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1、Al课堂系统解决方案中国联通*分公司目录第一章背景分析21.1政策分析21.2现状与需求31.3总体目标3第二章方案总体思路42.1设计原则42.2设计依据5第三章方案总体设计63.1总体架构63.2亮点优势63.2.1先进的AlCloud技术框架63.2.2领先的视频图像处理技术63.2.3无感式学生人脸点名73.2.4丰富的场景业务应用73.2.5高价值的业务数据7第四章系统详细设计84.1学生人脸点名系统84.1.1系统架构84.1.2安装示意图94.1.3设备组成94.1.4功能亮点11第五章业务详细设计125.1业务概述125.2课堂考勤125.2.1业务背景125.2.2业务方案1
2、3第一章背景分析1.1政策分析2014年8月29日中共审议通过了关于深化考试招生制度改革的实施意见，意见中明确提出“增强高考与高中学习的关联度，考生总成绩由统一高考的语文、数学、外语3个科目成绩和高中学业水平考试3个科目成绩组成。保持统一高考的语文、数学、外语科目不变、分值不变，不分文理科,外语科目提供两次考试机会。计入总成绩的高中学业水平考试科目，由考生根据报考高校要求和自身特长，在思想政治、历史、地理、物理、化学、生物等科目中自主选择二2017年1月国务院印发的国家教育事业发展“十三五”规划为各学校校园信息化建设指明了方向，规划中明确指出“要遵循教书育人规律、遵循学生成长规律，以学生为主体
3、，以教师为主导，创新育人模式，培育和践行社会主义核心价值观，不断提高学生思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养，让学生成为德才兼备、全面发展的人才；全力推动信息技术与教育教学深度融合。建设课程教学与应用服务有机结合的优质在线开放课程和资源库，全面推进“优质资源班班通”，鼓励教师利用信息技术提升教学水平、创新教学模式，利用翻转课堂、混合式教学等多种方式用好优质数字资源。深入推进“网络学习空间人人通”,形成线上线下有机结合的网络化泛在学习新模式。引导学校与教师依托网络学习空间记录学生学习过程，进行教学综合分析，创新教学管理方式。鼓励学校利用大数据技术开展对教育教学活动和学生行为数据的收集、分析和反
4、馈，为推动个性化学习和针对性教学提供支持。支持各级各类学校建设智慧校园，综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式。鼓励高等学校基于互联网开展学历与非学历继续教育。”2018年4月13日教育部印发的教育信息化2.0行动计划中明确指出“以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础，依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范，推动新技术支持下教育的模式变革和生态重构;构建智慧学习支持环境。加强智慧学习的理论研究与顶层设计，推进技术开发与实践应用，提高人才培养质量。大力推进智能教育，开展以学习者为中心的智能化教学支持环境建设，推动人工智能在教学、管理等方面的全流程
5、应用，利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，探索泛在、灵活、智能的教育教学新环境建设与应用模式。”这个系列政策有效地促进了人工智能技术与课堂教学的结合，这种结合不再是单一系统的建设，而是具备环境全面感知、网络无缝互通、海量数据支撑、开放学习环境、师生个性服务等特征。1.2现状与需求1）走班考勤管理难新高考改革的实施，使得很多学校开始实行走班制教学模式，这就打破了传统教学中学生、教师、教室相对固定的局限，学生能够根据自己的学历和兴趣,选择自身发展的层次班级上课，不同班级的教学内容和层次要求不同。要想使走班制更好的应用到教学当中，发挥其应有的作用，就需要有相关配套设施提供保障，尤其是考勤
6、应用显得尤为重要。走班制班级的考勤与传统班级有很大不同,它所涉及的学生信息更复杂，统计考勤的难度更大。用户对考勤管理的及时性、高效性都提出了更高的要求，无感地、自动的的考勤管理方式呼之欲出。2）系统难以深度融合课堂作为教学的主阵地，为了营造一种较为轻松活泼的学习氛围，教室内往往不能安装过多的教学设备，课堂中常用的录播系统、监控系统、巡课系统往往相互独立，无法进行深度融合，造成资源的浪费。这就迫切要求设备能够复用，功能高度集成，实现“ALLINONE”的效果。1.3总体目标以课堂为核心，聚焦人脸识别、大数据技术与教学的深度融合。实现人脸考勤管理、可视化巡课督导、视频资源管理、精准消息推送等功能，
7、满足教师、学生、家长和管理者等多角色的需求。第二章方案总体思路2.1设计原则系统建设一般遵循如下几点原则：1）统一标准，资源共享原则系统的建设需要充分考虑相关信息系统与学校所在省、市教育信息资源的共享，建立信息资源共享机制，充分利用网络基础、业务系统和信息资源，加强整合，促进互联互通，信息共享，使有限的资源发挥最大的效益；2）开放性原则系统建设需要对开发平台、数据库和运行环境进行统一考虑。校内的应用和资源会越来越多，如果对各项应用缺乏有效的组织和管理，技术升级存在风险，那么系统维护的成本就会不断增加。3）无缝集成原则在符合行业标准体系指导下，系统能够无缝集成学校已建和新建的业务应用系统，促进数
8、据利用的最大化，最大程度融合数据交换集成、用户管理、统一身份认证、业务数据整合、信息资源展示等功能，以标准、数据、应用、用户作为重点要素进行规划和建设。4）先进性原则系统应该釆用先进的技术和产品，使其在面对物联网技术迅速发展的挑战时,能够保持系统架构的领先性。釆用先进技术和产品，能够适合大量数据和多媒体信息传输、处理、交换的需要。系统还应该釆用先进的理念、先进的技术和先进的系统工程办法，建设一个可持续发展的，具有先进性、开放性的智慧的系统。5）系统安全性原则在系统建设过程中，应该充分考虑系统的安全，如数据安全、网络安全、传输安全、管理安全等。系统的安全性主要包括硬件平台的安全性、感知网络通信系
9、统安全性、操作系统安全性、数据库安全性、应用软件系统安全性等等。2.2设计依据解决方案的设计主要依据国家政策、相关法律规章、国家和行业相关标准、相关研究成果等资料进行规划设计，具体如下：1）国家教育事业发展“十三五”规划2）国家中长期教育改革和发展规划纲要（20102020年）3）教育部办公厅关于开展2016-2017年度“一师一优课、一课一名师”活动的通知4)教学视听设备及系统维护与操作的安全要求GB12641-20075)民用闭路监视电视系统工程技术规范GB50198-19946)建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-20047)智能建筑工程质量验收规范GB50339-20038)
10、演播室数字电视编码参数规范GB/T14857-19939)音频、视频及类似电子设备安全要求GB8898-201110)工业、企业通信接地设计规范GBJ79-8511)国际综合布线六类信道标准ISO/IEC11801交换、控制技术要求GB/T28181-2011建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范GB/T50312-200014)电子计算机场地通用规范GB/T2887-200015)计算机软件开发规范GB8566-198816)信息技术、软件包质量要求和测试GB/T17544-1998第三章方案总体设计3.1总体架构图1.业务总体架构系统业务设计的针对用户为：老师、学生、家长和学校管理者，以课堂
11、为核心场景，使用最新的技术和产品，构建“教”、“学”和“管”三大类的应用：实现人脸考勤管理、可视化巡课督导、视频资源管理、信息查询等功能，满足教师、学生、家长和管理者等多角色的需求。3.2亮点优势3.2.1先进的AlCloud技术框架AlCloud是基于云边融合的以视频为核心的智能物联网架构，通过边缘节点、边缘域和云计算中心三级有机结合，系统满足“边缘感知、按需汇聚、分级应用、多层认知”的业务需求。边缘节点能够对采集的数据进行结构化分析提取，具备感知理解能力。融合AI智能算法，具备感知理解更有效、更精准、目标细节传输更高效、减轻网络压力，智能算法调度更灵活及业务响应更敏捷等特性。3.2.2领先
12、的视频图像处理技术图像采集设备内嵌智能跟踪算法，采用独特的人脸检测与头肩模型检测结合的方式，能够更加有效地实现对教师的跟踪及学生定位检测。同时，设备具备高效的宽动态和底噪度效果，能有效地防止高亮度的环境光干扰。我公司釆用的图像釆集分析处理方面的技术在全球都处于领先地位。在图像视频方面有着绝对的优势及自信，能够确保录播图像的清晰度，满足甚至超越精品视频对画质的要求。3.2.3无感式学生人脸点名学生人脸抓拍机通过不断地扫描抓拍，并实时传到后台进行比对分析，能够精准地分析出考勤结果，及时报告考勤异常人员。3.2.4丰富的场景业务应用系统能够实现多种业务应用，将课堂考勤、课堂督查、资源管理、课堂分析、
13、班牌发布和消息推送等功能完整地整合在一起，满足了学校对于课堂的综合管理需求，保证了信息化建设投资的高利用率。3.2.5高价值的业务数据系统通过专业的底层设备，能够精准地釆集师生考勤数据（可结合图片、视频）、师生课堂行为数据（不同行为的精彩图片、各个行为的短视频）、学生专注度情况。这些数据能够对接到上层的家校通平台、在线教育平台、智慧校园平台中，助力这些业务的不断深化。第四章系统详细设计4.1学生人脸点名系统4.1.1系统架构图2.系统架构1系统由教室端和中心端组成，其中教室端主要由二代学生人脸抓拍机组成;中心端主要由课堂人脸比对服务器、存储设备、管理平台和相关服务器组成。一台课堂人脸比对服务器
14、支持分析20个前端设备。4.1.2安装示意图M冃M学生座位区图3.安装示意图二代学生人脸抓拍机居中安装，保证画面能够覆盖全体学生。4.1.3设备组成4.1.3.1二代学生人脸抓拍机图4.二代学生人脸抓拍机学生人脸抓拍机，集合定点看全景、动点看细节的优势，釆用一体化设计,达到单产品既能看全又能看清的效果。功能特点全景相机 1/2.7”ProgressiveScanCMOS,最高分辨率及帧率可达1920X108060fps视场角：水平105 星光级超低照度,0.OlLux/Fl.O（彩色），0.005Lux/Fl.0（黑白）特写相机 1/1.8”4MPProgressiveScanCMOS,最高分
15、辨率及帧率可达2688X151230fps 水平180；垂直0-90 超低照度，0.OlLux/Fl.6（彩色），0.005Lux/Fl.6（黑白） 4倍光学变倍，16倍数字变倍系统参数 支持标准的API开发接口，支持海康SDK、ONVIF、CGI、ISAPI、GB/T28181接入和E家协议接入支持1路音频输入和1路音频输出支持1路报警输入和1路报警输出，支持报警联动功能4.1.3.2课堂人脸比对服务器图5.课堂人脸比对服务器功能特点可接驳符合ONVIF、RTSP标准及众多主流厂商的网络摄像机;支持H.265、H.264编码前端自适合接入；支持GB28181协议；内置4块4T的硬盘，支持抓拍库存储；支持RAID。、RAID1、RAID5、RAID6和RAID10；支持硬盘配额、硬盘盘组、硬盘老化三
