CN110728823A - 一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，包含定位终端、服务平台和通信网络。服务平台包括服务器，定位终端通过通信网络与服务器连接，上报被监护学员的监护信息；服务器设置包含被监护学员家庭、机构和往返常路径的路径感知电子围栏，其中包含区域信息、方向信息和预期耗时信息，并下发到定位终端。定位终端采集监护信息后，比对电子围栏中的信息，当发生围栏越界、方向错误或者时间异常等情况时，向服务器实时报告，其他情况下长间隔上报监护信息。本发明在定位终端完成围栏信息的比对，正常情况下降低和服务器的通信频率，在异常情况下实时上报，兼顾服务器收集数据和实时报警的需求，大幅降低了终端的功耗，延长待机时间。

Description

一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统

技术领域

本发明涉及电子围栏系统，特别是一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统。

背景技术

在社会生产和生活中，有日常定点往返与两处地点的需求，如学员参与学习或者培训，从而需要定期往返于家庭和机构之间。对于一些身体条件不适合独立往返学员，比如未成年儿童、智力残疾人等，就要求学员家庭每次都要接送，这极大的加重了学员家庭的负担。当某些家庭无法做到每次都接送的时候，就有可能发生学员在往返路程中出现意外的情况。

为了解决此类问题，现有的技术采用让学员佩戴定位终端，定位终端通过多种定位方式捕捉到终端的位置信息，再通过网络回传数据至服务平台。在服务平台上设置电子围栏和危险区域，当定位终端在离开围栏后或者接近危险区域时实现报警，及时通知相关人员。但此技术存在若干问题，

首先，在电子围栏的具体设置方式上，为了提高报警的灵敏度，需要将电子围栏设置的较小，但因为定位总有一定的偏移问题，就会导致有较高的误报率，同时人的行进过程是个路径，围栏的设置会非常复杂(如果设置一个简单形状的围栏把整个路径包含进来，围栏范围太大，起不到报警的作用)。

其次，在实际服务场景，服务人员需要实时跟踪多个学员的位置和路径，直到被监护学员抵达目的地，对服务人员的要求很高，在多人的情况下还可能无法及时发现问题。家属亲自实时监控的情况下，虽然只需要跟踪一个人，但对家属个人时间的占用也很长。

再次，为了保证监护信息的实时性，要求定位终端频繁的和服务器通信，这使得定位终端需要花费大量的功耗在与服务器通信上，减少了定位终端的待机时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统主要解决上述现有技术存在的问题，它可以在保持监护有效性的前提下，降低电子围栏的误报率，同时不需要服务人员对被监护对象实时监控，提高了监护的效率，并且降低定位终端的功耗，延长待机时间。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，包含定位终端、服务平台和通信网络，其特征在于，所述服务平台包括服务器；所述定位终端采集监护信息，所述监护信息包含位置信息和时间信息；

路径感知电子围栏由在第一位置处设置的第一位置电子围栏、在第二位置处设置的第二位置电子围栏和沿着所述常路径的路径电子围栏三者合并构成，包含区域信息；所述路径感知电子围栏还包含所述常路径，所述常路径基于所述被监护学员历史往返的轨迹记录得出。

所述定位终端采集所述监护信息，并比对所述监护信息和所述路径感知电子围栏的信息；当比对结果异常时，所述定位终端实时通过通信网络向所述服务器上报采集到的所述监护信息并报告异常；当比对结果正常时，所述定位终端，每隔L分钟连接一次所述服务器上报采集到的所述监护信息，或者直接丢弃采集到的所述监护信息。

进一步地，所述常路径和所述路径感知电子围栏由所述服务器或者所述定位终端计算得出。

进一步地，当所述被监护学员离开所述第一位置电子围栏或者所述第二位置电子围栏的时候，所述定位终端每隔M秒钟采集一次所述监护信息；其他时刻，所述定位终端每隔N分钟采集一次所述监护信息；所述服务器接收并处理所述监护信息；

所述常路径包含路径方向信息，还包含允许所述被监护学员进行往返的时间段信息。

进一步地，所述路径感知电子围栏形成包含：

步骤101、将所述常路径分解成多个连续的子路径；

步骤102、以所述子路径为轴线向两侧扩展，形成包含所述子路径的管道形状；

步骤103、将所述管道形状首尾连接；

步骤104、去除所有重叠部分的内部线条、保留重叠部分的外围线条，构成所述路径电子围栏；

步骤105、以所述第一位置的定位点为中心，形成所述第一位置电子围栏；

步骤106、以所述第二位置的定位点为中心，形成所述第二位置电子围栏；

步骤107、将所述第一位置电子围栏和所述路径电子围栏连接，连接方式为将所述路径电子围栏一端放置于所述第一位置电子围栏的中心上；

步骤108、去除所述第一位置电子围栏和所述路径电子围栏重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤109、将所述第二位置电子围栏和所述路径电子围栏连接，连接方式为将所述路径电子围栏一端放置于所述第二位置电子围栏的中心上；

步骤110、去除所述第二位置电子围栏和所述路径电子围栏重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤111、将所有保留的线条连接起来，构成一个封闭的区域，形成所述路径感知电子围栏的所述区域信息；

步骤112、记录所述常路径的所述路径方向信息，形成所述路径感知电子围栏的所述方向信息。

进一步地，所述常路径基于所述学员的一个或者多个历史所述轨迹记录计算获得；所述轨迹记录包含所述监护信息；所述常路径的生成包含步骤：

步骤201、从所述轨迹记录中，依据所述时间信息，选取时间上相邻的两个定位点的位置，形成相邻定位点；

步骤202、将所述相邻定位点投射到地图上；

步骤203、在所述地图上，排除不合理的路径选择，求解所述相邻定位点之间的最短路径，得到合理路径；

步骤204、重复步骤201至步骤203，直到所述轨迹记录中所有的点都遍历完成，得到一个或者多个所述合理路径；

步骤205、以所述时间信息排序，连接全部所述合理路径，并记录所述路径方向信息，形成所述常路径，所述合理路径的方向记录为所述常路径的所述路径方向信息。

进一步地，生成所述轨迹记录包含步骤：

步骤301、当所述被监护学员离开所述第一位置电子围栏或者所述第二位置电子围栏的时候，或者当家属或机构进行操作，设置所述被监护学员离开所述第一位置或者所述第二位置的时候，由开始所述轨迹记录的生成；

步骤302、所述定位终端收集自身信息得到所述监护信息，并上报所述监护信息至所述服务器；

步骤303、所述服务器记录上报的所述监护信息，从中分离出所述位置信息和所述时间信息，得到所述轨迹记录；

步骤304、重复步骤302至303，直到所述学员进入所述第一位置电子围栏或者所述第二位置电子围栏后，或者当家属或机构进行操作，设置所述被监护学员到达所述第一位置或者所述第二位置的时候，停止所述轨迹记录的生成。

进一步地，所述路径感知电子围栏包含的所述常路径，还包含预期耗时信息；在所述路径感知电子围栏中设置多个特定定位点；所述被监护学员沿着所述常路径的所述方向信息中指定的方向，从起点开始行进并抵达每一个所述特定定位点的合理耗时，记录为所述常路径的所述预期耗时信息。

进一步地，所述预期耗时信息计算步骤包含：

步骤401、将所述路径感知电子围栏分隔成多个小区域，每个所述小区域包含一个所述特定定位点；

步骤402、从所述轨迹记录中，得到所述学员从所述起点开始直到进入每一个所述小区域的耗时；

步骤403、对于多条轨迹记录，重复步骤402，得到对应每一个所述小区域的多个所述耗时，计算所有所述耗时的平均值；

步骤404、将所述平均值作为所述小区域对应的所述特定定位点的所述合理耗时，保存为所述常路径的所述预期耗时信息。

进一步地，所述定位终端采集到所述监护信息后，按照下列步骤处理信息：

步骤501、所述定位终端将所述监护信息中的所述位置信息与所述路径感知电子围栏的所述区域信息比对，当发现所述位置信息超出所述路径感知电子围栏的所述区域信息的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤502；

步骤502、所述定位终端将所述监护信息中的所述时间信息与所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述时间段信息比对，当比对结果不允许所述被监护学员出行时，进入步骤503，否则进入步骤504；

步骤503、当发现所述位置信息超出所述第一位置电子围栏和所述第二位置电子围栏包含的所述区域信息时，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤504；

步骤504、当发现所述位置信息处于所述路径电子围栏包含的所述区域信息中时，所述定位终端根据历史最近的多个所述位置信息计算出所述定位终端的运动方向，当所述运动方向和所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述方向信息不符合的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤505；

步骤505、所述定位终端丢弃采集完成且尚未上传的所述监护信息，或者当与上次连接服务器的时间间隔大于等于L分钟的时候，所述定位终端向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息，处理完成。

进一步地，所述定位终端采集到所述监护信息后，按照下列步骤处理信息：

步骤601、所述定位终端将所述监护信息中的所述位置信息与所述路径感知电子围栏的所述区域信息比对，当发现所述位置信息超出所述路径感知电子围栏的所述区域信息的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤602；

步骤602、所述定位终端将所述监护信息中的所述时间信息与所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述时间段信息比对，当比对结果不允许所述被监护学员出行时，进入步骤603，否则进入步骤604；

步骤603、当发现所述位置信息超出所述第一位置电子围栏和所述第二位置电子围栏包含的所述区域信息时，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤604；

步骤604、当发现所述位置信息处于所述路径电子围栏包含的所述区域信息中时，所述定位终端根据历史最近的多个所述位置信息计算出所述定位终端的运动方向，当所述运动方向和所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述方向信息不符合的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤605；

步骤605、所述定位终端寻找到一个和所述位置信息最接近的但尚未抵达的所述特定定位点，并比对所述特定定位点对应的所述预期耗时信息和所述监护信息中的所述时间信息，当所述监护信息中的所述时间信息大于所述预期耗时信息的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤606；

步骤606、所述定位终端丢弃采集完成且尚未上传的所述监护信息，或者当与上次连接服务器的时间间隔大于等于L分钟的时候，所述定位终端向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息，处理完成。

鉴于上述技术特征，本发明具有如下优点：

1、本路径感知电子围栏系统，在被监护学员的家庭住址和机构地址附近，设置相对宽松的电子围栏区域，从而降低了电子围栏系统的虚警率。在这些位置，学员的活动是有相关人员直接实时看护的，发生危险的可能性比较小，同时这些地方一般是室内环境，发生定位漂移的概率大，容易导致误报。

2、本路径感知电子围栏系统，通过学习学员的习惯往返路径，在这些常路径上设置相对小的围栏区域，从而确保在最需要监护的独自往返途中加以重点监护。因为有常路径作为参考对比，所以不需要服务人员或者家属进行实时监护，当收到学员偏离常路径的报警的时候再介入实时处理就可以了，减轻了监护的压力。

3、本路径感知电子围栏系统，在电子围栏的设置中，加入了时间信息和方向信息。即使学员一直处于电子围栏的区域中，但是如果行进方向和常路径不符或者前进的速度和历史记录严重不符，也会触发报警，进一步提高了监护的可靠性。

4、本路径感知电子围栏系统，对围栏比对的具体操作，是先将算好的围栏下发到定位终端，然后在终端侧完成。这种做法可以节省网络连接的使用，优化电池使用时间。定位终端自己进行比对，如未发现问题，则不需要实时上报任何数据，只需要较大间隔上报就可以了，如果发现问题，则实时上报，不影响报警的时效。

附图说明

图1是本发明中路径感知电子围栏的示意图；

图2是本发明中往返路径的示意图；

图3是本发明中常路径生成原始问题的示意图；

图4是本发明中常路径生成方式的示意图；

图5是本发明中电子围栏生成时，路径划分示意图；

图6是本发明中电子围栏生成时，各个子围栏区域生成示意图；

图7是本发明中电子围栏生成时，各个子围栏区域拼接成完整的电子围栏的示意图；

图8是本发明中电子围栏生成时，时间信息的生成示意图。

图中：1-家，2-机构，3-行进路径，4-定位点，5-第一位置电子围栏，6-第二位置电子围栏，7-路径电子围栏，8-直线路径，9-轨迹，10-矩形区域，11-半圆区域，12-胶囊形状区域，13-起点，14-终点；

4A-相邻定位点起点，4B-相邻定位点终点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明公开的一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，包含定位终端、服务平台和通信网络。服务平台包括服务器，定位终端通过通信网络(Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、LoRa和蜂窝网通讯技术，其中蜂窝网通讯技术包含5G、4G、3G和2G)与服务器连接，上报被监护学员的监护信息，其中监护信息包含位置信息(来自卫星定位、Wi-Fi定位、蓝牙定位或基站定位)和时间信息。卫星定位包含GPS、格洛纳斯、伽利略和北斗。

服务器或者定位终端设置路径感知电子围栏。路径感知电子围栏由3部分组成，包含在家庭住址处设置的第一位置电子围栏、在服务机构处设置的第二位置电子围栏和沿着学员往返常路径设置的路径电子围栏。路径感知电子围栏是一个整体的电子围栏，包含围栏的区域信息和常路径信息。其中，常路径信息中包含允许被监护学员进行往返的时间段信息、方向信息和预期耗时信息。常路径基于被监护学员历史往返的轨迹记录得出。

当被监护学员在时间段信息描述的时间范围内，定位终端每隔10秒钟采集一次监护信息，离开第一位置电子围栏或者第二位置电子围栏，则认为学员进入路径感知电子围栏；其他时刻，定位终端每隔3分钟采集一次监护信息。定位终端每次采集完监护信息，就与路径感知电子围栏信息做比对，如果没有发生异常情况，那么每隔15分钟向服务器上报前15分钟内采集的监护信息，也可以忽略相关信息不上报。如果发生异常情况，例如围栏越界、方向错误或者时间异常等，则立即向服务器上报本地尚未上传的监护信息和异常信息，并将15分钟的定时器复位，重新计时。

服务器接收并记录上报的监护信息，并在接收到异常情况的时候通知服务人员进一步处理。

请参阅图2，学员往返家和机构的行进路线，构成了一条连接家1和机构2的行进路径3，其中包含路口、转弯等。具体的实现中，是通过定位终端上报的多个定位点4，来计算得到行进路径3。学员往返家和机构中，最常用的行进路径3，选择成为规划电子围栏的时候使用的常路径。

图1描述了行进路线3的具体生成方式和信息的提取的过程。本发明公开了一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，该系统为每个学员都规划了一个连接家1和机构2的电子围栏区域。在家1和机构2处，分别以家1和机构2的地址为圆心，规划一个半径100米的第一位置电子围栏5和第二位置电子围栏6。沿着行进路径3规划规划一个宽为10米的狭窄通道作为路径电子围栏7。进一步的，在路径电子围栏7中，从定位点4中选出若干点，将行进路径3划分成多个小区域，按照行进路径3的方向，以历史记录中抵达这些区域的时间平均值，计算出按照行进路径3的方向前进的时候，从起点出发抵达这些定位点的合理耗时，记录为行进路径3的预期耗时信息。行进路径3的方向则为行进路径3的方向信息。

请参阅图3，定位点4是离散分布于轨迹9上的，行进路径3是依据轨迹9计算得出的。轨迹9的采集来自于终端采集的监护信息中的位置信息和时间信息，具体步骤包括：

步骤301、当学员离开第一位置电子围栏5或者第二位置电子围栏6的时候，或者当家属或机构进行操作，设置所述被监护学员离开家或者机构的时候，开始轨迹9的生成；

步骤302、定位终端采集自身信息得到监护信息，从中分离出所述位置信息和所述时间信息，得到所述轨迹9，或者上报至服务器；

步骤303、服务器记录上报的监护信息，从中分离出位置信息和时间信息，得到轨迹9；

步骤304、重复步骤302至303，直到学员进入第一位置电子围栏5或者第二位置电子围栏6后，或者当家属或机构进行操作，设置所述学员到达家或者机构的时候，停止轨迹9的生成。

在计算行进路径3的时候，如果直接将两个定位点连接，那么计算结果与实际人行走的轨迹9就会出现一些不符合的情况。例如，如果以直线路径8连接两个定位点4，就会出现直线路径8与轨迹9不符合的情况。为解决此类问题，需要结合地图得到与实际情况相符合的近似路径，因为一般情况下，学员只会行走在正常的马路上面，不可能跨越房子或者穿越障碍物行走。

请参阅图4，在具体的计算方式中，实际道路为弯曲形状，两个相邻的定位点为相邻定位点起点4A和相邻定位点终点4B，如果直接连接相邻定位点起点4A和相邻定位点终点4B，那么其结果是直线路径8，与轨迹9严重不符。但如果结合地图信息求解两点之间的最短路径，则能得出一个弯曲符合轨迹9的行进路径3。具体的采用如下步骤：

步骤201、从轨迹9中，依据时间信息，选取时间上相邻的两个定位点的位置，形成相邻定位点起点4A和相邻定位点终点4B；

步骤202、将相邻定位点起点4A和相邻定位点终点4B投射到地图上；

步骤203、在地图上，排除不合理的路径选择，求解相邻定位点起点4A和相邻定位点终点4B之间的最短路径，得到合理路径；

步骤204、重复步骤201至步骤203，直到轨迹9中所有的点都遍历完成，得到一个或者多个所述合理路径；

步骤205、以时间信息排序，连接全部合理路径，并记录路径方向信息，形成行进路径3。

如图5所示，在计算得到行进路径3之后，就可以基于行进路径3设立路径感知电子围栏区域了，具体包含：

步骤101、将行进路径3分解成多个连续的子路径；

如图6所示，

步骤102、以子路径为轴线向两侧扩展各5米，形成以子路径为对称轴的矩形区域10，矩形区域10的宽度为10米；

步骤103、在矩形区域10两端放置直径与矩形宽度相等(10米)的半圆区域11，与矩形区域10结合形成胶囊形状区域12；

步骤104、重复步骤102至103，直到所有子路径都形成胶囊形状区域12；

步骤105、将胶囊形状区域12首尾连接，连接点为所述胶囊形状区域12两端的半圆区域11的圆心；

如图7所示，

步骤106、去除所有重叠部分的内部线条、保留重叠部分的外围线条，构成所述路径电子围栏；

步骤107、以家庭住址定位点为圆心，半径100米，形成一个圆形的第一位置电子围栏5；

步骤108、以机构地址定位点为圆心，半径100米，形成一个圆形的第二位置电子围栏6；

步骤109、将第一位置电子围栏5和路径电子围栏6连接，连接方式为将路径电子围栏7一端的半圆圆心放置于第一位置电子围栏5的圆心上；

步骤110、去除第一位置电子围栏5和路径电子围栏7重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤111、将第二位置电子围栏6和路径电子围栏7连接，连接方式为将路径电子围栏7一端的半圆圆心放置于第二位置电子围栏6的圆心上；

步骤112、去除第二位置电子围栏6和路径电子围栏7重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤113、将所有保留的线条连接起来，构成一个封闭的区域，形成路径感知电子围栏的区域信息；

步骤114、记录行进路径3的路径方向信息，形成路径感知电子围栏的方向信息。

基于行进路径设立路径感知电子围栏区域的方式，还可以是：

步骤101a、将行进路径分解成多个连续的子路径，每个子路径长度为5米；

步骤102a、以每个子路径中点为圆心，半径5米，形成多个圆形；

步骤103a、去除多个圆形区域重叠部分的内部线条、保留重叠部分的外围线条，构成所述路径电子围栏；

步骤104a、以家庭住址定位点为圆心，半径100米，形成一个圆形的第一位置电子围栏；

步骤105a、以机构地址定位点为圆心，半径100米，形成一个圆形的第二位置电子围栏；

步骤106a、将第一位置电子围栏和路径电子围栏连接，连接方式为将路径电子围栏一端的5米圆形的圆心放置于第一位置电子围栏的圆心上；

步骤107a、去除第一位置电子围栏和路径电子围栏重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤108a、将第二位置电子围栏和路径电子围栏连接，连接方式为将路径电子围栏一端的5米圆形的圆心放置于第二位置电子围栏的圆心上；

步骤109a、去除第二位置电子围栏和路径电子围栏重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤110a、将所有保留的线条连接起来，构成一个封闭的区域，形成路径感知电子围栏的区域信息；

步骤111a、记录行进路径的路径方向信息，形成路径感知电子围栏的方向信息。

基于行进路径设立路径感知电子围栏区域的过程，可以在服务器或者定位终端上执行。当设立过程在定位终端上进行时，定位终端需要在本地存放有常路径的信息，可以是基于历史轨迹记录由定位终端自行生成的，也可以是服务器下发的。

请参阅图8，本发明的路径感知电子围栏，还包含时间信息，可以用来判断学员从起点13至终点14的行进过程中是否有异常情况的出现。时间信息计算步骤包含：

步骤401、将路径感知电子围栏分隔成多个小区域，每个小区域包含一个所述特定定位点4；

步骤402、从所述轨迹9中，得到学员从起点13开始直到进入每一个所述小区域的耗时；

步骤403、对于多条轨迹记录，重复步骤402，得到对应每一个小区域的多个耗时，计算所有耗时的平均值；

步骤404、将平均值作为小区域对应的特定定位点4的预期耗时，保存至路径感知电子围栏对应的常路径时间信息中。

定位终端采集到监护信息后，将收到的监护信息分析后保存在本地，同时将监护信息中的位置信息与路径感知电子围栏对应的常路径中的区域信息比对：

1、当发现位置信息超出区域信息的时候，向服务器传输采集完成且尚未上传的监护信息并上报异常情况。(围栏越界)

围栏越界有2种方式实现，一种是上报的位置信息，确定定位点，然后比对定位点是否处于电子围栏的区域信息指定的范围内，如果不处于则判定为越界，具体步骤为：

步骤701a、得到所述监护信息中的位置信息；

步骤702a、判断所述位置信息的定位点是否在所述区域信息的范围里，如果所述定位点不在所述范围里，则判定为超出所述区域信息；

考虑到定位不准可能会有漂移，可以进一步采用范围比对的方式提高准确度，具体步骤为：

步骤701b、得到监护信息中的位置信息；

步骤702b、如果该位置处于路径电子围栏附近(常路径上)，那么以位置信息的定位点为中心，画一个半径为5米的圆(这里扩展范围大小应当和路径电子围栏区域相近，太小效果不明显，太大则容易漏警)。如果该位置处于家庭或者机构附近(第一位置或者第二位置电子围栏附近)，则以位置信息的定位点为中心，画一个半径为100米的圆。

步骤703b、判断圆形范围与电子围栏中定义的区域范围的中心是否有重合，如果不重合，则判定为越界。

2、当被监护学员在时间段信息描述的时间范围外，如果采集的位置信息超出第一位置电子围栏区域或者第二位置电子围栏区域，向服务器传输采集完成且尚未上传的监护信息并上报异常情况。在此时间范围内，允许学员离开第一位置电子围栏区域或者第二位置电子围栏区域，进入路径电子围栏区域。

当学员在出行时间段内进入路径电子围栏区域的时候，定位终端根据监护信息中的最近的多个位置信息计算出定位终端的运动方向，当运动方向和路径感知围栏对应的常路径(行进路径)方向信息不符合的时候，向服务器传输采集完成且尚未上传的监护信息并上报异常情况。(方向错误)

3、当学员在出行时间段内进入路径电子围栏区域的时候，定位终端采集监护信息后，寻找到一个和收到的位置信息最接近的但尚未抵达的特定定位点，并比对该特定定位点对应的预期耗时信息和监护信息中的时间信息，当监护信息中的时间信息大于预期耗时信息的时候，向服务器传输采集完成且尚未上传的监护信息并上报异常情况。(时间异常)

服务器收到监护数据后保存，并且在收到异常报告的时候，实时向服务人员报告异常情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，包含定位终端、服务平台和通信网络，其特征在于，所述服务平台包括服务器；所述定位终端采集监护信息，所述监护信息包含位置信息和时间信息；

路径感知电子围栏由在第一位置处设置的第一位置电子围栏、在第二位置处设置的第二位置电子围栏和沿着所述常路径的路径电子围栏三者合并构成，包含区域信息；所述路径感知电子围栏还包含所述常路径，所述常路径基于所述被监护学员历史往返的轨迹记录得出。

所述定位终端采集所述监护信息，并比对所述监护信息和所述路径感知电子围栏的信息；当比对结果异常时，所述定位终端实时通过通信网络向所述服务器上报采集到的所述监护信息并报告异常；当比对结果正常时，所述定位终端，每隔L分钟连接一次所述服务器上报采集到的所述监护信息，或者直接丢弃采集到的所述监护信息。

2.根据权利要求1所述的低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，其特征在于，所述常路径和所述路径感知电子围栏由所述服务器或者所述定位终端计算得出。

3.根据权利要求1所述的低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，其特征在于，当所述被监护学员离开所述第一位置电子围栏或者所述第二位置电子围栏的时候，所述定位终端每隔M秒钟采集一次所述监护信息；其他时刻，所述定位终端每隔N分钟采集一次所述监护信息；所述服务器接收并处理所述监护信息；

所述常路径包含路径方向信息，还包含允许所述被监护学员进行往返的时间段信息。

4.根据权利要求3所述的低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，其特征在于，所述路径感知电子围栏形成包含：

步骤101、将所述常路径分解成多个连续的子路径；

步骤102、以所述子路径为轴线向两侧扩展，形成包含所述子路径的管道形状；

步骤103、将所述管道形状首尾连接；

步骤104、去除所有重叠部分的内部线条、保留重叠部分的外围线条，构成所述路径电子围栏；

步骤105、以所述第一位置的定位点为中心，形成所述第一位置电子围栏；

步骤106、以所述第二位置的定位点为中心，形成所述第二位置电子围栏；

步骤107、将所述第一位置电子围栏和所述路径电子围栏连接，连接方式为将所述路径电子围栏一端放置于所述第一位置电子围栏的中心上；

步骤108、去除所述第一位置电子围栏和所述路径电子围栏重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤109、将所述第二位置电子围栏和所述路径电子围栏连接，连接方式为将所述路径电子围栏一端放置于所述第二位置电子围栏的中心上；

步骤110、去除所述第二位置电子围栏和所述路径电子围栏重叠部分的内部线条，保留重叠部分的外部线条；

步骤111、将所有保留的线条连接起来，构成一个封闭的区域，形成所述路径感知电子围栏的所述区域信息；

步骤112、记录所述常路径的所述路径方向信息，形成所述路径感知电子围栏的所述方向信息。

5.根据权利要求3所述的路径感知电子围栏系统，其特征在于，所述常路径基于所述学员的一个或者多个历史所述轨迹记录计算获得；所述轨迹记录包含所述监护信息；所述常路径的生成包含步骤：

步骤201、从所述轨迹记录中，依据所述时间信息，选取时间上相邻的两个定位点的位置，形成相邻定位点；

步骤202、将所述相邻定位点投射到地图上；

步骤203、在所述地图上，排除不合理的路径选择，求解所述相邻定位点之间的最短路径，得到合理路径；

步骤204、重复步骤201至步骤203，直到所述轨迹记录中所有的点都遍历完成，得到一个或者多个所述合理路径；

步骤205、以所述时间信息排序，连接全部所述合理路径，并记录所述路径方向信息，形成所述常路径，所述合理路径的方向记录为所述常路径的所述路径方向信息。

6.根据权利要求1所述的路径感知电子围栏系统，其特征在于，生成所述轨迹记录包含步骤：

步骤301、当所述被监护学员离开所述第一位置电子围栏或者所述第二位置电子围栏的时候，或者当家属或机构进行操作，设置所述被监护学员离开所述第一位置或者所述第二位置的时候，由开始所述轨迹记录的生成；

步骤302、所述定位终端收集自身信息得到所述监护信息，并上报所述监护信息至所述服务器；

步骤303、所述服务器记录上报的所述监护信息，从中分离出所述位置信息和所述时间信息，得到所述轨迹记录；

步骤304、重复步骤302至303，直到所述学员进入所述第一位置电子围栏或者所述第二位置电子围栏后，或者当家属或机构进行操作，设置所述被监护学员到达所述第一位置或者所述第二位置的时候，停止所述轨迹记录的生成。

7.根据权利要求3所述的路径感知电子围栏系统，其特征在于，所述路径感知电子围栏包含的所述常路径，还包含预期耗时信息；在所述路径感知电子围栏中设置多个特定定位点；所述被监护学员沿着所述常路径的所述方向信息中指定的方向，从起点开始行进并抵达每一个所述特定定位点的合理耗时，记录为所述常路径的所述预期耗时信息。

8.根据权利要求7所述的路径感知电子围栏系统，其特征在于，所述预期耗时信息计算步骤包含：

步骤401、将所述路径感知电子围栏分隔成多个小区域，每个所述小区域包含一个所述特定定位点；

步骤402、从所述轨迹记录中，得到所述学员从所述起点开始直到进入每一个所述小区域的耗时；

步骤403、对于多条轨迹记录，重复步骤402，得到对应每一个所述小区域的多个所述耗时，计算所有所述耗时的平均值；

步骤404、将所述平均值作为所述小区域对应的所述特定定位点的所述合理耗时，保存为所述常路径的所述预期耗时信息。

9.根据权利要求3所述的低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，其特征在于，所述定位终端采集到所述监护信息后，按照下列步骤处理信息：

步骤501、所述定位终端将所述监护信息中的所述位置信息与所述路径感知电子围栏的所述区域信息比对，当发现所述位置信息超出所述路径感知电子围栏的所述区域信息的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤502；

步骤502、所述定位终端将所述监护信息中的所述时间信息与所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述时间段信息比对，当比对结果不允许所述被监护学员出行时，进入步骤503，否则进入步骤504；

步骤503、当发现所述位置信息超出所述第一位置电子围栏和所述第二位置电子围栏包含的所述区域信息时，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤504；

步骤504、当发现所述位置信息处于所述路径电子围栏包含的所述区域信息中时，所述定位终端根据历史最近的多个所述位置信息计算出所述定位终端的运动方向，当所述运动方向和所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述方向信息不符合的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤505；

步骤505、所述定位终端丢弃采集完成且尚未上传的所述监护信息，或者当与上次连接服务器的时间间隔大于等于L分钟的时候，所述定位终端向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息，处理完成。

10.根据权利要求7所述的低功耗往返监护的路径感知电子围栏系统，其特征在于，所述定位终端采集到所述监护信息后，按照下列步骤处理信息：

步骤601、所述定位终端将所述监护信息中的所述位置信息与所述路径感知电子围栏的所述区域信息比对，当发现所述位置信息超出所述路径感知电子围栏的所述区域信息的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤602；

步骤602、所述定位终端将所述监护信息中的所述时间信息与所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述时间段信息比对，当比对结果不允许所述被监护学员出行时，进入步骤603，否则进入步骤604；

步骤603、当发现所述位置信息超出所述第一位置电子围栏和所述第二位置电子围栏包含的所述区域信息时，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤604；

步骤604、当发现所述位置信息处于所述路径电子围栏包含的所述区域信息中时，所述定位终端根据历史最近的多个所述位置信息计算出所述定位终端的运动方向，当所述运动方向和所述路径感知电子围栏对应的所述常路径的所述方向信息不符合的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤605；

步骤605、所述定位终端寻找到一个和所述位置信息最接近的但尚未抵达的所述特定定位点，并比对所述特定定位点对应的所述预期耗时信息和所述监护信息中的所述时间信息，当所述监护信息中的所述时间信息大于所述预期耗时信息的时候，向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息并上报异常情况，处理完成；其他情况进入步骤606；

步骤606、所述定位终端丢弃采集完成且尚未上传的所述监护信息，或者当与上次连接服务器的时间间隔大于等于L分钟的时候，所述定位终端向所述服务器传输采集完成且尚未上传的所述监护信息，处理完成。

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