CN112004193A - 一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，涉及野外用品领域。本发明包括嵌入式主控单元和后台数据库，嵌入式主控单元分别与脉搏血氧检测模块、手表解开检测模块、MEMS惯性传感器模块、卫星通讯模块、有害气体检测模块、电源模块、GPS定位模块、路径规划模块、显示模块、报警模块和GPRS通讯模块电性连接。本发明通过在手表内安装多种传感器，使其在野外能够定位导航、运动模块识别、危险警报等功能，实时了解训练人员身体数据、提高监控力度和体能训练质量。
Description
技术领域
本发明属于野外用品领域，特别是涉及一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表。
背景技术
野外训练是提高战斗力的基本保证。提高武装部队的体能，对于消灭敌人，保存自己，实现战斗目的具有重要意义。其中，登山探险、森林徒步、野外生存、野外穿越、野外露营是基本的几种野外训练模式。通常，所有项目都需要指挥员对测试人员完成训练的时间进行记录，并通过认真观察对是否犯规作弊进行评定。这种方法主要存在以下问题：
一是采用秒表对动作完成时间进行记录，不够精确，易受人为因素影响，一旦考评人员注意力不集中，就会导致较大计时误差；
二是野外训练通常是有很多训练人员同时进行对每一个训练人员的训练成绩记录工作量大，容易漏记；
三是对于抄近道，少跑圈数等作弊行为难以监控；
四是由于野外环境复杂，容易出现有毒气体或危险区域，考评人员不能及时提醒训练人员，造成一定程度上的身体损伤，训练人员也无法通过仪器自动求救，会错过救援的最佳时间，甚至导致生命危险；
五是指挥员以及训练人员不能方便的查看过往的训练成绩，不能很准确的知道训练的进步情况，不利于综合考核和激励。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，通过在手表内安装多种传感器，使其在野外能够定位导航、运动模块识别、危险警报等功能，解决了现有的野外训练记录困难、统计费事、容易出现作弊的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，包括嵌入式主控单元和后台数据库，
所述嵌入式主控单元分别与脉搏血氧检测模块、手表解开检测模块、MEMS惯性传感器模块、卫星通讯模块、有害气体检测模块、电源模块、GPS定位模块、路径规划模块、显示模块、报警模块和GPRS通讯模块电性连接；
所述脉搏血氧检测模块，用于向手腕组织发射红外脉冲及接收手腕反射回来的红外脉冲信号，实现脉搏检测和血氧检测；
所述手表解开检测模块，用于检测智能手表佩戴者的信息并将其传送到所述嵌入式主控单元；
所述MEMS惯性传感器模块，用于对检测运动数据，并将运动数据发送至嵌入式主控单元；
所述卫星通讯模块，用于实现手表的卫星定位功能；
所述有害气体检测模块，用于检测手表周围的危险有害气体浓度；
所述电源模块，用于向手表提供工作的电源；
所述GPS定位模块，用于获取手表佩戴者的坐标位置信息，获取坐标信息后通过串口通信将数据传给嵌入式主控单元；
所述路径规划模块，用于对野外训练的路径进行提醒；
所述显示模块，为电子显示屏，用于显示时间、导航和报警信息；
所述报警模块，用于对异常危险情况进行提醒；
所述嵌入式主控单元通过GPRS通讯模块与后台数据库连接。
优选地，所述MEMS惯性传感器模块采用人体多运动识别算法；所述人体多运动识别算法选取MEMS加速度传感器的时域特征作为模式识别特征量，提取MEMS角速度传感器的时域特征作为二次识别的特征量，用于识别出走、跑、站立、上楼、下楼、趴倒、躺倒和倒退多种运动模式。
优选地，所述人体多运动识别算法包括如下步骤：
步骤R1：采集加速度传感器数据和角速度传感器数据；
步骤R2：对采集的数据进行中值滤波、平滑滤波处理；
步骤R3：分别计算加速度传感器和角速度传感器用于运动模式的时域特征；
步骤R4：对提取的特征进行比对分析；
步骤R5：输出识别结果。
优选地，所述步骤R3中，最终提取的时域特征包括加速度传感器的方差、四分位距和峰值，角速度传感器的均值、方差和偏度。
优选地，所述有害气体检测模块检测的有害气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在手表内安装多种传感器，使其在野外能够定位导航、运动模块识别、危险警报等功能，如采用北斗定位能够准确记录训练人员的运动轨迹，计算运动路程，能够客观有效的完成大量训练人员的考核；利用近红外和光电二极管检测脉搏和血氧，当脉搏速率过大血氧过低时报警通知训练人员，停止训练或减缓训练，能够有效避免运动损伤甚至猝死；通过GSM\GPRS与考核智能系统通信方便指挥员对大量训练员的同时监控考核，保证客观提高效率。该系统将大大地提高体能训练的质量。
2、本发明通过MEMS惯性传感器模块的人体多运动识别算法，对多种行为模式进行分层识别，能够识别出走、跑、站立、上楼、下楼、趴倒、躺倒和倒退多种运动模式，而采用基于分层识别算法的支持向量进行多种模式的识别，减少分类器的个数，降低了分类算法的复杂度，监控户外训练人员的一举一动。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，包括嵌入式主控单元和后台数据库，
嵌入式主控单元分别与脉搏血氧检测模块、手表解开检测模块、MEMS惯性传感器模块、卫星通讯模块、有害气体检测模块、电源模块、GPS定位模块、路径规划模块、显示模块、报警模块和GPRS通讯模块电性连接；
脉搏血氧检测模块，用于向手腕组织发射红外脉冲及接收手腕反射回来的红外脉冲信号，实现脉搏检测和血氧检测；
手表解开检测模块，用于检测智能手表佩戴者的信息并将其传送到嵌入式主控单元；
MEMS惯性传感器模块，用于对检测运动数据，并将运动数据发送至嵌入式主控单元；
卫星通讯模块，用于实现手表的卫星定位功能；
有害气体检测模块，用于检测手表周围的危险有害气体浓度；
电源模块，用于向手表提供工作的电源；
GPS定位模块，用于获取手表佩戴者的坐标位置信息，获取坐标信息后通过串口通信将数据传给嵌入式主控单元；
路径规划模块，用于对野外训练的路径进行提醒；
显示模块，为电子显示屏，用于显示时间、导航和报警信息；
报警模块，用于对异常危险情况进行提醒；
嵌入式主控单元通过GPRS通讯模块与后台数据库连接。
其中，MEMS惯性传感器模块采用人体多运动识别算法；人体多运动识别算法选取MEMS加速度传感器的时域特征作为模式识别特征量，提取MEMS角速度传感器的时域特征作为二次识别的特征量，用于识别出走、跑、站立、上楼、下楼、趴倒、躺倒和倒退多种运动模式。
其中，人体多运动识别算法包括如下步骤：
步骤R1：采集加速度传感器数据和角速度传感器数据；
步骤R2：对采集的数据进行中值滤波、平滑滤波处理；
步骤R3：分别计算加速度传感器和角速度传感器用于运动模式的时域特征；
步骤R4：对提取的特征进行比对分析；
步骤R5：输出识别结果。
其中，步骤R3中，最终提取的时域特征包括加速度传感器的方差、四分位距和峰值，角速度传感器的均值、方差和偏度，通过MEMS惯性传感器模块的人体多运动识别算法，对多种行为模式进行分层识别，能够识别出走、跑、站立、上楼、下楼、趴倒、躺倒和倒退多种运动模式，而采用基于分层识别算法的支持向量进行多种模式的识别，减少分类器的个数，降低了分类算法的复杂度，监控户外训练人员的一举一动。
其中，有害气体检测模块检测的有害气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，包括嵌入式主控单元和后台数据库，其特征在于，
所述嵌入式主控单元分别与脉搏血氧检测模块、手表解开检测模块、MEMS惯性传感器模块、卫星通讯模块、有害气体检测模块、电源模块、GPS定位模块、路径规划模块、显示模块、报警模块和GPRS通讯模块电性连接；
所述脉搏血氧检测模块，用于向手腕组织发射红外脉冲及接收手腕反射回来的红外脉冲信号，实现脉搏检测和血氧检测；
所述手表解开检测模块，用于检测智能手表佩戴者的信息并将其传送到所述嵌入式主控单元；
所述MEMS惯性传感器模块，用于对检测运动数据，并将运动数据发送至嵌入式主控单元；
所述卫星通讯模块，用于实现手表的卫星定位功能；
所述有害气体检测模块，用于检测手表周围的危险有害气体浓度；
所述电源模块，用于向手表提供工作的电源；
所述GPS定位模块，用于获取手表佩戴者的坐标位置信息，获取坐标信息后通过串口通信将数据传给嵌入式主控单元；
所述路径规划模块，用于对野外训练的路径进行提醒；
所述显示模块，为电子显示屏，用于显示时间、导航和报警信息；
所述报警模块，用于对异常危险情况进行提醒；
所述嵌入式主控单元通过GPRS通讯模块与后台数据库连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，其特征在于，所述MEMS惯性传感器模块采用人体多运动识别算法；所述人体多运动识别算法选取MEMS加速度传感器的时域特征作为模式识别特征量，提取MEMS角速度传感器的时域特征作为二次识别的特征量，用于识别出走、跑、站立、上楼、下楼、趴倒、躺倒和倒退多种运动模式。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，其特征在于，所述人体多运动识别算法包括如下步骤：
步骤R1：采集加速度传感器数据和角速度传感器数据；
步骤R2：对采集的数据进行中值滤波、平滑滤波处理；
步骤R3：分别计算加速度传感器和角速度传感器用于运动模式的时域特征；
步骤R4：对提取的特征进行比对分析；
步骤R5：输出识别结果。
4.根据权利要求3所述的一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，其特征在于，所述步骤R3中，最终提取的时域特征包括加速度传感器的方差、四分位距和峰值，角速度传感器的均值、方差和偏度。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表，其特征在于，所述有害气体检测模块检测的有害气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸。
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| CN202010954384.6A Pending CN112004193A (zh) | 2020-09-11 | 2020-09-11 | 一种基于北斗导航的野外训练通讯监管用穿戴手表 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112004193A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113641091A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-11-12 | 安徽中屏科技有限公司 | 一种智能穿戴手表户外运动系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN204484079U (zh) * | 2014-12-26 | 2015-07-22 | 张崇 | 单兵信息化智能手环 |
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-
2020
- 2020-09-11 CN CN202010954384.6A patent/CN112004193A/zh active Pending
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