CN112698314A - 一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法 - Google Patents

一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法及系统，其中，方法包括：通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体；若存在，确定生命体存在的目标区域；通过毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童；若存在，通过毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态；若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒。本发明的基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法及系统，通过安装在智能设备中的毫米波雷达传感器对儿童进行的健康状态进行实时检测，当儿童未处于健康状态时，对其家长进行提醒实现了免接触式监测儿童的生命体征。

Description

一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法
技术领域
本发明涉及儿童监管技术领域，特别涉及一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法及系统。
背景技术
目前，传统智能设备(如智能手表)对儿童的生命体征进行监测时，一般采用接触式如心率传感器等对其生命体征(呼吸和心率)进行监测，儿童需要佩戴智能手表，才能使用该功能，不能实现免接触式监测儿童的生命体征，当儿童摘掉手表睡觉或进行其它课余活动时，智能手表就不能对其生命体征继续进行监测，若儿童在此时间段内生命体征出现异常，后果不堪设想。
发明内容
本发明目的之一在于提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法及系统。
本发明实施例提供的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，包括：
通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体；
若存在，确定生命体存在的目标区域；
通过毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童；
若存在，通过毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态；
若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒。
优选的，通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体，具体包括：
控制毫米波雷达传感器对周边环境进行全方位扫描；
当毫米波雷达传感器进行全方位扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第一发射信号后在周边环境中任一物体上反射形成的第一反射信号的第一雷达数据；
解析第一雷达数据，当第一雷达数据中存在满足预设的生命体征条件的生命体征数据时，确定周边环境中存在生命体，否则不存在生命体；
确定生命体存在的目标区域，具体包括：
若周边环境中存在生命体，获取毫米波雷达传感器产生生命体数据对应的发射点，将与发射点对应的扫描区域作为目标区域。
优选的，通过毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童，具体包括：
控制毫米波雷达传感器对目标区域进行第一定向扫描；
当毫米波雷达传感器进行第一定向扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第二发射信号在生命体上反射形成的第二反射信号的第二雷达数据；
根据第二雷达数据确定生命体的目标轮廓信息；
将目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断目标轮廓信息是否指向儿童；
若目标轮廓信息指向儿童，则确定目标区域中存在儿童，否则确定目标区域中不存在儿童。
优选的，通过毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态，具体包括：
控制毫米波雷达传感器对目标区域进行第二定向扫描；
当毫米波雷达传感器进行第二定向扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第三发射信号在生命体上反射形成的第三反射信号的第三雷达数据；
根据第三雷达数据确定儿童的呼吸数据和心率数据；
若呼吸数据落在预设的正常呼吸数据区间内且心率数据落在预设的正常心率数据区间内时，则确定儿童处于健康状态，否则确定儿童未处于健康状态；
若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒，具体包括：
若儿童未处于健康状态，通过无线通讯装置向儿童对应家长的客户端发送提醒信息和定位信息。
优选的，一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，还包括：
根据第一雷达数据确定物体的物体轮廓信息和位置信息；
基于物体轮廓信息和位置信息生成周边环境的环境模型；
以毫米波雷达传感器的位置为原点构建三维坐标系；
当检测到目标区域中存在儿童时，在三维坐标系中基于目标轮廓信息获取第t时刻表示儿童第i个特征位置的第i位置点(xi t，yi t，zi t)；
在三维坐标系中基于物体轮廓信息获取环境模型中任一物体模型的第i个轮廓位置的第i轮廓点(xi′，yi′，zi′)；
在预设的第一时间段内，若第i位置点和第i轮廓点满足下式关系，则确定儿童站在物体上方：
Figure BDA0002820827480000031
其中，min表示取极小值，max表示取极大值，h1为预设的下限值，h2为预设的上限值，σ为预设的误差系数，1≤t≤T1，T1为第一时间段内的时刻总数目；
在三维坐标系中获取环境模型中表示地面的平面z＝eva；
计算物体的高度：
Figure BDA0002820827480000032
其中，height为物体的高度，G为第i位置点的总数目，eva为常数；
在预设的第二时间段内，基于第i位置点中的三轴坐标xi t、yi t和zi t分别绘制xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线，此时，1≤t≤T2，T2为第二时间段内的时刻总数目；
获取预设标准曲线数据库中分别与xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线对应的Xi标准曲线、Yi标准曲线和Zi标准曲线；
分别计算xi目标曲线和Xi标准曲线的第ai匹配度、yi目标曲线和Yi标准曲线的第bi匹配度以及zi目标曲线和Zi标准曲线的第ci匹配度；
若物体的高度大于等于预设的高度阈值，
和/或，
第ai匹配度、第bi匹配度和第ci匹配度均大于等于预设的匹配度阈值时，对儿童以及其家长进行提醒。
优选的，采用以下预设的方法计算各目标曲线与对应标准曲线的匹配度，包括：
基于第二时间段和标准曲线数据库中的曲线数量确定采样点的个数：
Figure BDA0002820827480000041
其中，total为采样点的个数，M为第二时间段的时间长度，m为预设的标准时间间隔，V为标准曲线数据库中的曲线数量，τ为预设的确定系数；
分别获取目标曲线上与采样点对应的第一坐标集以及标准曲线上与采样点对应的第二坐标集；
计算目标曲线与对应标准曲线的匹配度：
Figure BDA0002820827480000042
其中，δ为匹配度，Aj为第一坐标集中第j个第一坐标的横坐标，Bj为第一坐标集中第j个第一坐标的纵坐标，Aj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的横坐标，Bj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的纵坐标，Aj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的横坐标，Bj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的纵坐标，Aj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的横坐标，Bj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的纵坐标，p为各坐标集中对应坐标的总数目，C为常数，一般取2，k1和k2为预设的权重值。
本发明实施例提供的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，包括：
第一检测模块，用于通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体；
确定模块，用于若存在，确定生命体存在的目标区域；
第二检测模块，用于通过毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童；
第三检测模块，用于若存在，通过毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态；
提醒模块，用于若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒。
优选的，第一检测模块执行包括如下操作：
控制毫米波雷达传感器对周边环境进行全方位扫描；
当毫米波雷达传感器进行全方位扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第一发射信号后在周边环境中任一物体上反射形成的第一反射信号的第一雷达数据；
解析第一雷达数据，当第一雷达数据中存在满足预设的生命体征条件的生命体征数据时，确定周边环境中存在生命体，否则不存在生命体；
确定模块执行包括如下操作：
若周边环境中存在生命体，获取毫米波雷达传感器产生生命体数据对应的发射点，将与发射点对应的扫描区域作为目标区域。
优选的，第二检测模块执行包括如下操作：
控制毫米波雷达传感器对目标区域进行第一定向扫描；
当毫米波雷达传感器进行第一定向扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第二发射信号在生命体上反射形成的第二反射信号的第二雷达数据；
根据第二雷达数据确定生命体的目标轮廓信息；
将目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断目标轮廓信息是否指向儿童；
若目标轮廓信息指向儿童，则确定目标区域中存在儿童，否则确定目标区域中不存在儿童。
本发明实施例提供的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理移动设备，移动设备上存储有应用程序，其特征在于，应用程序执行时实现任一项的基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理的方法。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，如图1所示，包括：
S1、通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体；
S2、若存在，确定生命体存在的目标区域；
S3、通过毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童；
S4、若存在，通过毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态；
S5、若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒。
上述技术方案的工作原理为：
首先，通过安装在智能设备中的毫米波雷达传感器检测其所处的周边环境中是否存在生命体(成人或儿童)；若周边环境中存在生命体，定位生命体存在的目标区域；接着，继续采用毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童即目标区域中的生命体是否为儿童；当确定生命体是儿童时，采用毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态，当儿童未处于健康状态时，提醒其家长注意，可向儿童对应家长的移动终端(手机、平板或电脑)推送提醒信息，并发送儿童的实时位置；智能设备可以为：智能可穿戴设备(智能手表或智能手环)，也可以为一种智能终端，摆放在儿童活动的空间中(例如卧室)。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过安装在智能设备中的毫米波雷达传感器对儿童进行的健康状态进行实时检测，当儿童未处于健康状态时，对其家长进行提醒，儿童未穿戴该智能设备时，也能监测其生命体征是否健康，克服了传统儿童需要佩戴智能设备，才能使用监测生命体征功能的问题，实现了免接触式监测儿童的生命体征，提升了儿童的安全性，当父母不在身边时，一定程度上替代父母监管其儿童，降低了家长的负担，同时，更具有适用性。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体，具体包括：
控制毫米波雷达传感器对周边环境进行全方位扫描；
当毫米波雷达传感器进行全方位扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第一发射信号后在周边环境中任一物体上反射形成的第一反射信号的第一雷达数据；
解析第一雷达数据，当第一雷达数据中存在满足预设的生命体征条件的生命体征数据时，确定周边环境中存在生命体，否则不存在生命体；
确定生命体存在的目标区域，具体包括：
若周边环境中存在生命体，获取毫米波雷达传感器产生生命体数据对应的发射点，将与发射点对应的扫描区域作为目标区域。
上述技术方案的工作原理为：
控制毫米波雷达传感器对周边环境进行全方位扫描(即对周边环境中全部区域进行扫描)，毫米波雷达传感器在全方位扫描时，其向不同角度发射发射信号，发射信号在物体上经反射形成反射信号，从而产生雷达数据；解析该雷达数据，判断其中是否存在反应人体呼吸和心跳信息的数据(生命体征条件)，若存在，则说明周边环境中存在生命体，若不存在，则周边环境中不存在生命体；当确定周边环境中存在生命体时，追溯产生生命体征数据时毫米波雷达传感器对应的发射点(发射角度)，将该发射点对应的扫描区域作为目标区域。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过毫米波雷达传感器检测周边环境中是否存在生命体，若存在生命体，确定周边环境中生命体存在的目标区域，通过对毫米波对周边环境进行全方位扫描产生的雷达数据的分析实现上述过程，真正实现了免接触检测生命体，十分便利，可满足更多的应用场景。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，通过毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童，具体包括：
控制毫米波雷达传感器对目标区域进行第一定向扫描；
当毫米波雷达传感器进行第一定向扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第二发射信号在生命体上反射形成的第二反射信号的第二雷达数据；
根据第二雷达数据确定生命体的目标轮廓信息；
将目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断目标轮廓信息是否指向儿童；
若目标轮廓信息指向儿童，则确定目标区域中存在儿童，否则确定目标区域中不存在儿童。
上述技术方案的工作原理为：
当确定周边环境中存在生命体的目标区域时，控制毫米波雷达传感器对目标区域进行扫描即保持一定发射信号角度，根据毫米波雷达传感器产生的雷达数据生成与生命体对应的目标轮廓信息，将该目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断其是否为儿童所属的轮廓(是否指向儿童)，则可判断目标区域中是否存在儿童。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例在当确定周边环境中存在生命体的目标区域时，采用毫米雷达波传感器对目标区域进行定向扫描产生的雷达数据生成生命体的目标轮廓信息，将该目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息比对，判断目标轮廓信息是否指向儿童，利用轮廓匹配技术判断目标区域中的生命体是否为儿童，提升了检测判断的准确性。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，通过毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态，具体包括：
控制毫米波雷达传感器对目标区域进行第二定向扫描；
当毫米波雷达传感器进行第二定向扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第三发射信号在生命体上反射形成的第三反射信号的第三雷达数据；
根据第三雷达数据确定儿童的呼吸数据和心率数据；
若呼吸数据落在预设的正常呼吸数据区间内且心率数据落在预设的正常心率数据区间内时，则确定儿童处于健康状态，否则确定儿童未处于健康状态；
若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒，具体包括：
若儿童未处于健康状态，通过无线通讯装置向儿童对应家长的客户端发送提醒信息和定位信息。
上述技术方案的工作原理为：
当确定目标区域中存在儿童时，控制毫米波雷达传感器继续对其进行扫描，根据其产生的雷达数据确定儿童的呼吸数据(呼吸频率)和心率数据(心率大小)，当该呼吸数据和心率数据均满足数据正常条件(落在对应正常区间内)时，则确定儿童处于健康状态，否则确定儿童未处于健康状态，若儿童未处于健康状态，通过无线通讯装置(3G芯片/4G芯片/5G芯片)向该儿童家长的移动终端(手机、平板或电脑)发送提醒信息和儿童的当前位置信息(智能设备上定位装置产生的定位信息)；例如：预设正常心率数据区间为[70,90]，测得儿童心率为78，说明当前儿童心率正常。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过毫米波雷达传感器实时监测目标区域中的儿童的呼吸数据和心率数据，判断该两者数据是否正常，若正常，则儿童处于健康状态，否则不处于健康状态，若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒，提升了儿童的安全性，当父母不在身边时，一定程度上替代父母监管其儿童，降低了家长的负担，同时，更具有适用性。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，还包括：
根据第一雷达数据确定物体的物体轮廓信息和位置信息；
基于物体轮廓信息和位置信息生成周边环境的环境模型；
以毫米波雷达传感器的位置为原点构建三维坐标系；
当检测到目标区域中存在儿童时，在三维坐标系中基于目标轮廓信息获取第t时刻表示儿童第i个特征位置的第i位置点(xi t，yi t，zi t)；
在三维坐标系中基于物体轮廓信息获取环境模型中任一物体模型的第i个轮廓位置的第i轮廓点(xi′，yi′，zi′)；
在预设的第一时间段内，若第i位置点和第i轮廓点满足下式关系，则确定儿童站在物体上方：
Figure BDA0002820827480000101
其中，min表示取极小值，max表示取极大值，h1为预设的下限值，h2为预设的上限值，σ为预设的误差系数，1≤t≤T1，T1为第一时间段内的时刻总数目；
在三维坐标系中获取环境模型中表示地面的平面z＝eva；
计算物体的高度：
Figure BDA0002820827480000102
其中，height为物体的高度，G为第i位置点的总数目，eva为常数；
在预设的第二时间段内，基于第i位置点中的三轴坐标xi t、yi t和zi t分别绘制xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线，此时，1≤t≤T2，T2为第二时间段内的时刻总数目；
获取预设标准曲线数据库中分别与xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线对应的Xi标准曲线、Yi标准曲线和Zi标准曲线；
分别计算xi目标曲线和Xi标准曲线的第ai匹配度、yi目标曲线和Yi标准曲线的第bi匹配度以及zi目标曲线和Zi标准曲线的第ci匹配度；
若物体的高度大于等于预设的高度阈值，
和/或，
第ai匹配度、第bi匹配度和第ci匹配度均大于等于预设的匹配度阈值时，对儿童以及其家长进行提醒。
上述技术方案的工作原理为：
例如：智能设备设置在包括但不限于：儿童卧室的上墙壁(卧室照明灯旁)，当儿童在卧室写作业、活动或坐在床上看电视时，智能设备中的毫米波雷达传感器对整个卧室进行全方位扫描，其会产生雷达数据，根据雷达数据确定卧室中各物体(课桌、床、凳子、衣柜和电视机等)的轮廓信息，毫米波雷达传感器还可以测定其位于自身的距离，依据其扫描角度自动生成各物体的位置信息，根据轮廓信息和位置信息以毫米波雷达传感器的所处位置为原点构建三维坐标系，当确定指向儿童的目标轮廓信息时，在该儿童轮廓上每隔预设的距离选取一个点作为位置点，在确定物体的物体轮廓信息，识别距离设备最近的物体轮廓的表面，在该表面上每隔预设的距离选取第一点作为轮廓点；根据预设的第一时间段(例如20秒)，20秒内各时刻(例如每0.1秒)位置点和轮廓点的关系确定儿童是否站在物体(床或桌子)上，智能设备可自行识别距离其最远的平面将其作为地面，根据地面和物体轮廓点计算物体的高度，若高度过大，则说明儿童存在危险；根据预设的第二时间段(例如：5秒)内儿童的位置点数据，判断其是否在物体上做危险动作，如在床上跳动等；可预先通过大量的实验采集儿童在床上跳动的雷达数据进行训练成标准曲线，再将目标曲线与标准曲线进行比对，并计算匹配度，判断其动作是否吻合，若匹配度大于等于匹配度阈值或物体高度较高，儿童处于危险状态，对其极其家长进行提醒，播放请保持正常姿态等语音数据，向家长的客户端发送提醒信息等；选取与目标曲线对应的标准曲线时，系统可根据儿童轮廓信息上位置点的个数和轮廓面积等自动选取与其对应的标准曲线。
上述技术方案的有益效果为：经常有儿童在卧室看电视时，在床上不停跳动而导致从床上摔下现象的发生，同时，儿童可能爬到高度较高的课桌椅上去够取某物时，也存在危险，本发明实施例通过毫米波雷达传感器检测儿童在获得空间内是否处于危险状态，在危险可能发生的初期，对儿童及其家长进行提醒，避免危险事故发生，提升了儿童在活动空间中的安全性，为家长减轻负担，同时，也更加智能化。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，采用以下预设的方法计算各目标曲线与对应标准曲线的匹配度，包括：
基于第二时间段和标准曲线数据库中的曲线数量确定采样点的个数：
Figure BDA0002820827480000121
其中，total为采样点的个数，M为第二时间段的时间长度，m为预设的标准时间间隔，V为标准曲线数据库中的曲线数量，τ为预设的确定系数；
分别获取目标曲线上与采样点对应的第一坐标集以及标准曲线上与采样点对应的第二坐标集；
计算目标曲线与对应标准曲线的匹配度：
Figure BDA0002820827480000122
其中，δ为匹配度，Aj为第一坐标集中第j个第一坐标的横坐标，Bj为第一坐标集中第j个第一坐标的纵坐标，Aj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的横坐标，Bj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的纵坐标，Aj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的横坐标，Bj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的纵坐标，Aj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的横坐标，Bj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的纵坐标，p为各坐标集中对应坐标的总数目，C为常数，一般取2，k1和k2为预设的权重值。
上述技术方案的工作原理为：
通过采样儿童在物体上活动的位置点变化曲线并对标准曲线数据库进行填充，当标准曲线足够多时，可适当减少采样点，提升设备的工作效率，更缩短判断儿童是否处于危险状态的时间；根据采样点在目标曲线和标准曲线上对应的各坐标点之间的关系，并赋予对应的权重值，可计算目标曲线与标准曲线的匹配度；每一个曲线数量区间映射一个确定系数，例如：当曲线数据库中的曲线数量落在区间[10000，10008]时，此时确定系数为1.03。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过根据标准曲线数据库中的标准曲线数量适当调整选取采样点，当标准曲线足够多时，可适当减少采样点，提升设备的工作效率，更缩短判断儿童是否处于危险状态的时间，通过曲线之间的匹配度可判断儿童的当前动作是否危险，十分智能化。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，如图2所示，包括：
第一检测模块1，用于通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体；
确定模块2，用于若存在，确定生命体存在的目标区域；
第二检测模块3，用于通过毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童；
第三检测模块4，用于若存在，通过毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态；
提醒模块5，用于若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒。
上述技术方案的工作原理为：
首先，通过安装在智能设备中的毫米波雷达传感器检测其所处的周边环境中是否存在生命体(成人或儿童)；若周边环境中存在生命体，定位生命体存在的目标区域；接着，继续采用毫米波雷达传感器检测目标区域中是否存在儿童即目标区域中的生命体是否为儿童；当确定生命体是儿童时，采用毫米波雷达传感器检测儿童是否处于健康状态，当儿童未处于健康状态时，提醒其家长注意，可向儿童对应家长的移动终端(手机、平板或电脑)推送提醒信息，并发送儿童的实时位置；智能设备可以为：智能可穿戴设备(智能手表或智能手环)，也可以为一种智能终端，摆放在儿童活动的空间中(例如卧室)。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过安装在智能设备中的毫米波雷达传感器对儿童进行的健康状态进行实时检测，当儿童未处于健康状态时，对其家长进行提醒，儿童未穿戴该智能设备时，也能监测其生命体征是否健康，克服了传统儿童需要佩戴智能设备，才能使用监测生命体征功能的问题，实现了免接触式监测儿童的生命体征，提升了儿童的安全性，当父母不在身边时，一定程度上替代父母监管其儿童，降低了家长的负担，同时，更具有适用性。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，第一检测模块1执行包括如下操作：
控制毫米波雷达传感器对周边环境进行全方位扫描；
当毫米波雷达传感器进行全方位扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第一发射信号后在周边环境中任一物体上反射形成的第一反射信号的第一雷达数据；
解析第一雷达数据，当第一雷达数据中存在满足预设的生命体征条件的生命体征数据时，确定周边环境中存在生命体，否则不存在生命体；
确定模块2执行包括如下操作：
若周边环境中存在生命体，获取毫米波雷达传感器产生生命体数据对应的发射点，将与发射点对应的扫描区域作为目标区域。
上述技术方案的工作原理为：
控制毫米波雷达传感器对周边环境进行全方位扫描(即对周边环境中全部区域进行扫描)，毫米波雷达传感器在全方位扫描时，其向不同角度发射发射信号，发射信号在物体上经反射形成反射信号，从而产生雷达数据；解析该雷达数据，判断其中是否存在反应人体呼吸和心跳信息的数据(生命体征条件)，若存在，则说明周边环境中存在生命体，若不存在，则周边环境中不存在生命体；当确定周边环境中存在生命体时，追溯产生生命体征数据时毫米波雷达传感器对应的发射点(发射角度)，将该发射点对应的扫描区域作为目标区域。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过毫米波雷达传感器检测周边环境中是否存在生命体，若存在生命体，确定周边环境中生命体存在的目标区域，通过对毫米波对周边环境进行全方位扫描产生的雷达数据的分析实现上述过程，真正实现了免接触检测生命体，十分便利，可满足更多的应用场景。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，第二检测模块3执行包括如下操作：
控制毫米波雷达传感器对目标区域进行第一定向扫描；
当毫米波雷达传感器进行第一定向扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第二发射信号在生命体上反射形成的第二反射信号的第二雷达数据；
根据第二雷达数据确定生命体的目标轮廓信息；
将目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断目标轮廓信息是否指向儿童；
若目标轮廓信息指向儿童，则确定目标区域中存在儿童，否则确定目标区域中不存在儿童。
上述技术方案的工作原理为：
当确定周边环境中存在生命体的目标区域时，控制毫米波雷达传感器对目标区域进行扫描即保持一定发射信号角度，根据毫米波雷达传感器产生的雷达数据生成与生命体对应的目标轮廓信息，将该目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断其是否为儿童所属的轮廓(是否指向儿童)，则可判断目标区域中是否存在儿童。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例在当确定周边环境中存在生命体的目标区域时，采用毫米雷达波传感器对目标区域进行定向扫描产生的雷达数据生成生命体的目标轮廓信息，将该目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息比对，判断目标轮廓信息是否指向儿童，利用轮廓匹配技术判断目标区域中的生命体是否为儿童，提升了检测判断的准确性。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，第三检测模块4执行包括如下操作：
控制毫米波雷达传感器对目标区域进行第二定向扫描；
当毫米波雷达传感器进行第二定向扫描时，其产生表征毫米波传感器发送第三发射信号在生命体上反射形成的第三反射信号的第三雷达数据；
根据第三雷达数据确定儿童的呼吸数据和心率数据；
若呼吸数据落在预设的正常呼吸数据区间内且心率数据落在预设的正常心率数据区间内时，则确定儿童处于健康状态，否则确定儿童未处于健康状态；
提醒模块5执行包括如下操作：
若儿童未处于健康状态，通过无线通讯装置向儿童对应家长的客户端发送提醒信息和定位信息。
上述技术方案的工作原理为：
当确定目标区域中存在儿童时，控制毫米波雷达传感器继续对其进行扫描，根据其产生的雷达数据确定儿童的呼吸数据(呼吸频率)和心率数据(心率大小)，当该呼吸数据和心率数据均满足数据正常条件(落在对应正常区间内)时，则确定儿童处于健康状态，否则确定儿童未处于健康状态，若儿童未处于健康状态，通过无线通讯装置(3G芯片/4G芯片/5G芯片)向该儿童家长的移动终端(手机、平板或电脑)发送提醒信息和儿童的当前位置信息(智能设备上定位装置产生的定位信息)；；例如：预设正常心率数据区间为[70，90]，测得儿童心率为78，说明当前儿童心率正常。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过毫米波雷达传感器实时监测目标区域中的儿童的呼吸数据和心率数据，判断该两者数据是否正常，若正常，则儿童处于健康状态，否则不处于健康状态，若儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒，提升了儿童的安全性，当父母不在身边时，一定程度上替代父母监管其儿童，降低了家长的负担，同时，更具有适用性。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，还包括：
危险检测模块，用于判断儿童是否处于危险状态；
上述危险检测模块执行包括如下操作：
根据第一雷达数据确定物体的物体轮廓信息和位置信息；
基于物体轮廓信息和位置信息生成周边环境的环境模型；
以毫米波雷达传感器的位置为原点构建三维坐标系；
当检测到目标区域中存在儿童时，在三维坐标系中基于目标轮廓信息获取第t时刻表示儿童第i个特征位置的第i位置点(xi t，yi t，zi t)；
在三维坐标系中基于物体轮廓信息获取环境模型中任一物体模型的第i个轮廓位置的第i轮廓点(xi′，yi′，zi′)；
在预设的第一时间段内，若第i位置点和第i轮廓点满足下式关系，则确定儿童站在物体上方：
Figure BDA0002820827480000171
其中，min表示取极小值，max表示取极大值，h1为预设的下限值，h2为预设的上限值，σ为预设的误差系数，1≤t≤T1，T1为第一时间段内的时刻总数目；
在三维坐标系中获取环境模型中表示地面的平面z＝eva；
计算物体的高度：
Figure BDA0002820827480000181
其中，height为物体的高度，G为第i位置点的总数目，eva为常数；
在预设的第二时间段内，基于第i位置点中的三轴坐标xi t、yi t和zi t分别绘制xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线，此时，1≤t≤T2，T2为第二时间段内的时刻总数目；
获取预设标准曲线数据库中分别与xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线对应的Xi标准曲线、Yi标准曲线和Zi标准曲线；
分别计算xi目标曲线和Xi标准曲线的第ai匹配度、yi目标曲线和Yi标准曲线的第bi匹配度以及zi目标曲线和Zi标准曲线的第ci匹配度；
若物体的高度大于等于预设的高度阈值，
和/或，
第ai匹配度、第bi匹配度和第ci匹配度均大于等于预设的匹配度阈值时，对儿童以及其家长进行提醒。
上述技术方案的工作原理为：
例如：智能设备设置在包括但不限于：儿童卧室的上墙壁(卧室照明灯旁)，当儿童在卧室写作业、活动或坐在床上看电视时，智能设备中的毫米波雷达传感器对整个卧室进行全方位扫描，其会产生雷达数据，根据雷达数据确定卧室中各物体(课桌、床、凳子、衣柜和电视机等)的轮廓信息，毫米波雷达传感器还可以测定其位于自身的距离，依据其扫描角度自动生成各物体的位置信息，根据轮廓信息和位置信息以毫米波雷达传感器的所处位置为原点构建三维坐标系，当确定指向儿童的目标轮廓信息时，在该儿童轮廓上每隔预设的距离选取一个点作为位置点，在确定物体的物体轮廓信息，识别距离设备最近的物体轮廓的表面，在该表面上每隔预设的距离选取第一点作为轮廓点；根据预设的第一时间段(例如20秒)，20秒内各时刻(例如每0.1秒)位置点和轮廓点的关系确定儿童是否站在物体(床或桌子)上，智能设备可自行识别距离其最远的平面将其作为地面，根据地面和物体轮廓点计算物体的高度，若高度过大，则说明儿童存在危险；根据预设的第二时间段(例如：5秒)内儿童的位置点数据，判断其是否在物体上做危险动作，如在床上跳动等；可预先通过大量的实验采集儿童在床上跳动的雷达数据进行训练成标准曲线，再将目标曲线与标准曲线进行比对，并计算匹配度，判断其动作是否吻合，若匹配度大于等于匹配度阈值或物体高度较高，儿童处于危险状态，对其极其家长进行提醒，播放请保持正常姿态等语音数据，向家长的客户端发送提醒信息等；选取与目标曲线对应的标准曲线时，系统可根据儿童轮廓信息上位置点的个数和轮廓面积等自动选取与其对应的标准曲线。
上述技术方案的有益效果为：经常有儿童在卧室看电视时，在床上不停跳动而导致从床上摔下现象的发生，同时，儿童可能爬到高度较高的课桌椅上去够取某物时，也存在危险，本发明实施例通过毫米波雷达传感器检测儿童在获得空间内是否处于危险状态，在危险可能发生的初期，对儿童及其家长进行提醒，避免危险事故发生，提升了儿童在活动空间中的安全性，为家长减轻负担，同时，也更加智能化。
本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，危险检测模块采用以下预设的方法计算各目标曲线与对应标准曲线的匹配度，包括：
基于第二时间段和标准曲线数据库中的曲线数量确定采样点的个数：
Figure BDA0002820827480000191
其中，total为采样点的个数，M为第二时间段的时间长度，m为预设的标准时间间隔，V为标准曲线数据库中的曲线数量，τ为预设的确定系数；
分别获取目标曲线上与采样点对应的第一坐标集以及标准曲线上与采样点对应的第二坐标集；
计算目标曲线与对应标准曲线的匹配度：
Figure BDA0002820827480000201
其中，δ为匹配度，Aj为第一坐标集中第j个第一坐标的横坐标，Bj为第一坐标集中第j个第一坐标的纵坐标，Aj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的横坐标，Bj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的纵坐标，Aj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的横坐标，Bj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的纵坐标，Aj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的横坐标，Bj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的纵坐标，p为各坐标集中对应坐标的总数目，C为常数，一般取2，k1和k2为预设的权重值。
上述技术方案的工作原理为：
通过采样儿童在物体上活动的位置点变化曲线并对标准曲线数据库进行填充，当标准曲线足够多时，可适当减少采样点，提升设备的工作效率，更缩短判断儿童是否处于危险状态的时间；根据采样点在目标曲线和标准曲线上对应的各坐标点之间的关系，并赋予对应的权重值，可计算目标曲线与标准曲线的匹配度；每一个曲线数量区间映射一个确定系数，例如：当曲线数据库中的曲线数量落在区间[10000，10008]时，此时确定系数为1.03。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过根据标准曲线数据库中的标准曲线数量适当调整选取采样点，当标准曲线足够多时，可适当减少采样点，提升设备的工作效率，更缩短判断儿童是否处于危险状态的时间，通过曲线之间的匹配度可判断儿童的当前动作是否危险，十分智能化。
本发明实施例提供的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理移动设备，移动设备上存储有应用程序，其特征在于，应用程序执行时实现任一项的基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理的方法。
其具体工作原理可参见上述与基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理对应的实施例，在此不作赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，其特征在于，包括：
通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体；
若存在，确定所述生命体存在的目标区域；
通过所述毫米波雷达传感器检测所述目标区域中是否存在儿童；
若存在，通过所述毫米波雷达传感器检测所述儿童是否处于健康状态；
若所述儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒。
2.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理方法，其特征在于，通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体，具体包括：
控制所述毫米波雷达传感器对所述周边环境进行全方位扫描；
当所述毫米波雷达传感器进行全方位扫描时，其产生表征所述毫米波传感器发送第一发射信号后在所述周边环境中任一物体上反射形成的第一反射信号的第一雷达数据；
解析所述第一雷达数据，当所述第一雷达数据中存在满足预设的生命体征条件的生命体征数据时，确定所述周边环境中存在所述生命体，否则不存在所述生命体；
确定所述生命体存在的目标区域，具体包括：
若所述周边环境中存在所述生命体，获取所述毫米波雷达传感器产生所述生命体数据对应的发射点，将与所述发射点对应的扫描区域作为目标区域。
3.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能监控管理方法，其特征在于，通过所述毫米波雷达传感器检测所述目标区域中是否存在儿童，具体包括：
控制所述毫米波雷达传感器对所述目标区域进行第一定向扫描；
当所述毫米波雷达传感器进行第一定向扫描时，其产生表征所述毫米波传感器发送第二发射信号在所述生命体上反射形成的第二反射信号的第二雷达数据；
根据所述第二雷达数据确定所述生命体的目标轮廓信息；
将所述目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断所述目标轮廓信息是否指向儿童；
若所述目标轮廓信息指向儿童，则确定所述目标区域中存在儿童，否则确定所述目标区域中不存在儿童。
4.如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能监控管理方法，其特征在于，通过所述毫米波雷达传感器检测所述儿童是否处于健康状态，具体包括：
控制所述毫米波雷达传感器对所述目标区域进行第二定向扫描；
当所述毫米波雷达传感器进行第二定向扫描时，其产生表征所述毫米波传感器发送第三发射信号在所述生命体上反射形成的第三反射信号的第三雷达数据；
根据所述第三雷达数据确定所述儿童的呼吸数据和心率数据；
若所述呼吸数据落在预设的正常呼吸数据区间内且所述心率数据落在预设的正常心率数据区间内时，则确定所述儿童处于健康状态，否则确定所述儿童未处于健康状态；
若所述儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒，具体包括：
若所述儿童未处于健康状态，通过无线通讯装置向所述儿童对应家长的客户端发送提醒信息和定位信息。
5.如权利要求3所述的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能监控管理方法，其特征在于，还包括：
根据所述第一雷达数据确定所述物体的物体轮廓信息和位置信息；
基于所述物体轮廓信息和所述位置信息生成所述周边环境的环境模型；
以所述毫米波雷达传感器的位置为原点构建三维坐标系；
当检测到所述目标区域中存在儿童时，在所述三维坐标系中基于所述目标轮廓信息获取第t时刻表示所述儿童第i个特征位置的第i位置点(xi t，yi t，zi t)；
在所述三维坐标系中基于所述物体轮廓信息获取所述环境模型中任一物体模型的第i个轮廓位置的第i轮廓点(xi′，yi′，zi′)；
在预设的第一时间段内，若所述第i位置点和所述第i轮廓点满足下式关系，则确定所述儿童站在所述物体上方：
Figure FDA0002820827470000031
其中，min表示取极小值，max表示取极大值，h1为预设的下限值，h2为预设的上限值，σ为预设的误差系数，1≤t≤T1，T1为第一时间段内的时刻总数目；
在所述三维坐标系中获取所述环境模型中表示地面的平面z＝eva；
计算所述物体的高度：
Figure FDA0002820827470000032
其中，height为物体的高度，G为第i位置点的总数目，eva为常数；
在预设的第二时间段内，基于所述第i位置点中的三轴坐标xi t、yi t和zi t分别绘制xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线，此时，1≤t≤T2，T2为第二时间段内的时刻总数目；
获取预设标准曲线数据库中分别与xi目标曲线、yi目标曲线和zi目标曲线对应的Xi标准曲线、Yi标准曲线和Zi标准曲线；
分别计算xi目标曲线和Xi标准曲线的第ai匹配度、yi目标曲线和Yi标准曲线的第bi匹配度以及zi目标曲线和Zi标准曲线的第ci匹配度；
若所述物体的高度大于等于预设的高度阈值，
如/或，
所述第ai匹配度、第bi匹配度和第ci匹配度均大于等于预设的匹配度阈值时，对所述儿童以及其家长进行提醒。
6.如权利要求5所述的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能监控管理方法，其特征在于，采用以下预设的方法计算各目标曲线与对应标准曲线的匹配度，包括：
基于所述第二时间段和所述标准曲线数据库中的曲线数量确定采样点的个数：
Figure FDA0002820827470000041
其中，total为采样点的个数，M为第二时间段的时间长度，m为预设的标准时间间隔，V为标准曲线数据库中的曲线数量，τ为预设的确定系数；
分别获取所述目标曲线上与所述采样点对应的第一坐标集以及所述标准曲线上与所述采样点对应的第二坐标集；
计算目标曲线与对应标准曲线的匹配度：
Figure FDA0002820827470000042
其中，δ为匹配度，Aj为第一坐标集中第j个第一坐标的横坐标，Bj为第一坐标集中第j个第一坐标的纵坐标，Aj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的横坐标，Bj′为第二坐标集合中第j个第二坐标的纵坐标，Aj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的横坐标，Bj-1为第一坐标集中第j-1个第一坐标的纵坐标，Aj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的横坐标，Bj-1′为第二坐标集合中第j-1个第二坐标的纵坐标，p为各坐标集中对应坐标的总数目，C为常数，一般取2，k1和k2为预设的权重值。
7.一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，其特征在于，包括：
第一检测模块，用于通过毫米波雷达传感器检测其周边环境中是否存在生命体；
确定模块，用于若存在，确定所述生命体存在的目标区域；
第二检测模块，用于通过所述毫米波雷达传感器检测所述目标区域中是否存在儿童；
第三检测模块，用于若存在，通过所述毫米波雷达传感器检测所述儿童是否处于健康状态；
提醒模块，用于若所述儿童未处于健康状态，对其家长进行提醒。
8.如权利要求7所述的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，其特征在于，所述第一检测模块执行包括如下操作：
控制所述毫米波雷达传感器对所述周边环境进行全方位扫描；
当所述毫米波雷达传感器进行全方位扫描时，其产生表征所述毫米波传感器发送第一发射信号后在所述周边环境中任一物体上反射形成的第一反射信号的第一雷达数据；
解析所述第一雷达数据，当所述第一雷达数据中存在满足预设的生命体征条件的生命体征数据时，确定所述周边环境中存在所述生命体，否则不存在所述生命体；
所述确定模块执行包括如下操作：
若所述周边环境中存在所述生命体，获取所述毫米波雷达传感器产生所述生命体数据对应的发射点，将与所述发射点对应的扫描区域作为目标区域。
9.如权利要求7所述的一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理系统，其特征在于，所述第二检测模块执行包括如下操作：
控制所述毫米波雷达传感器对所述目标区域进行第一定向扫描；
当所述毫米波雷达传感器进行第一定向扫描时，其产生表征所述毫米波传感器发送第二发射信号在所述生命体上反射形成的第二反射信号的第二雷达数据；
根据所述第二雷达数据确定所述生命体的目标轮廓信息；
将所述目标轮廓信息与预设的标准轮廓信息数据库中的标准轮廓信息进行比对，判断所述目标轮廓信息是否指向儿童；
若所述目标轮廓信息指向儿童，则确定所述目标区域中存在儿童，否则确定所述目标区域中不存在儿童。
10.一种基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理移动设备，所述移动设备上存储有应用程序，其特征在于，所述应用程序执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于毫米波雷达传感器的儿童智能健康管理的方法。
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