1.本实用新型属于电子信息和自动控制技术领域，具体涉及一种基于真实设备的远程学习和实验平台。


背景技术：

2.在高等教育和职业教育的工科教学和科研过程中，实验室是重要的环节之一，实验室的实操环节让学生能更好的理解理论知识，激发学生的创新创造能力，但目前教学中实验室设备资源有限，只能将学生分组完成实验，实验过程操作无法兼顾到每个同学，而且大多数情况下是需要在规定时间内完成实验，如无法完成再安排时间进行实验也比较困难，在职人员进行继续教育，理论知识的学习方式相对灵活，但实验实践环节无法得到满足；
3.在科研中许多实验室设备比较昂贵，资源高度集中在少数科研单位，无法方便快捷地满足更多的科研人员学习和使用；
4.此外，实验设施的升级和维护也需要投入相关的人力和资金；
5.上述问题在某种程度上限制了实验环节的发展，影响了学生和科研人员的学习、创新和科研的需求；
6.鉴于以上，我们提供一种基于真实设备的远程学习和实验平台用于解决上述问题。


技术实现要素：

7.针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型提供一种基于真实设备的远程学习和实验平台，该平台集在线学习、控制、监测、自动化管理和安全防护等功能为一体，能让实验者远程操作真实的实验设备，观察实验现象和记录实时实验数据，获得如同在现场进行实验的效果。
8.一种基于真实设备的远程学习和实验平台，包括用户端、远程控制端、实验室端，其特征在于，所述实验室端包括相连接的远程实验客户端、实验数据历史数据库、实验室计算机，所述远程控制端包括远程控制服务器，所述用户端包括web服务器；
9.所述远程控制服务器与远程实验客户端相连并且控制实验室计算机进行实验，所述web服务器与远程控制服务器相连并且实现实验预约；
10.所述远程实验客户端实现对实验设备的控制以及实验数据信息的显示。
11.所述web服务器包括用户端计算机、数据库服务器以及远程学习和实验web页面，所述用户端计算机与数据库服务器相连；
12.所述web页面分为注册登录模块、课程及实验发布模块、课程及实验查询模块、用户管理模块、文件上传和下载模块、实验预定模块、远程实验模块、课程考核模块、答疑互动模块和在线直播模块。
13.优选的，所述远程实验客户客户端包括与远程控制服务器相连的实验设备信息采
集与控制模块、视频采集模块、定位模块、音频采集模块、视频采集模块、安全模块、音频控件。
14.优选的，所述音频采集模块安装在实验室计算机中。
15.优选的，所述视频采集模块包括单目摄像头，所述单目摄像头用来采集实验设备运行的图像视频，所述定位模块包括双目摄像头，所述双目摄像头实现对实验设备信息的定位。
16.上述技术方案有益效果在于：
17.（1）该平台集在线学习、控制、监测、自动化管理和安全防护等功能为一体，能让实验者远程操作真实的实验设备，观察实验现象和记录实时实验数据，获得如同在现场进行实验的效果；
18.（2）在本方案中，用户可以不受时间和空间的限制，通过网络操作真实的实验设备，随时随地进行学习和实验，打破理论学习和实验室操环节之间的限制，提升学习的便捷性和效率；
19.（3）学生先通过理论学习，再通过远程实验系统连接实验室计算机，以实现对实验设备的实时控制、数据采集、分析和监测，利用该平台学生可以随时随地独自实验或与其他人协作实验，协作人之间还可进行实时的沟通交流，有效解决了传统教学实验效果差、学生互动性不足的问题；
20.（4）教师可以利用该平台进行课堂演示，打破实验室和教室之间的限制，提升教学效果；
21.（5）科研人员可以利用该平台便捷的进行预约和操作外部实验设备，打破了实验室资源集中的限制，提升了科研效率和重要设备的利用率；
22.（6）该平台视频采集和定位模块不仅可以实时观察实验现象，还能实现三维空间定位，此外，该平台还设置安全监测模块，在一定程度上防止操作不当对实验室的设备和周围环境造成损坏。
附图说明
23.图1为本实用新型远程学校和实验平台框架示意图；
24.图2为本实用新型远程学习和实验web网站功能示意图；
25.图3为本实用新型远程学习和实验流程示意图。
具体实施方式
26.有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现，以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
27.实施例1，本实施例提供一种基于真实设备的远程学习和实验平台，包括用户端、远程控制端、实验室端，其特征在于，所述实验室端包括相连接的远程实验客户端、实验数据历史数据库、实验室计算机，远程控制端包括远程控制服务器，用户端包括web服务器；
28.远程控制服务器与远程实验客户端相连，web服务器与远程控制服务器相连，用户可通过web服务器进行实验预约并且预约完成后通过该远程控制服务器控制实验室计算机
进行实验，远程实验客户端实现对实验设备的控制以及实验数据信息的显示，使得用户可以不受时间和空间的限制，通过网络操作真实的实验设备，随时随地进行学习和实验，打破理论学习和实验室操环节之间的限制，提升学习的便捷性和效率；
29.实验数据历史数据库可以为每位用户提供专用文件夹，保存个人相关文件和在实验过程中采集到的必要实验实时数据，以便实验者对实验数据进行分析。
30.实施例2，在实施例1的基础上，web服务器包括相连接的用户端计算机和数据库服务器，远程学习和实验web页面包括用户界面和管理员界面，远程学习和实验web页面设置于用户端计算机内，参照附图2中所示，当用户使用时，用户可通过用户端计算机上的注册登录模块登录用户界面并且完成信息注册，并且通过实验预定模块完成对其所需进行实验的预约（实验预定模块可实现对实验设备状态的管理以及实验设备的分配和实验的预约），用户界面还包括课程及实验查询模块、远程实验模块、课程考核模块、答疑互动模块、在线直播模块、文件上传和下载模块；
31.远程实验模块可实现接受用户实验预约的请求并且连接实验室计算机，进而完成远程实验操作；
32.课程及实验查询模块包含课程信息、课程视频、实验信息、实验指导书、实验指导视频，用户可通过该模块查询相关的实验及课程并且根据其自身需求而通过远程实验模块进行预约；
33.答疑互动模块、在线直播模块可使得用户在学习和实验过程中存在的疑问、问题，可通过答疑互动进行交流、分析，从而将用户的个人学习经验进行分享并且还可对用户提出的问题进行解答；
34.课程考核模块、文件上传和下载模块用来当用户完成理论学习或者远程实验后，进入考核环节并且通过答题或者上传作业的形式完成对其自身的考核，并且对其考核数据进行分析；
35.当管理员使用时，通过注册登录模块登录管理员界面，管理员通过用户管理模块实现对网站信息的修改以及对用户的管理，即，实现对用户人员的添加和删除。
36.实施例3，在实施例2的基础上，远程实验客户客户端包括与远程控制服务器（包括远程控制模块）相连的实验设备信息采集与控制模块、定位模块、音频采集模块、视频采集模块、安全模块、音频控件；
37.实验设备信息采集与控制模块，将实验设备的运行数据实时显示在远程实验客户端，数据可以直接显示在远程实验客户端或者通过调用第三方软件进行显示，并把必要的实验数据归档保存；
38.音频采集模块用于将采集到的音频流（用户通过答疑互动模块、在线直播模块进行交流、互动以及疑难问题解答时的对话）通过网络传输至用户计算机，实现远程音频互动并且将采集到的音频内容及时进行储存；
39.视频采集模块用来采集实验设备的运行图像视频（使得用户通过远程实验客户端来实时查看其实验的开展过程）并且在实验设备运行的空间范围内建立空间坐标，在实验设备需要达到固定位置或者实验设备运行需要空间坐标信息时，可以为实验设备提供参考依据，视频采集模块实时将采集到的实验设备运行图像的视频信息进行储存；
40.安全模块用于在实验过程中当采集到实验设备运行的状态信息超出划定的运行
范围时控制实验设备停止或者复位，即，通过安全模块划定实验设备的运行范围或者运行状态的阈值来减少和避免因操作不当对实验设备造成的损坏或对实验室环境造成的破坏，一旦实验设备超出实验设备的运行范围或运行状态的阈值，安全模块发送指令至实验计算机并且强制停止实验设备的运行或者将实验设备进行复位；
41.音频控件用于使得用户调取和控制其在进行实验操作时的视频流（采集到的实验设备的运行图像视频）和音频流（用户通过答疑互动模块、在线直播模块进行交流、互动以及疑难问题解答时的对话），用于实现对整个实验的回顾以及学习。
42.实施例4，在实施例3基础上，我们将音频采集模块安装在实验室计算机中，用于实现对用户在进行实验时所进行交流、互动的对话进行实时采集并且储存。
43.实施例5，在实施例3的基础上，视频采集模块包括单目摄像头，所述单目摄像头用来采集实验设备运行的图像视频，定位模块包括双目摄像头，所述双目摄像头实现对实验设备信息的定位；
44.关于双目摄像头定位实现的步骤如下：
45.s1：在两个及两个以上给定的参考位置上利用双目摄像头获得离线目标的图像，并提取离线目标图像的纹理特征和深度信息；
46.s2：通过训练数据库中的训练样本，得到纹理特征和深度信息的回归函数；
47.s3：利用双目摄像头获得在线目标的纹理特征和深度信息；
48.s4：利用s2中得到的纹理特征和深度信息的回归函数获取初步定位信息；
49.s5：利用初始位置修正得到精确定位的目标位置。
50.用户通过该平台进行远程实验时，首先通过远程学习和实验web网站登录远程学习和实验平台，可以看到课程和实验的相关信息，然后完成信息注册后就可以在远程学习和实验web页面的用户界面选择所要学习的课程，理论课程将通过点播或者直播的形式呈现给用户；
51.用户如需要远程实验，则可以通过远程学习和实验web页面选择其所需的实验并且发送实验请求，实验请求信息通过互联网发送至实验预定模块，实验预定模块根据实验设备的空闲状态信息通过远程学习和实验web页面反馈给用户，用户通过远程学习和实验web页面选择相应的实验设备并且预约其相应的实验时段，在预约到的相应实验时段之间用户通过远程实验模块连接实验室计算机，进而完成远程实验操作，当用户选定实验设备后获得对应实验设备的监测和控制权，关于用户进行课程学习以及远程实验操作的具体流程，如附图3所示；
52.用户通过远程实验客户端输入相应的命令和参数，实现对实验设备的控制和对安装在实验室计算机上的软件程序的调用，并且通过视频采集模块实时监控实验设备运行的图像画面，观察实验现象，在实验过程中的实验设备的运行数据将存放在实验数据历史数据库中，方便后期用户完成数据的记录和分析；
53.如果用户在课程学习和实验过程中存在疑问，可通过答疑互动模块以及在线直播模块进行交流、沟通、互动，用于解决用户间的疑难问题，待用户完成理论学习或者完成远程实验操作后，进入考核环节，用户通过答题或者上传作业的形式完成其成绩的考核。
54.上面所述只是为了说明本实用新型，应该理解为本实用新型并不局限于以上实施例，符合本实用新型思想的各种变通形式均在本实用新型的保护范围之内。