一种基于多源物联网数据的智慧教室管理系统的制作方法

本发明涉及智慧教室，具体为一种基于多源物联网数据的智慧教室管理系统。

背景技术：

1、传统的教室管理往往依赖人工的手动操作和监控，存在效率低、成本高、易出错等问题。随着物联网技术的发展，将各种设备连接到互联网上，可以实现对教室内设备和环境的实时监测和控制，提高教室管理的效率和精确度。

2、在申请公布号为cn214151412u的中国发明申请中，公开了一种智慧教室管理系统。包括多个控制终端，用于管理员实时监控智慧黑板；智能物联管理平台，用于提供控制终端的访问平台；绿色光环境子系统，用于对智慧教室内的光线进行管控；智慧温湿度环境子系统，用于对智慧教室内的温湿度进行管控；智慧空气环境子系统，用于对智慧教室内的环境进行管控；多媒体设备管理子系统，用于对智慧教室内的电子设备进行管控；智慧用电管理子系统，用于对智慧教室内的电源进行管控。

3、在申请公布号为cn209132626u的中国发明申请中，公开了一种基于物联网的智慧教室管理系统，包括控制中心，所述控制中心输入端设有信息采集单元、监控单元、课堂设备单元和移动终端，所述控制中心包括可编程plc，所述信息采集单元包括人体红外传感器、对射式传感器、压力传感器、温度传感器、空气湿度传感器和光照传感器，所述监控单元包括指纹识别器、摄像头和电子显示屏；所述控制中心用于对监测教室内部的环境和教室内部人员情况的人体红外传感器、对射式传感器、压力传感器、温度传感器、空气湿度传感器和光照传感器传输的数据进行处理。

4、结合现有技术，存在以下不足：

5、当前，许多智慧教室的分配和管理仍然依赖于传统的手动或半自动系统，这些系统通常基于预定的课程表或固定的使用安排，无法根据实际的使用情况进行实时调整，这不仅导致了教室资源的浪费，也限制了智慧教室的灵活性和效率。

6、随着物联网技术的快速发展，越来越多的设备被连接到互联网，使得信息的获取和共享变得更加便捷。在教育领域，智慧教室的使用越来越普遍，但如何有效管理和优化教室的使用，仍是一个值得解决的问题。现有的管理系统通常基于预定计划或简单的需求预测，缺乏对实时使用情况的考虑，难以实现教室的动态分配。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于多源物联网数据的智慧教室管理系统，通过获取智慧教室使用情况的相关数据，包括使用时间、使用频率以及使用人数，计算获得智慧教室使用度ua，对智慧教室使用状况进行分析；获取设备运行状态相关数据，以设备最大功率点所在运行参数作为性能指标，计算获得设备运行状态评估值ev，对设备的运行状态进行评估；将温度、湿度、空气质量指数、噪音值以及光照强度作为评估指标，获得环境质量评估值ea，对智慧教室环境质量进行评估；从而计算获取智慧教室的优先级pr，根据智慧教室的优先级pr对所有智慧教室进行排序，将优先级pr值最大的智慧教室优先分配，解决了背景技术中提到的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于多源物联网数据的智慧教室管理系统，包括：数据采集模块、数据存储模块、智慧教室使用度分析模块、设备运行状态分析模块、环境质量分析模块以及智慧教室分配模块；其中，

5、数据采集模块，从智慧教室内的物联网设备中采集数据，并将其传输至数据存储模块；

6、数据存储模块，通过数据库对数据采集模块收集的数据进行加密并存储；

7、智慧教室使用度分析模块，获取智慧教室使用情况的相关数据，包括使用时间、使用频率以及使用人数，通过层次分析法确定使用时间、使用频率以及使用人数所对应的权重系数，并计算获得智慧教室使用度ua，对智慧教室使用状况进行分析；

8、设备运行状态分析模块，获取设备运行状态相关数据，以设备最大功率点所在运行参数作为性能指标，将设备的运行参数设置为自变量，建立设备运行状态评估函数，计算获得设备运行状态评估值ev，对设备的运行状态进行评估；

9、环境质量分析模块，将温度、湿度、空气质量指数、噪音值以及光照强度作为评估指标，并设定每项环境指标的标准值，通过计算每项环境指标与环境指标对应的标准值之间的差值，获得环境质量评估值ea，对智慧教室环境质量进行评估；

10、智慧教室分配模块，通过智慧教室使用度ua、设备运行状态评估值ev以及环境质量评估值ea，计算获取智慧教室的优先级pr，根据智慧教室的优先级pr对所有智慧教室进行排序，将优先级pr值最大的智慧教室优先分配。

11、进一步的，数据采集模块采集的数据包括智慧教室使用记录、设备运行状态以及环境数据，其中智慧教室使用记录包括使用时间、使用频率以及使用人数；设备运行状态包括各种设备的运行参数，包括设备的电流、电压以及功率；环境数据包括温度、湿度、空气质量指数、噪音值以及光照强度。

12、进一步的，将智慧教室的使用时间、使用频率以及使用人数作为评估指标；通过层次分析法确定使用时间、使用频率以及使用人数所对应的权重系数。

13、进一步的，通过使用时间、使用频率以及使用人数和对应的权重系数对智慧教室使用状况进行分析，进行无量纲化处理后，计算获得智慧教室使用度ua，计算公式如下：

14、；

15、其中，n表示评估指标的个数，i表示评估指标的标记，f(x)表示为评估指标的值。

16、进一步的，获取设备运行状态相关数据，包括设备的电流、电压、功率、温度以及压力运行参数；

17、以设备最大功率点所在运行参数作为性能指标，对设备的运行状态进行评估；

18、将设备的运行参数设置为自变量，进行无量纲化处理后，建立设备运行状态评估函数，计算获得设备运行状态评估值ev，设备运行状态评估函数如下：

19、；

20、其中，表示为设备的运行参数，j表示设备运行参数的标记，表示为对应的标准值，m表示为参数的个数。

21、进一步的，预先设置设备状态阈值，当设备运行状态评估值ev大于或等于设备状态阈值时，表示设备存在异常，发出预警，通知相关人员进行维修或更换设备。

22、进一步的，对智慧教室环境质量进行分析，获得环境质量评估值ea的具体步骤包括：

23、获取智慧教室的环境数据，包括温度、湿度、空气质量指数、噪音值以及光照强度；

24、将温度、湿度、空气质量指数、噪音值以及光照强度作为评估指标，并设定每项环境指标的标准值；

25、通过计算每项环境指标与环境指标对应的标准值之间的差值，进行无量纲化处理后，对智慧教室环境质量进行评估，获得环境质量评估值ea，计算公式如下：

26、；

27、其中，q表示为环境质量评估指标的个数，表示为环境质量评估指标的值，表示为每项环境质量评估指标对应的标准值，q表示为环境质量评估指标的标记。

28、进一步的，获得智慧教室的优先级pr的具体步骤包括：

29、获取智慧教室使用度ua、设备运行状态评估值ev以及环境质量评估值ea；

30、通过智慧教室使用度ua、设备运行状态评估值ev以及环境质量评估值ea，进行无量纲化处理后，计算获取智慧教室的优先级pr，计算公式如下：

31、；

32、其中，γ、θ为权重系数，，，且；

33、获取所有智慧教室的优先级pr，并根据智慧教室的优先级pr对智慧教室进行排序，将优先级pr值最大的智慧教室优先分配给用户。

34、（三）有益效果

35、本发明提供了一种基于多源物联网数据的智慧教室管理系统，具备以下有益效果：

36、（1）通过收集并分析智慧教室使用情况的相关数据，全面了解智慧教室的使用状况，有助于管理人员、教师和学生更好地了解智慧教室资源的利用情况，为优化智慧教室资源配置提供参考，从而更加高效地进行资源管理和调配，有助于减少资源浪费和管理成本。

37、（2）通过获取设备运行状态相关数据，以设备最大功率点所在运行参数作为性能指标，建立设备运行状态评估函数，可以准确评估设备的运行状态，这种评估方式考虑了设备的实际运行参数和性能表现，能够更准确地反映设备的真实状态，根据这些信息，可以更加合理地分配智慧教室资源，确保设备状态良好的智慧教室能够优先满足教学需求，提高智慧教室的利用效率。

38、（3）通过评估智慧教室环境质量，可以更好地满足学生的学习需求和教学需求，提高教学质量和学习体验，同时，由于智慧教室环境质量越好，使用设备进行改善的需求越低，可以节省更多的资源，减少不必要的消耗。

39、（4）通过对教室的使用情况进行评估，可以了解每个教室的使用情况和需求，更加合理地分配教室资源，避免教室资源的浪费和空闲，提高教室的利用率，通过评估智慧教室的设备运行状态和环境质量，可以及时发现并解决设备故障或环境问题，避免因设备故障或环境问题影响教学的稳定性和持续性。