智慧化孪生教室系统设计与开发

智慧教室作为智慧校园建设的重要环节,为教学信息化、数字化、智能化提供重要支撑。目前智慧教室建设过程中存在教室智能化程度低、获取教室环境信息不及时、教学资源利用不足等问题。因此设计开发了一套智慧化孪生教室原型系统,旨在高效提高教室环境监控和智能化监管能力。系统综合采用数字孪生、深度学习、传感器检测等技术,设计并实现了数据检测模块、智能计算模块、可视化模块3个功能模块。数据检测模块通过摄像头和传感器采集课堂环境信息,并通过UDP和TCP通讯协议将数据传输到计算机,供智能计算模块使用。智能计算模块主要使用YOLOv5算法对摄像头实时视频进行检测并智能计算,识别学生性别、统计人数、检测位置等功能。最后通过构建教室的孪生模型,并与物理教室进行数字映射,实现数据的可视化显示。结果表明,系统可以实时检测教室温湿度、识别学生人数、性别比例和位置信息,并可将检测到的数据实时可视化展示。整个系统的延迟在1 s以内,帧率在30 FPS左右,能满足智慧教室的应用需求,能用于教师实时管理课堂、合理利用课堂资源、提高课堂的智慧化程度,为智慧校园提供技术支撑,对推进智慧校园建设具有积极意义。