测装置传输的数据以及数据存储器的数据，对教室内师生行为进行分析，分析得 出行为发生的类型和发生的位置，具体步骤如下： (1) 使用基于雷达探测的智能跟踪设备的安装与调试 (2) 设备开启与坐标化 (3) 数据采集与存储 (4) 数据的融合与对比 (5) 数据的分析 (6) 数据的显示与反馈 所述步骤（1)中，将基于雷达探测的智能跟踪设备的各部件安装于教室内或教学监控 室内，做好电源接口和网络接口的安装，做好布线工作；运行设备，检查设备连接是否正常， 做好调试； 所述步骤（2)中，对于教室空间的坐标化，可以按照如下方式进行，以一激光扫描设备 所处的位置作为坐标原点，以该激光扫描设备水平轴为X轴，以该激光扫描设备坚直轴为Y 轴，贝1J教室内任意一点都可以用上述坐标系唯一的表不。
[0071] 所述步骤（3)由定位控制器控制行为点感测装置、数据存储器完成。
[0072] 所述步骤（4)和（5)主要由行为探测分析器完成。所述行为探测分析器内置行为 分析模块，该模块能够获得行为点感测装置获得的数据，所述数据可以是角度、距离、激光 发射装置中心坐标等；该模块可以调取数据存储器中的数据，将不同时间点的测量数据或 者原始数据进行融合；通过将当前数据与过往数据进行对比，得出发生行为点的坐标，通过 各个行为点坐标，可以分析出行为发生位置的被测物外部轮廓、发生行为的区域大小和高 度、区域中心位置坐标，该轮廓指发生行为的师生身体局部。师生的行为方式可以为：教师 的移动、书写行为，学生的举手、站立、走出教室行为。
[0073] 所述步骤（6)由行为控制发布器完成，完成内容包括（1)文字显示：显示行为发 生的类型，如举手、离席、站立；（2)位置显示：使用红色圆点在图形上表示出行为发生的位 置，并且闪烁显示该红色圆点。
[0074] 实施例2 : 与实施例1相比，实施例2所采用的行为点感测装置采用如下构造： 行为点感测装置安置在教室后方或侧方，安装位置的视角便于观测到教室内学生和讲 台上的老师；一个或多个激光发射装置对应于一个激光接收装置，数量众多的激光发射装 置和激光接收装置密布于一个球形外表面，这些激光发射装置从球心向四周发射激光线， 每一条激光线由激光发射装置发出，由激光接收装置接收；由激光发射装置和激光接收装 置构成的球形结构在下方有一个开口，该开口为圆形，用于安装支撑架和线缆。
[0075] 实施例3 : 与实施例1、2不同的是，实施例3所采用的行为点感测装置采用如下构造： 激光发射装置和激光接收装置被安置在教室四周的墙体上，一个激光发射装置对应于 一个激光接收装置，数量众多的激光发射装置和激光接收装置密布于每个墙体，每一条激 光线由激光发射装置发出，由激光接收装置接收，激光发射装置发射的激光线垂直于安装 该激光发射装置的墙体；所述密布的行为点感测装置构成水平和垂直方向的扫描格网，形 成一个扫描平面网，当有物体阻挡住格网中的任何一条扫描线时，就可以根据该被阻挡的 水平和垂直方向的激光线来确定二维坐标。在每一面墙的下方都安装有线缆口，通过该线 缆口在墙体内布设供电线、信号传输线。
[0076] 实施例4 : 如图5所示，与实施例1、2、3不同的是，实施例4为提高所述系统的可靠性，所述系统 还包括一个行为图像采集设备，该设备用于实时获取教室内图像，并实时进行前后图像比 较，若发现图像中有动作行为，调取与其连接的行为探测分析器的结果，若行为探测分析器 的结果也是发现有动作行为，那么不做任何操作，若行为探测分析器的结果为未发现动作 行为，那么将该信息反馈给定位控制器，定位控制器发出指令信号至行为控制发布器，通过 行为控制发布器做出灯光闪烁提示。上述行为图像采集设备与上述行为点感测装置构成双 保险，避免行为未被探测，从而影响操作者做出响应。
[0077] 相应的，实施例4的智能化行为探测分析方法，在步骤（6)中新增一个比对操作， 具体的为：将基于雷达探测的智能跟踪设备的探测结果与行为图像采集设备的探测结果进 行比对，当（1)两者结果一致时，即均为发现动作行为或未发现动作行为，则不做任何处理， 当（2)当基于雷达探测的智能跟踪设备未发现动作行为、行为图像采集设备发现动作行为 时，则智能化行为探测分析器对数据重新进行分析。
[0078] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于雷达探测的智能跟踪设备，其特征在于：包括行为点感测装置、定位控制 器、行为探测分析器、行为控制发布器、数据存储器、电源接口、网络接口、连接线缆。
2. 根据权利要求1所述的基于雷达探测的智能跟踪设备，其特征在于：所述行为点感 测装置由激光发射装置和激光接收装置构成，激光发射装置与激光接收装置对应设置，激 光发射装置用于不断的发射激光线，发射频率为每秒25-50次。
3. 根据权利要求1或2所述的基于雷达探测的智能跟踪设备，其特征在于： 所述定位控制器控制激光发射装置和激光接收装置的动作，同时下达命令完成数据的 调取与存储，并控制行为探测分析器对数据处理分析以及行为控制发布器的动作；所述定 位控制器也用于控制行为点感测装置的动作，具体包括：行为点感测装置的开启与关闭、数 据接收、数据传输、数据存储、数据调取，以及行为探测分析器的分析与结果输出、行为控制 发布器对行为分析结果的发布。
4. 根据权利要求1或2所述的基于雷达探测的智能跟踪设备，其特征在于： 所述行为探测分析器，用于根据行为点感测装置采集的不同时间点数据进行比对分 析，结合图像分析技术，判断探测区域内师生所发生的行为类型，以及发生位置； 所述行为控制发布器，安装在讲台上，或者安装在教学监控室内，行为控制发布器通过 两种方式发布探测和分析得到的行为： (1) 文字显示：显示行为发生的类型，包括举手、离席、站立； (2) 位置显示：使用红色圆点在图形上表示出行为发生的位置，并且闪烁显示该红色圆 点。
5. 根据权利要求1或2所述的基于雷达探测的智能跟踪设备，其特征在于： 所述数据存储器用于存储数据，其中的数据既包括事先存储于其中的原始数据，也包 括新采集的数据；其中，原始数据可以是空教室的数据，或者也可以是坐满学生且学生保持 正常坐姿时的数据，或者部分师生做出离席、站立、举手行为时的数据； 所述电源接口用于对整个基于雷达探测的智能跟踪设备提供电力供应，具体的为定位 控制器、行为点感测装置、行为探测分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、数据 存储器提供电源； 所述网络接口，用于将数据信息与指令信号在定位控制器、行为点感测装置、行为探测 分析器、行为探测分析控制面板、行为控制发布器、数据存储器之间传输； 所述系统中的电源接口和网络接口采用专用航空接口，使整个系统更稳定可靠； 所述行为探测分析控制面板，安装在教学监控室内，其基于人机交互的形式，实现操作 人员对基于雷达探测的智能跟踪设备的控制，该控制行为可以包括：系统的启闭、数据接收 或导入、数据传输控制、数据删除、行为探测分析功能的开启、行为控制发布器的行为信息 发布与擦除。
6. 根据权利要求3所述的基于雷达探测的智能跟踪设备，其特征在于：还包括线缆保 护装置，所述线缆保护装置为可扩展的积木式线缆保护装置，该可扩展的积木式线缆保护 装置由左端头、可扩展积木块、弹性伸缩段、右端头组成，上述部件均为空心结构，线缆被容 纳于左端头、可扩展积木块、弹性伸缩段、右端头组成的空心空间中；其中左端头、右端头为 固定于墙体或其他线缆穿过的位置；可扩展积木块包括X型积木块和Y型积木块；其中Y型 积木块左侧接口可以与左端头或X型积木块右侧接口接合，Y型积木块右侧接口可以与右 立而头或X型积木块左侧接口接合。
7.根据权利要求4所述的基于雷达探测的智能跟踪设备，其特征在于：还包括一个行 为图像采集设备，该设备用于实时获取教室内图像，并实时进行前后图像比较，若发现图像 中有动作行为，调取与其连接的行为探测分析器的结果，若行为探测分析器的结果也是发 现有动作行为，那么不做任何操作，若行为探测分析器的结果为未发现动作行为，那么将该 信息反馈给定位控制器，定位控制器发出指令信号至行为控制发布器，通过行为控制发布 器做出灯光闪烁提示；所述行为图像采集设备与上述行为点感测装置构成双保险，避免行 为未被探测，从而影响操作者做出响应。
【文档编号】G01B11/24GK104125398SQ201410329638
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】徐兴建, 孙晨飞, 李冬强 申请人:北京完美视通科技有限公司