CN103892808B - 一种基于北斗系统的户外活动智能安全监护及应急系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于人体特征参数采集技术及卫星导航定位技术领域，具体涉及一种户外活动安全监护、预警及突发危险时有效定位的基于北斗系统的户外活动智能安全监护及应急系统。基于北斗系统的户外活动智能安全监护及应急系统，包括传感器模块、北斗模块、信息处理与控制模块、信息显示及预警模块。本发明不仅可以将发生突发状况时的位置信息发送给救援中心，还可以将生命基本特征一同发送，以便救援中心了解具体情况，采取后续的救援调度。在发出求助信号后，控制单元会自动开启主电池检测功能，在主电池馈电时将自动切换到备用电池为控制单元和北斗定位单元供电，保证求助信号的可靠性和持续性。

Description

一种基于北斗系统的户外活动智能安全监护及应急系统

技术领域

本发明属于人体特征参数采集技术及卫星导航定位技术领域，具体涉及一种户外活动安全监护、预警及突发危险时有效定位的基于北斗系统的户外活动智能安全监护及应急系统。

背景技术

户外探险主要有滑翔(有动力、无动力)、野外生存、热气球、野外活动、跳伞、丛林穿越、探险挑战赛、登山、扎筏、攀岩、漂流、溯溪、露营、探洞、泅渡等。近几年来，随着户外运动的增加，越来越多的“驴友”走出大城市，走进大自然，挑战自我。然而缺乏经验和安全检测救援装备的户外爱好者如今在中国也在快速增长。根据中国登山协会的统计，去年有65人在户外探险时死于意外，数量是9年前的10倍。目前的安全检测救援装备针对于户外探险的很少，绝大多数都是城市内个体的安全监护设备，体积及重量较大，功耗高，不利于户外携带。由于缺乏针对性，所以现有的安全监护参数比较单一，大多数监护设备仍然是对血压、心电、体温进行单独监护或者是对血压和心率进行监护，结合跌倒监测的很少。而在户外探险中由于突发情况（气温骤降、缺氧等）导致的晕倒、昏厥、失足坠落等带来的危险情况都由跌倒开始。另外现有的安全监护设备在发生危险时，监护装备缺少智能判断，需人为触发应急救援系统，而多数情况是受监护个体此时无法或无能力触发应急救援系统而导致救援不及时，危及自身生命安全。另外，由于通信原因，城市内的通信设备（如手机）由于信号问题无法使用，无法获得相近位置的突发恶劣状况（如雷雨、大风等）的提示与预警，使受监护者缺少有效的防范。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、智能、可靠的一种基于北斗系统的户外活动智能安全监护及应急系统。

本发明的目的是这样实现的：

该系统包括：传感器模块、北斗模块、信息处理与控制模块、信息显示及预警模块。传感器模块包括温度传感器、血压传感器、心率传感器及三轴加速传感器，其中，温度传感器模块监测受监护者的体温特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；血压传感器模块，监测受监护者的血压特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；心率传感器模块，监测受监护者的心率特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；三轴加速度传感器模块，监测受监护者是否发生意外跌倒或失足坠落，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；

北斗模块通过北斗二代接收卫星定位信息及授时信息；通过北斗一代卫星（BD1）的短报文接收功能从服务中心接收恶劣状况的预警信息；向服务中心发出位置定位及体征参数求救信息；

信息处理及控制处理模块将前端传感器信息汇总及处理，并根据程序算法设定作出判断，给出预警提示，将卫星信息接收模块接收到的信息进行解码后送至信息显示模块，在控制单元判断发生危险发出求助信号后，控制单元自动检测主电池，在主电池馈电时切换到备用电池为控制单元和北斗定位单元供电；

信息显示及预警模块包括显示传感器模块采集的信息及其从服务中心接收到的预警信息，当体温、血压、心率参数异常时预警模块会自动发出声光报警提示受监护者。

北斗模块，采用UM330模块。

本发明的有益效果在于：

三轴加速度传感器模块可以监测受监护者是否发生意外跌倒或失足坠落，作出智能判断并发出求助及定位信息。不仅可以将发生突发状况时的位置信息发送给救援中心，还可以将生命基本特征一同发送，以便救援中心了解具体情况，采取后续的救援调度。在发出求助信号后，控制单元会自动开启主电池检测功能，在主电池馈电时将自动切换到备用电池为控制单元和北斗定位单元供电，保证求助信号的可靠性和持续性。

附图说明

图1为本发明的结构框图

图2为本发明信息处理与控制单元的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是：系统包括传感器模块、北斗模块、信息处理与控制模块、信息显示及预警模块四个部分。

所述的传感器模块包括温度、血压、心率及三轴加速传感器四个子模块，其中，温度传感器模块用以监测受监护者的体温特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；血压传感器模块，用以监测受监护者的血压特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；心率传感器模块，用以监测受监护者的心率特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；三轴加速度传感器模块，用以监测受监护者是否发生意外跌倒或失足坠落，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；

所述的北斗模块的功能主要有三方面：一是通过北斗二代（BD2）/GPS接收卫星定位信息及授时信息；二是在通信条件受限的区域（如深山、密林）时，如相近位置有突发恶劣状况（雷雨、大风、泥石流等），本模块可通过北斗一代卫星（BD1）的短报文接收功能从服务中心接收上述恶劣状况的预警信息；三是在受监护者发生危险时向服务中心发出位置定位及体征参数等相关求救信息。

所述的信息处理及控制处理模块主要完成以下工作：一是将前端传感器信息汇总及处理，并根据程序算法设定作出判断，给出适时的相关预警提示。二是将卫星信息接收模块接收到的信息进行解码、处理后送至信息显示模块。三是主、备电源切换处理。即在控制单元判断发生危险发出求助信号后，控制单元会自动开启主电池检测功能，在主电池馈电时将自动切换到备用电池为控制单元和北斗定位单元供电，保证求助信号的可靠性和持续性。

所述的信息显示及预警模块包括显示传感器模块采集的信息及其从服务中心接收到的预警信息，当某些参数（体温、血压、心率）异常时预警模块会自动发出声光报警提示受监护者。

所述的北斗模块，采用UM330模块，不仅可以实现BD2、GPS双模卫星导航定位，提供更加精确地定位，还可以实现BD1的短报文收发功能，为受监护者提供及时的预警信息和高效的应急救援。

如图1所示，传感器模块包括体温、血压、心率及三轴加速传感器四个子模块，分别负责采集受监护者的基本生命体征参数和对受监护者的姿态及其运动状态进行监控。北斗模块可接收定位及授时信息，并将定位信息传送至服务中心实时显示及处理，若服务中心发现受监护者相近位置出现恶劣状况，服务中心可将预警信息可通过北斗一代的短报文接收功能将其传送给本系统的北斗模块。信息处理与控制模块会将接收到的数据进行筛选、判断，并分别加以显示及预警。若判别受监护者发出危险时，可自动发出求助救援信息。

本系统各器件可做如下选择：

信息处理与控制模块芯片采用基于Corte-M4内核的STM32F407微控制器，其特点是低功耗低，低成本且拥有处理浮点数据能力。

北斗模块采用UM330模块，不仅可以实现BD2、GPS双模卫星导航定位，提供更加精确地定位，还可以实现BD1的短报文收发功能，为受监护者提供及时的预警信息和高效的应急救援。

体温传感器采用瑞士Sensirion公司推出的SHTxx单片数字温湿度集成传感器；血压传感器采用台盈科技所研发TWS581模块组；心率传感器采用HKX-08A心率传感器，以上三种传感器的其特点是微功耗、集成度高、体积小。适合携带及动态监控。

三轴加速度传感器采用ADXL335，其特点是小尺寸、薄型、低功耗、完整的三轴加速度计，提供经过信号调理的电压输出，满量程加速度测量范围为±3g（最小值）。利用该传感器，可以对人体的姿态及其运动状态进行监控。

显示模块采用GDM0680VALCD彩色段式液晶显示屏。

报警模块采用VS1003B语音芯片。

具体信号流程如图2所示。系统初始化后，系统启动传感器模块及北斗模块，然后将传感器采集的体征信息及北斗模块接收信息送至信息处理与控制模块，信息处理与控制模块会根据接收数据作出如下工作方式判别：

1）各基本体征参数正常，三轴加速度传感器输出正常，受监护者附近无恶劣状况发生，此时系统会定时的将人体基本特征参数（体温、血压、心率）送至显示模块，受监护者可通过显示装置查看自身特征参数。同时，实时的将卫星定位信息及授时信息加以显示；

2）当温度、血压或心率参数异常时预警模块会自动发出声光报警提示受监护者，受监护者可自行关闭报警；

3）服务中心通过北斗模块实时跟踪受监护者的位置，若相近位置有突发恶劣状况（雷雨、大风、泥石流等）发生，本系统可通过北斗模块的短报文接收功能从服务中心接收相近位置恶劣状况的预警信息，并声光提示受监护者，使其做出相应防范，避免危险发生。

4）当三轴加速度传感器输出异常时，信息处理与控制模块会这些信息进行处理，过滤掉冗余信息进行智能算法判别，若判断受监护者发生意外跌倒或失足坠落，报警模块会发出声光报警提示，受监护者可自行关闭报警。若在系统设定的时间未被及时关闭，则系统判断受监护者发生危险，此时系统会做出如下动作：①系统通过北斗模块发出求助及定位信息；②受监护者的基本生命特征信息（体温、血压、心率）经控制单元压缩后定时由北斗模块通过短信形式发送给服务中心；③控制单元会自动开启主电池检测功能，在主电池馈电时将自动切换到备用电池为系统供电，保证求助信号的可靠性和持续性。

本系统设有求助触发开关，在受监护者感到身体不适，无法自行完成户外活动时，可触发求助开关，系统也会按受监护者发生危险情况处理。处理动作同上所述。

Claims (1)

1.一种基于北斗系统的户外活动智能安全监护及应急系统，包括传感器模块、北斗模块、信息处理与控制模块、信息显示及预警模块，其特征在于：

所述的传感器模块包括温度传感器、血压传感器、心率传感器及三轴加速度传感器，其中，温度传感器监测受监护者的体温特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；血压传感器，监测受监护者的血压特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；心率传感器，监测受监护者的心率特征，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；三轴加速度传感器，监测受监护者是否发生意外跌倒或失足坠落，并将监测到的数据发送到信息处理与控制模块；

所述的北斗模块通过北斗二代接收卫星定位信息及授时信息；通过北斗一代卫星(BD1)的短报文接收功能从服务中心接收恶劣状况的预警信息；向服务中心发出位置定位及体征参数求救信息；

所述的信息处理及控制模块将前端传感器信息汇总及处理，并根据设定的程序算法作为判断，给出预警提示，将卫星信息接收模块接收到的信息进行解码后送至信息显示及预警模块，在信息处理与控制模块判断发生危险发出求助信号后，信息处理与控制模块自动检测主电池，在主电池馈电时切换到备用电池为信息处理与控制模块和北斗定位单元供电；

所述的信息显示及预警模块包括显示传感器模块采集的信息及其从服务中心接收到的预警信息，当体温、血压、心率参数异常时信息显示及预警模块会自动发出声光报警提示受监护者；所述的北斗模块，采用UM330模块；

系统初始化后，系统启动传感器模块及北斗模块，将传感器采集的体征信息及北斗模块接收信息送至信息处理与控制模块，信息处理与控制模块会根据接收数据作出如下工作方式判别：

1)各基本体征参数正常，三轴加速度传感器输出正常，受监护者附近无恶劣状况发生，此时系统会定时的将人体体温、血压、心率特征参数送至信息显示及预警模块，受监护者可通过信息显示及预警模块查看自身特征参数,实时的将卫星定位信息及授时信息加以显示；

2)当温度、血压或心率参数异常时信息显示及预警模块会自动发出声光报警提示受监护者，受监护者可自行关闭报警；

3)服务中心通过北斗模块实时跟踪受监护者的位置，若相近位置有突发恶劣状况发生，本系统通过北斗模块的短报文接收功能从服务中心接收相近位置恶劣状况的预警信息，并声光提示受监护者，使其做出相应防范，避免危险发生；

4)当三轴加速度传感器输出异常时，信息处理与控制模块对这些信息进行处理，过滤掉冗余信息进行智能算法判别，若判断受监护者发生意外跌倒或失足坠落，报警模块会发出声光报警提示，受监护者可自行关闭报警；若在系统设定的时间未被及时关闭，则系统判断受监护者发生危险，此时系统会做出如下动作：系统通过北斗模块发出求助及定位信息；受监护者的体温、血压、心率特征信息经信息处理与控制模块压缩后定时由北斗模块通过短信形式发送给服务中心；信息处理与控制模块会自动开启主电池检测功能，在主电池馈电时将自动切换到备用电池为系统供电。