專利名稱：學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種基于加速度傳感器的學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，課堂教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中最重要的ー個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中主體作用發(fā)揮的如何，直接影響教學(xué)質(zhì)量的高低。而監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為是分析學(xué)生學(xué)習(xí)過程的最有效、最直接的方法。因此，通過采集并記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)行為來研究和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，有針對(duì)性加以解決，是提高人才質(zhì)量的關(guān)鍵。現(xiàn)有的人體行為特征識(shí)別裝置和方法主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，安全領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域等。如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，通過分析患者的特征行為了解其癥狀；在安全領(lǐng)域通過在高敏感地區(qū)分析人體的異樣行為判斷其有無危險(xiǎn)；在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的各種計(jì)步器，通過對(duì)人體步伐的計(jì)數(shù)來分析人體的運(yùn)動(dòng)量等。但這些已經(jīng)公開的裝置與方法均不能針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為進(jìn)行采集和分析。根據(jù)國(guó)家專利局檢索中心專利查詢，有針對(duì)人體動(dòng)作識(shí)別的基于加速度傳感器人體運(yùn)動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及方法，申請(qǐng)?zhí)枮?00910184850. 0，公開號(hào)為CN101694693。其主要應(yīng)用于人體動(dòng)作的實(shí)時(shí)識(shí)別，通過給人體的四肢和脖子分別佩戴ー種子裝置，采集人體加速度信息并傳遞至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，從而識(shí)別出人體動(dòng)作。但是其主要用于識(shí)別人體當(dāng)前發(fā)生的動(dòng)作類別，不能針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行長(zhǎng)期記錄和分析，所以采集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，進(jìn)而得出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況不是它的功能；再者其需要給人的脖子，上肢和下肢都佩戴采集裝置，不適合長(zhǎng)時(shí)間佩戴，尤其不適合學(xué)生佩戴，使用不方便；同時(shí)，其分析過程需要將多個(gè)采集裝置的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，較為麻煩且不易于實(shí)現(xiàn)。這樣無疑使基于加速度傳感器人體運(yùn)動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及方法這項(xiàng)發(fā)明的應(yīng)用范圍及場(chǎng)合受到很大局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的ー個(gè)技術(shù)問題在于克服上述基于加速度傳感器人體運(yùn)動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及方法的缺點(diǎn)，提供ー種能自動(dòng)對(duì)學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析與記錄、幫助家長(zhǎng)和老師及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、分析學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)、不影響學(xué)生的身體健康、便于攜帶的學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)。本發(fā)明所要解決的另ー個(gè)技術(shù)問題在于提供ー種使用學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行分析的方法。解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是包括外部計(jì)算機(jī)和與外部計(jì)算機(jī)連接的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置；本發(fā)明的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置能夠采集人體加速度信息，并將人體加速度信息傳遞至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。本發(fā)明的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置包括動(dòng)作采集単元，用于采集人體加速度信息，并輸出動(dòng)作信號(hào)，所述動(dòng)作采集單元為加速度傳感器；時(shí)鐘單元，為整個(gè)裝置提供時(shí)間信息，并為加速度傳感器采集到的行為數(shù)據(jù)提供時(shí)間標(biāo)記；存儲(chǔ)單元，用于存放系統(tǒng)配置信息、學(xué)習(xí)行為分類特征庫以及學(xué)習(xí)行為特征分析結(jié)果；通信単元，與外部計(jì)算機(jī)相連，用于將智能分析與處理單元的處理結(jié)果傳輸至外部計(jì)算機(jī)，并接收外部計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令，實(shí)現(xiàn)配置信息的設(shè)置及學(xué)習(xí)行為分類庫的更新和升級(jí)；智能分析與處理單元，通過其輸入輸出端ロ分別與動(dòng)作采集單元、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元以及通信単元相連接，并協(xié)調(diào)它們之間的動(dòng)作。本發(fā)明的系統(tǒng)配置信息包括學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、課程表、每堂課的上課及下課時(shí)間、裝置自動(dòng)開啟時(shí)間和自動(dòng)關(guān)閉時(shí)間；學(xué)習(xí)行為分類庫在初始條件下包括跑、跳、走路、晃動(dòng)、起立、坐下、靜止的行為動(dòng)作；本發(fā)明的通信單元通過USB接ロ、藍(lán)牙、wif i、GPRS、Zigbee與外部計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明還提供了ー種使用上述的學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)的方法，由以下步驟組成
I)啟動(dòng)系統(tǒng)，判斷是否連接外部計(jì)算機(jī)，如果是，則進(jìn)行步驟2)，如果否，則進(jìn)行步驟3)。2)系統(tǒng)配置，設(shè)置學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、課程表、系統(tǒng)自動(dòng)開啟時(shí)間和自動(dòng)關(guān)閉時(shí)間，并進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間同歩。3)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，將數(shù)據(jù)分析標(biāo)志清除。4)啟動(dòng)數(shù)據(jù)分析進(jìn)程。5)設(shè)置數(shù)據(jù)采集中斷處理程序。6)判斷系統(tǒng)是否結(jié)束，若結(jié)束，則退出系統(tǒng)，否則繼續(xù)判斷。本發(fā)明的方法還包括步驟7)外部分析程序，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)記錄發(fā)送至外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一歩分析，分析過程結(jié)合課程表安排，針對(duì)不同的課程及課間進(jìn)行分析。上述的步驟7)具體是7. I)將系統(tǒng)配置信息及時(shí)間信息同步至學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置。7. 2)獲得數(shù)據(jù)記錄后，根據(jù)課程表及每堂課的上課、下課時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分組，同種類別課程的數(shù)據(jù)記錄分為一組。7. 3)分組后的數(shù)據(jù)記錄存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中；7. 4)用針對(duì)課程的智能數(shù)據(jù)處理方法對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；7. 5)將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，結(jié)束程序。本發(fā)明的步驟4)具體是4. I)判斷數(shù)據(jù)分析標(biāo)志是否置位，若置位，則進(jìn)入步驟4. 2)，否則，重復(fù)4. I)。4.2)根據(jù)數(shù)據(jù)單元中的時(shí)間標(biāo)簽，對(duì)數(shù)據(jù)分幀，并計(jì)算各數(shù)據(jù)幀的特征。4. 3)將幀序列特征與存儲(chǔ)單元中的分類特征庫進(jìn)行比對(duì)，確定動(dòng)作類別。4. 4)添加時(shí)間標(biāo)簽后，形成數(shù)據(jù)記錄，并存入存儲(chǔ)單元。4. 5)清楚數(shù)據(jù)分析標(biāo)志，返回步驟4. I)。本發(fā)明的步驟4. 2)中的數(shù)據(jù)幀的特征是指動(dòng)作頻率、強(qiáng)度、方向以及持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明的步驟4. 3)中的動(dòng)作類別是指跑、跳、走路、晃動(dòng)、起立、坐下以及靜止。本發(fā)明步驟4. 4)中的數(shù)據(jù)記錄包括動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作類別、動(dòng)作方向、平均強(qiáng)度、頻率以及持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明的步驟5)具體是5. I)讀取時(shí)鐘信息。
5. 2)獲得傳感器數(shù)據(jù)，加上時(shí)間標(biāo)簽，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)単元，存入當(dāng)前數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向存儲(chǔ)位置。5. 3)判斷緩沖區(qū)是否已滿，若緩沖區(qū)已滿，則進(jìn)行步驟5. 4)至5. 6);否則，則進(jìn)行步驟5. 7)。5. 4)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)分析緩沖區(qū)。5. 5)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向緩沖區(qū)首部。5. 6)置數(shù)據(jù)分析標(biāo)志位，結(jié)束程序。5. 7)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向下一存儲(chǔ)位置，結(jié)束程序。 本發(fā)明的步驟5. 2)中的數(shù)據(jù)單元包括時(shí)間標(biāo)簽、X加速度、y加速度以及z加速度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明將學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置固定在人體的腰部，通過采集単元中的加速度傳感器，自動(dòng)獲得人體行為數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)行為的分類，并自動(dòng)將分析結(jié)果按照類別存入存儲(chǔ)器中，避免了需要給人體多個(gè)部位均佩戴采集裝置的不便與不適，而且通過提取多個(gè)特征值并與特征庫進(jìn)行對(duì)比，得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，避免了對(duì)人體多個(gè)部位進(jìn)行加速度數(shù)據(jù)分析造成的數(shù)據(jù)結(jié)合困難，工作量繁多等缺陷。2、本發(fā)明的系統(tǒng)采用中斷方式處理數(shù)據(jù)采集，當(dāng)腰部產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，S卩加速度傳感器有數(shù)據(jù)輸出時(shí)誘發(fā)中斷，智能分析與處理單元的CPU在接收到中斷信號(hào)后自動(dòng)開啟數(shù)據(jù)采集，達(dá)到省電的效果。3、本發(fā)明的系統(tǒng)按照設(shè)置的開啟、關(guān)閉時(shí)間自動(dòng)開啟和關(guān)閉，亦可手動(dòng)開啟、關(guān)閉，便于使用；而且存儲(chǔ)單元中存放的學(xué)習(xí)行為分類特征庫通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法分析學(xué)習(xí)樣本而獲得，該特征庫可更新，便于系統(tǒng)升級(jí)。4、本發(fā)明外部分析程序采用針對(duì)課程的智能數(shù)據(jù)處理方法對(duì)不同組的數(shù)據(jù)記錄分別進(jìn)行分析，得出該學(xué)生在不同課堂上及課后的表現(xiàn)并可以將分析結(jié)果發(fā)送給學(xué)生家長(zhǎng)，分析結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，老師及學(xué)生本人均可以隨時(shí)查看，幫助家長(zhǎng)和老師及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，分析學(xué)生的性格特征及學(xué)習(xí)行為習(xí)慣，為學(xué)生的健康發(fā)展提供正確引導(dǎo)，達(dá)到避免偏科，德智體全面發(fā)展的目標(biāo)，為科學(xué)教育提供支持。5、本發(fā)明不影響學(xué)生正常的學(xué)習(xí)與生活，自動(dòng)對(duì)學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析與記錄，受周圍環(huán)境影響較小，適應(yīng)性較強(qiáng)。


圖I是本發(fā)明的學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)邏輯方框示意圖。圖2是本發(fā)明的學(xué)習(xí)行為采集與分析方法工作流程圖。圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)分析進(jìn)程工作流程圖。
圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集中斷處理程序工作流程圖。圖5是本發(fā)明外部分析程序工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。由圖I可知，本發(fā)明的學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)，由外部計(jì)算機(jī)和學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置連接構(gòu)成。外部計(jì)算機(jī)能夠?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)定正確的日期、時(shí)間、課程表以及學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)等信息；在系統(tǒng)初始化時(shí)將課程表以及每堂課的上課時(shí)間和下課時(shí)間、學(xué)生姓名和學(xué)號(hào)同步至學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄裝置。學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置固定在人體的腰部，能夠自動(dòng)記錄人體腰部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度變化及發(fā)生的時(shí)間，同時(shí)通過對(duì)記錄數(shù)據(jù)的智能分析，確定動(dòng)作類別，并將分析結(jié)果傳遞至外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一歩分析。本實(shí)施例的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置由動(dòng)作采集單元、智能分析與處理單元、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元和通信單元連接構(gòu)成，智能分析與處理單元通過其輸入輸出端ロ分別與動(dòng)作采集單元、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元以及通信単元相連接。
動(dòng)作采集單元采用加速度傳感器，人體不同類型的運(yùn)動(dòng)方式，對(duì)應(yīng)于腰部均會(huì)產(chǎn)生不同的加速度變化，當(dāng)裝置開啟后，加速度傳感器處于采集狀態(tài)，用于感應(yīng)人體腰部是否產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)；若有運(yùn)動(dòng)，則加速度傳感器輸出動(dòng)作信號(hào)。時(shí)鐘單元為整個(gè)裝置提供年、月、日、時(shí)、分、秒時(shí)間信息，為加速度傳感器采集到的行為數(shù)據(jù)提供時(shí)間標(biāo)記，其能夠在系統(tǒng)電源中斷狀態(tài)下保持正常工作。存儲(chǔ)單元通過非易失性存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)配置信息、學(xué)習(xí)行為分類特征庫以及學(xué)習(xí)行為特征分析結(jié)果。其中系統(tǒng)配置信息包括學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、課程表、每堂課的上課及下課時(shí)間、裝置自動(dòng)開啟時(shí)間和自動(dòng)關(guān)閉時(shí)間；學(xué)習(xí)行為分類庫在初始條件下包括跑、跳、走路、晃動(dòng)、起立、坐下、靜止以及其它動(dòng)作等8種類別的行為動(dòng)作，其是ー個(gè)可更新、可升級(jí)的行為信息特征分類庫，它通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法分析學(xué)習(xí)樣本而獲得，首先采集ー些行為動(dòng)作的樣本數(shù)據(jù)，用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法分析這些樣本并提取特征值后可形成學(xué)習(xí)行為分類特征庫，采集到的行為數(shù)據(jù)在經(jīng)過分幀和計(jì)算特征值后，通過與學(xué)習(xí)行為分類特征庫進(jìn)行比對(duì)，可得出該行為的類別。智能分析與處理單元接收加速度傳感器產(chǎn)生的中斷信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)，將獲得的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)按照要求添加時(shí)間標(biāo)簽后保存到存儲(chǔ)單元；同時(shí)對(duì)獲得的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行短時(shí)距分析，計(jì)算出動(dòng)作發(fā)生的頻率、每段動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間以及動(dòng)作強(qiáng)度等特征參數(shù)；之后其采用模式分類智能算法或者其他的算法將分析結(jié)果與存儲(chǔ)單元中的學(xué)習(xí)行為分類特征庫中的樣本進(jìn)行比對(duì)，確定行為類別。通信單元同時(shí)還與外部計(jì)算機(jī)連接，其包含有USB接ロ、藍(lán)牙、wifi、GPRS、Zigbee等有線或無線通信模塊，可以將處理結(jié)果傳輸至外部計(jì)算機(jī)，并接收外部計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)單元中的配置信息的設(shè)置以及學(xué)習(xí)行為分類庫的更新和升級(jí)。使用學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)的方法如圖2所示，包括以下實(shí)現(xiàn)步驟步驟I :系統(tǒng)啟動(dòng)后，判斷是否連接外部計(jì)算機(jī)，如果是，則進(jìn)入步驟2，否則進(jìn)入步驟3 ;所述系統(tǒng)自動(dòng)開啟與關(guān)閉時(shí)間可設(shè)置，如早上8點(diǎn)開啟，晚上9點(diǎn)關(guān)閉；系統(tǒng)按照設(shè)置的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間自動(dòng)開啟與關(guān)閉，也可手動(dòng)進(jìn)行開關(guān)。步驟2 :對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，包括設(shè)置學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、課程表、系統(tǒng)自動(dòng)開啟時(shí)間和自動(dòng)關(guān)閉時(shí)間等，并進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間同歩。
步驟3 :對(duì)硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)進(jìn)行初始化，清除數(shù)據(jù)分析標(biāo)志。步驟4 :啟動(dòng)數(shù)據(jù)分析進(jìn)程；參見圖3，數(shù)據(jù)分析進(jìn)程具體是由以下步驟實(shí)現(xiàn)。步驟4. 1 :判斷數(shù)據(jù)分析標(biāo)志是否置位，若置位，則進(jìn)入步驟4. 2，否則，重復(fù)步驟4. I。步驟4.2 :根據(jù)數(shù)據(jù)単元中的時(shí)間標(biāo)簽，對(duì)數(shù)據(jù)分幀，并計(jì)算各數(shù)據(jù)幀的特征，包括動(dòng)作頻率，強(qiáng)度，方向，持續(xù)時(shí)間等。步驟4. 3 :將幀序列特征與存儲(chǔ)單元中的分類特征庫進(jìn)行比對(duì)，確定動(dòng)作類別，包括跑、跳、走路、晃動(dòng)、起立、坐下、靜止和其他動(dòng)作8種類別。步驟4. 4:添加時(shí)間標(biāo)簽后，形成數(shù)據(jù)記錄，即動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作類別、動(dòng)作方向、平均強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間，并將其存入存儲(chǔ)單元。步驟4. 5 :清楚數(shù)據(jù)分析標(biāo)志，之后再返回步驟4. I重新開始數(shù)據(jù)分析。步驟5 :設(shè)置數(shù)據(jù)采集中斷處理程序；應(yīng)用一個(gè)數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)和一個(gè)數(shù)據(jù)分析緩沖區(qū)，首先要給獲得的傳感器數(shù)據(jù)添加時(shí)間標(biāo)簽，即記錄該動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間，然后將傳感器數(shù)據(jù)和時(shí)間標(biāo)簽構(gòu)成ー個(gè)數(shù)據(jù)単元，存入數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)；采集緩沖區(qū)滿之后將所有數(shù)據(jù)復(fù)制到分析緩沖區(qū)進(jìn)行分析，同時(shí)，采集緩沖區(qū)繼續(xù)存入新的數(shù)據(jù)單元，之前存入的數(shù)據(jù)単元被重新存入的數(shù)據(jù)單元覆蓋。參見圖4，其具體是由以下步驟實(shí)現(xiàn)。5. I)讀取時(shí)鐘信息。5. 2)獲得傳感器數(shù)據(jù)，加上時(shí)間標(biāo)簽，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)単元，存入當(dāng)前數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向的存儲(chǔ)位置；數(shù)據(jù)單元包括時(shí)間標(biāo)簽、X加速度、y加速度以及Z加速度等；5. 3)判斷緩沖區(qū)是否已滿，若緩沖區(qū)已滿，則進(jìn)行步驟5. 4)至5. 6);否則，則進(jìn)行步驟5. 7)。5. 4)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)分析緩沖區(qū)。5. 5)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向緩沖區(qū)首部。5. 6)置數(shù)據(jù)分析標(biāo)志位，結(jié)束程序。5. 7)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向下一存儲(chǔ)位置，結(jié)束程序。步驟6 :判斷系統(tǒng)是否結(jié)束，若結(jié)束，則退出系統(tǒng)，否則繼續(xù)判斷。步驟7 :外部分析程序，將存儲(chǔ)単元中的數(shù)據(jù)記錄發(fā)送至外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一歩分析，分析過程結(jié)合課程表安排，針對(duì)不同的課程及課間進(jìn)行分析。參見圖5，其具體是由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟7. I :將系統(tǒng)配置信息及時(shí)間信息同步至學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置。步驟7. 2 :獲得數(shù)據(jù)記錄后，根據(jù)課程表及每堂課的上課、下課時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分組，同種類別課程的數(shù)據(jù)記錄分為一組。步驟7. 3 :分組后的數(shù)據(jù)記錄存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中。步驟7. 4 :用針對(duì)課程的智能數(shù)據(jù)處理方法對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。步驟7. 5 :將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，結(jié)束程序。本發(fā)明的學(xué)習(xí)行為采集與分析方法利用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中斷處理程序與數(shù)據(jù)分析進(jìn)程能夠自動(dòng)采集學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析與存儲(chǔ)，并應(yīng)用外部分析進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)ー步分類分析，為學(xué)生的學(xué)習(xí)行為習(xí)慣或模式分析提供了一種新的方法。本發(fā)明的學(xué)習(xí)行為采集與分析方法不僅限于上述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.ー種學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)，其特征在于包括外部計(jì)算機(jī)和與外部計(jì)算機(jī)連接的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置；所述學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置能夠采集人體加速度信息，并將人體加速度信息傳遞至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析； 所述的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置包括 動(dòng)作采集単元，用于采集人體加速度信息，并輸出動(dòng)作信號(hào)，所述動(dòng)作采集單元為加速度傳感器； 時(shí)鐘單元，為整個(gè)裝置提供時(shí)間信息，并為加速度傳感器采集到的行為數(shù)據(jù)提供時(shí)間標(biāo)記； 存儲(chǔ)單元，用于存放系統(tǒng)配置信息、學(xué)習(xí)行為分類特征庫以及學(xué)習(xí)行為特征分析結(jié)果; 通信単元，與外部計(jì)算機(jī)相連，用于將智能分析與處理單元的處理結(jié)果傳輸至外部計(jì)算機(jī)，并接收外部計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令，實(shí)現(xiàn)配置信息的設(shè)置及學(xué)習(xí)行為分類庫的更新和升級(jí)； 智能分析與處理單元，通過其輸入輸出端ロ分別與動(dòng)作采集單元、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元以及通信単元相連接，并協(xié)調(diào)它們之間的動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)配置信息包括學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、課程表、每堂課的上課及下課時(shí)間、裝置自動(dòng)開啟時(shí)間和自動(dòng)關(guān)閉時(shí)間；學(xué)習(xí)行為分類庫在初始條件下包括跑、跳、走路、晃動(dòng)、起立、坐下、靜止的行為動(dòng)作；所述的通信單元通過USB接ロ、藍(lán)牙、wifi、GPRS、Zigbee與外部計(jì)算機(jī)相連。
3.ー種使用權(quán)利要求I的學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)的方法，其特征在于其由以下步驟組成 1)啟動(dòng)系統(tǒng)，判斷是否連接外部計(jì)算機(jī)，如果是，則進(jìn)行步驟2)，如果否，則進(jìn)行步驟3)； 2)系統(tǒng)配置，設(shè)置學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、課程表、系統(tǒng)自動(dòng)開啟時(shí)間和自動(dòng)關(guān)閉時(shí)間，并進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間同步； 3)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，將數(shù)據(jù)分析標(biāo)志清除； 4)啟動(dòng)數(shù)據(jù)分析進(jìn)程； 5)設(shè)置數(shù)據(jù)采集中斷處理程序； 6)判斷系統(tǒng)是否結(jié)束，若結(jié)束，則退出系統(tǒng)，否則繼續(xù)判斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述方法還包括步驟7)外部分析程序，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)記錄發(fā)送至外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一歩分析，分析過程結(jié)合課程表安排，針對(duì)不同的課程及課間進(jìn)行分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟7)具體是 .7.I)將系統(tǒng)配置信息及時(shí)間信息同步至學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置； .7.2)獲得數(shù)據(jù)記錄后，根據(jù)課程表及每堂課的上課、下課時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分組，同種類別課程的數(shù)據(jù)記錄分為ー組； .7.3)分組后的數(shù)據(jù)記錄存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中； .7.4)用針對(duì)課程的智能數(shù)據(jù)處理方法對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析； .7.5)將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，結(jié)束程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟4)具體是 4. I)判斷數(shù)據(jù)分析標(biāo)志是否置位，若置位，則進(jìn)入步驟4. 2)，否則，重復(fù)4. I)； 4. 2)根據(jù)數(shù)據(jù)單元中的時(shí)間標(biāo)簽，對(duì)數(shù)據(jù)分幀，并計(jì)算各數(shù)據(jù)幀的特征； 4. 3)將幀序列特征與存儲(chǔ)單元中的分類特征庫進(jìn)行比對(duì)，確定動(dòng)作類別； 4.4)添加時(shí)間標(biāo)簽后，形成數(shù)據(jù)記錄，并存入存儲(chǔ)單元； 4.5)清楚數(shù)據(jù)分析標(biāo)志，返回步驟4. I)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在干所述步驟4.2)中的數(shù)據(jù)幀的特征是指動(dòng)作頻率、強(qiáng)度、方向以及持續(xù)時(shí)間；所述步驟4.3)中的動(dòng)作類別是指跑、跳、走路、晃動(dòng)、起立、坐下以及靜止；所述步驟4. 4)中的數(shù)據(jù)記錄包括動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作類別、動(dòng)作方向、平均強(qiáng)度、頻率以及持續(xù)時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟5)具體是 5.I)讀取時(shí)鐘信息； 5.2)獲得傳感器數(shù)據(jù)，加上時(shí)間標(biāo)簽，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)単元，存入當(dāng)前數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向存儲(chǔ)位置； 5.3)判斷緩沖區(qū)是否已滿，若緩沖區(qū)已滿，則進(jìn)行步驟5. 4)至5. 6);否則，則進(jìn)行步驟5.7)； 5.4)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)分析緩沖區(qū)； 5.5)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向緩沖區(qū)首部； 5.6)置數(shù)據(jù)分析標(biāo)志位，結(jié)束程序； 5.7)將數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)指針指向下一存儲(chǔ)位置，結(jié)束程序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述方法，其特征在干所述步驟5.2)中的數(shù)據(jù)單元包括時(shí)間標(biāo)簽、X加速度、y加速度以及z加速度。
全文摘要
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種學(xué)生學(xué)習(xí)行為采集與分析系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括外部計(jì)算機(jī)和與外部計(jì)算機(jī)連接的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置；所述學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置能夠采集人體加速度信息，并將人體加速度信息傳遞至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析；學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄裝置包括動(dòng)作采集單元、時(shí)鐘單元、存儲(chǔ)單元、通信單元以及智能分析與處理單元，智能分析與處理單元通過其輸入輸出端口分別與動(dòng)作采集單元、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元以及通信單元相連接，并協(xié)調(diào)它們之間的動(dòng)作，其避免了需要給人體多個(gè)部位均佩戴采集裝置的不便與不適，而且通過分析學(xué)生的性格特征及學(xué)習(xí)行為習(xí)慣，為學(xué)生的健康發(fā)展提供正確引導(dǎo)，達(dá)到避免偏科。
文檔編號(hào)G06F1/32GK102663347SQ20121007665
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者吳曉軍, 良梓, 馬悅 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)