基于智能感知技术的普适学习系统的设计与实现

摘要

近年来，随着移动计算技术、无线通信技术的创新和发展，数字学习(E-learning)将从移动学习(M-leaming)阶段进入普适学习(U-learning)阶段。普适学习(U-learning)通过分析多种传感器数据，从而具备感知学习情境的能力。借助这种情境感知服务，学习者可以同时与真实世界和数字世界进行自然交互，普适学习系统也可以检测学习者所处的状态以便提供有针对性的学习指导。随着智能手机的普及，基于智能感知技术的普适学习将成为未来研究的趋势。
　　本文首先介绍了普适计算、普适学习与智能手机感知的发展现状，研究了位置感知、环境感知和动作感知等智能感知的关键技术，分析了普适学习系统的基本需求与对应功能，并以此为基础，提出普适学习系统的总体及各个功能模块的设计，把普适学习系统从功能上划分为学习、感知和数据三个模块。
　　针对每年部队组织国防开放日活动时人员多、范围广、交互性不强、整体教育效果差的缺点，将基于智能感知的普适学习系统部署在军营开放日的国防教育场景中。利用当前人们普遍持有的智能手机系统，收集各种传感器信息，通过无线网络(移动通信网或者WLAN)传至后台进行模式匹配和情境推理，然后根据不同的情境派生不同的业务。本文设计并实现了与之对应的原型系统——开放日国防教育系统——NDES(National Defense Education System)，提出了总体框架、主要流程、系统数据结构、软件设计模型和系统硬件设计的解决方案，重点设计并实现了智能感知部分对应的位置感知、环境感知和动作感知三大子系统。该原型系统应用于75230部队2012年的国防开放日活动，取得良好效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 相关研究现状

1．3 论文主要工作及组织结构

1．3．1 主要工作

1．3．2 本文的组织结构

2 关键感知技术研究

2．1 位置感知

2．1．1 基于GPS的定位方法

2．1．2 基于网络的无线定位方法

2．2 环境感知

2．2．1 基于声音的环境感知

2．2．2 基于图像的环境感知

2．2．3 基于近场通信的环境感知

2．3 动作感知

2．3．1 基于前置摄像头的动作感知

2．3．2 基于加速度传感器的动作感知

2．5 本章小结

3 普适学习系统需求分析与功能设定

3．1 普适学习系统的基本需求分析与功能描述

3．2 普适学习系统的总体功能设定

3．2．1 系统功能模块划分

3．2．2 感知模块设定

3．2．3 学习模块设定

3．2．4 数据模块设定

3．3 本章小结

4 开放日国防教育系统——NDES设计

4．1 军营开放日场景描述与分析

4．1．1 场景描述

4．1．2 场景分析

4．2 NDES设计

4．2．1 系统总体框架设计

4．2．2 系统流程设计

4．2．3 系统数据结构设计

4．2．4 系统软件开发模型设计

4．2．5 系统硬件设计及性能需求

4．3 本章小结

5 NDES实现

5．1 系统实现方法和技术

5．1．1 情境驱动的开发方法

5．1．2 客户端与服务器的实现技术

5．1．3 客户端与服务器间的通信技术

5．2 位置感知子系统

5．2．1 获取终端位置信息

5．2．2 跟踪终端移动轨迹

5．3 环境感知子系统

5．3．1 基于快速识别码技术的实现

5．3．2 基于近场通信技术的实现

5．4 动作感知子系统

5．5 NDES系统使用效果评估

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 展望

参考文献

致谢