CN113384249A - 一种智慧养老的大数据管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智慧养老技术领域,具体地说,涉及一种智慧养老的大数据管理系统。其包括数据管理平台,所述数据管理平台包括人体机能数据采集单元、人体机能数据监测单元、数据反馈单元和数据存储单元。本发明中通过人脸采集模块对老人的人脸数据进行采集,并根据人脸识别结果进行数据定位,形成个人数据包,然后通过热成像采集模块和脉搏数据采集模块和脉搏数据采集模块对老人机体状态进行采集,从而实现了对老人的生理健康进行预测,以解决老人生病后无法及时获知的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智慧养老技术领域,具体地说,涉及一种智慧养老的大数据管理系统。
背景技术
目前,人口老龄化严重,而大多数的年轻人都外出工作,这样家中的空巢老人也就多了起来,很多家庭选择让老人去养老院,或者让老人独居在家,不管是家中还是养老院,都无法对老人的生理状态进行实时监测,很多时候老人患病都不能及时获知,从而导致老人病情加重,严重时会对老人的生命造成威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智慧养老的大数据管理系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供一种智慧养老的大数据管理系统,包括数据管理平台,所述数据管理平台包括人体机能数据采集单元、人体机能数据监测单元、数据反馈单元和数据存储单元;所述人体机能数据采集单元用于采集老人人体机能的数据信息;所述人体机能数据监测单元用于对人体机能数据采集单元采集的数据信息进行实时监测,并通过数据反馈单元将异常数据反馈至数据管理平台;所述数据存储单元用于对采集数据、监测数据以及反馈数据进行存储。
作为本技术方案的进一步改进,所述人体机能数据采集单元包括人脸采集模块、热成像采集模块和脉搏数据采集模块;所述人脸采集模块用于对老人的人脸数据进行采集,并根据人脸识别进行数据定位,形成个人数据包,以对采集数据进行存储;所述热成像采集模块用于对老人的体表温度进行测量,并将测量的体表温度数据传输至个人数据包;所述脉搏数据采集模块用于对老人的脉搏数据进行采集,并将脉搏数据传输至个人数据包。
作为本技术方案的进一步改进,所述人脸采集模块利用人脸识别算法对采集的人脸数据进行定位,人脸识别算法采用PFLD算法,其包括主识别网络和辅识别网络;所述主识别网络用于预测特征点的位置;所述辅识别网络用于预测采集时的人脸姿态。
作为本技术方案的进一步改进,所述辅识别网络利用LOSS函数进行人脸姿态预测,其函数表达式如下:
其中,M为人脸识别样本个数;N为人脸特征点个数;γn为特征权重;d为特征点距离度量。
作为本技术方案的进一步改进,所述特征权重利用人脸类别以及人脸维度进行加权,其加权公式如下:
其中,K为人脸维度级数;C为人脸类别个数;ω为人脸类别权重。
作为本技术方案的进一步改进,所述热成像采集模块利用人体的红外辐射对体表温度数据进行采集,红外辐射的计算采用Planck算法,其算法公式如下:
其中,Weλ为人体红外辐射的通量密度;T为人体体表温度;c1为黑辐射常数;c2为人体红外辐射常数;λ为辐射波长;e为辐射能量。
作为本技术方案的进一步改进,所述脉搏数据采集模块采用光电容积脉搏波描记法,其描记法步骤如下:
S1.1、利用光电传感器将人体的脉搏波转换为相应于脉博电信号;
其中,光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化,当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化,而非血液组织的光吸收量是恒定不变的,例如皮肤、肌肉、骨格等,这样就把人体的脉搏波转换为相应于脉博电信号,以便于采集。
S1.2、对脉博电信号进行差分放大,这里选用低噪声的放大器,其中,INA114作为放大器的核心元件,最低2.3V的工作电源电压满足电源要求,INA114的失调电压不到0.1mV,因此取其电压增益100,根据INA114的增益计算公式可得RG=500欧姆;
S1.3、利用归一化的方法对差分放大后的脉博电信号进行滤波,并将滤波信号输出以供脉搏数据采集模块采集。
作为本技术方案的进一步改进,所述人体机能数据监测单元包括数据提取模块、数据分析模块和数据监测模块;所述数据提取模块用于对人数据包内的采集数据进行提取,并将提取的数据传输至数据分析模块;所述数据分析模块用于对提取的数据进行分析处理;所述数据监测模块用于对数据分析模块中的数据进行监测,并将监测中的异常数据传输至数据反馈单元,通过数据反馈单元将异常数据反馈至数据管理平台。
作为本技术方案的进一步改进,所述数据分析模块包括异常分析模块和异常放大模块;异常分析模块用于对人脸采集模块、热成像采集模块和脉搏数据采集模块采集的数据进行比对分析,并通过异常放大模块将比对分析的数据信号进行放大,以供数据监测模块监测。
作为本技术方案的进一步改进,所述数据反馈单元采用反馈信息同步融合算法,其算法公式如下:
与现有技术相比,本发明的有益效果:通过人脸采集模块对老人的人脸数据进行采集,并根据人脸识别结果进行数据定位,形成个人数据包,然后通过热成像采集模块和脉搏数据采集模块和脉搏数据采集模块对老人机体状态进行采集,从而实现了对老人的生理健康进行预测,以解决老人生病后无法及时获知的问题。
附图说明
图1为实施例1的整体模块框图;
图2为实施例1的人体机能数据采集单元模块框图;
图3为实施例1的人体机能数据监测单元模块框图。
图中各个标号意义为:
100、数据管理平台;
110、人体机能数据采集单元;111、人脸采集模块;112、热成像采集模块;113、脉搏数据采集模块;
120、人体机能数据监测单元;121、数据提取模块;122、数据分析模块;123、数据监测模块;
130、数据反馈单元;
140、数据存储单元。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种智慧养老的大数据管理系统,请参阅图1-图3,包括数据管理平台100,数据管理平台100包括人体机能数据采集单元110、人体机能数据监测单元120、数据反馈单元130和数据存储单元140;人体机能数据采集单元110用于采集老人人体机能的数据信息;人体机能数据监测单元120用于对人体机能数据采集单元110采集的数据信息进行实时监测,并通过数据反馈单元130将异常数据反馈至数据管理平台100;数据存储单元140用于对采集数据、监测数据以及反馈数据进行存储。
本实施例中,人体机能数据采集单元110包括人脸采集模块111、热成像采集模块112和脉搏数据采集模块113;人脸采集模块111用于对老人的人脸数据进行采集,并根据人脸识别进行数据定位,形成个人数据包,以对采集数据进行存储;热成像采集模块112用于对老人的体表温度进行测量,并将测量的体表温度数据传输至个人数据包;脉搏数据采集模块113用于对老人的脉搏数据进行采集,并将脉搏数据传输至个人数据包。
进一步的,人脸采集模块111利用人脸识别算法对采集的人脸数据进行定位,人脸识别算法采用PFLD算法,其包括主识别网络和辅识别网络;主识别网络用于预测特征点的位置;辅识别网络用于预测采集时的人脸姿态。
具体的,辅识别网络利用LOSS函数进行人脸姿态预测,其函数表达式如下:
其中,M为人脸识别样本个数;N为人脸特征点个数;γn为特征权重;d为特征点距离度量。
此外,特征权重利用人脸类别以及人脸维度进行加权,其加权公式如下:
其中,K为人脸维度级数;C为人脸类别个数;ω为人脸类别权重。
除此之外,热成像采集模块112利用人体的红外辐射对体表温度数据进行采集,红外辐射的计算采用Planck算法,其算法公式如下:
其中,Weλ为人体红外辐射的通量密度;T为人体体表温度;c1为黑辐射常数;c2为人体红外辐射常数;λ为辐射波长;e为辐射能量。
值得说明的是,人体是一个普通的红外辐射体,它的辐射特性与其他一般的热辐射体相类似,在一般的条件下,它都不断地在向周围的空间散发红外辐射,由于人体体表的绝对温度比较低,因此人体散发的红外辐射能量主要分布在红外线长的波部分,其波段范围在5-50μm之间,其中8-14μm波长范围的红外辐射能量可以占到全部人体辐射能的46%,波长的峰值入在9.5μm处;不论肤色如何,辐射率都近似等于1,人体的红外热辐射可以近似看成是一个黑体辐射来进行处理。
由于人体体表的温度受该部位的组织散发的热辐射能量的影响,该组织的皮肤辐射率会出现一定的波动,某些情况下会大于1,例如,当老人患乳腺癌时,患者乳房区域的皮肤的辐射率比1大,主要原因是红外线在穿过皮肤表面向外发散时的温度差别较大,在乳腺癌发生时,由于器官的病变的原因导致辐射率发生了变化,从而实现了对老人的生理健康进行预测,以解决老人生病后无法及时获知的问题。
进一步的,脉搏数据采集模块113采用光电容积脉搏波描记法,其描记法步骤如下:
S1.1、利用光电传感器将人体的脉搏波转换为相应于脉博电信号;
其中,光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化,当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化,而非血液组织的光吸收量是恒定不变的,例如皮肤、肌肉、骨格等,这样就把人体的脉搏波转换为相应于脉博电信号,以便于采集。
S1.2、对脉博电信号进行差分放大,这里选用低噪声的放大器,其中,INA114作为放大器的核心元件,最低2.3V的工作电源电压满足电源要求,INA114的失调电压不到0.1mV,因此取其电压增益100,根据INA114的增益计算公式可得RG=500欧姆;
S1.3、利用归一化的方法对差分放大后的脉博电信号进行滤波,并将滤波信号输出以供脉搏数据采集模块113采集。
具体的,人体机能数据监测单元120包括数据提取模块121、数据分析模块122和数据监测模块123;数据提取模块121用于对人数据包内的采集数据进行提取,并将提取的数据传输至数据分析模块122;数据分析模块122用于对提取的数据进行分析处理;数据监测模块123用于对数据分析模块122中的数据进行监测,并将监测中的异常数据传输至数据反馈单元130,通过数据反馈单元130将异常数据反馈至数据管理平台100。
此外,数据分析模块122包括异常分析模块和异常放大模块;异常分析模块用于对人脸采集模块111、热成像采集模块112和脉搏数据采集模块113采集的数据进行比对分析,并通过异常放大模块将比对分析的数据信号进行放大,以供数据监测模块123监测。
除此之外,数据反馈单元130采用反馈信息同步融合算法,其算法公式如下:
值得说明的是,光测反馈把滤波后的光测数据进行异步数据融合处理,使其与滤波后雷测反馈在时间上达到同步然后再进行一步数据融合,并将一步融合获得的预测估计及其协方差阵作为下一步光测数据的预判依据,如果光测数据偏离该依据,并超过设定的误差限,则此步光测数据将被剔除,从而实现对光测反馈最佳测量数据的自动筛选和准确融合,以提高数据反馈单元130的反馈速度和反馈数据的质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例,并不用来限制本发明,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种智慧养老的大数据管理系统,包括数据管理平台(100),其特征在于:所述数据管理平台(100)包括人体机能数据采集单元(110)、人体机能数据监测单元(120)、数据反馈单元(130)和数据存储单元(140);所述人体机能数据采集单元(110)用于采集老人人体机能的数据信息;所述人体机能数据监测单元(120)用于对人体机能数据采集单元(110)采集的数据信息进行实时监测,并通过数据反馈单元(130)将异常数据反馈至数据管理平台(100);所述数据存储单元(140)用于对采集数据、监测数据以及反馈数据进行存储。
2.根据权利要求1所述的智慧养老的大数据管理系统,其特征在于:所述人体机能数据采集单元(110)包括人脸采集模块(111)、热成像采集模块(112)和脉搏数据采集模块(113);所述人脸采集模块(111)用于对老人的人脸数据进行采集,并根据人脸识别进行数据定位,形成个人数据包,以对采集数据进行存储;所述热成像采集模块(112)用于对老人的体表温度进行测量,并将测量的体表温度数据传输至个人数据包;所述脉搏数据采集模块(113)用于对老人的脉搏数据进行采集,并将脉搏数据传输至个人数据包。
3.根据权利要求2所述的智慧养老的大数据管理系统,其特征在于:所述人脸采集模块(111)利用人脸识别算法对采集的人脸数据进行定位,人脸识别算法采用PFLD算法,其包括主识别网络和辅识别网络;所述主识别网络用于预测特征点的位置;所述辅识别网络用于预测采集时的人脸姿态。
7.根据权利要求2所述的智慧养老的大数据管理系统,其特征在于:所述脉搏数据采集模块(113)采用光电容积脉搏波描记法,其描记法步骤如下:
S1.1、利用光电传感器将人体的脉搏波转换为相应于脉博电信号;
S1.2、对脉博电信号进行差分放大;
S1.3、利用归一化的方法对差分放大后的脉博电信号进行滤波,并将滤波信号输出以供脉搏数据采集模块(113)采集。
8.根据权利要求2所述的智慧养老的大数据管理系统,其特征在于:所述人体机能数据监测单元(120)包括数据提取模块(121)、数据分析模块(122)和数据监测模块(123);所述数据提取模块(121)用于对人数据包内的采集数据进行提取,并将提取的数据传输至数据分析模块(122);所述数据分析模块(122)用于对提取的数据进行分析处理;所述数据监测模块(123)用于对数据分析模块(122)中的数据进行监测,并将监测中的异常数据传输至数据反馈单元(130),通过数据反馈单元(130)将异常数据反馈至数据管理平台(100)。
9.根据权利要求8所述的智慧养老的大数据管理系统,其特征在于:所述数据分析模块(122)包括异常分析模块和异常放大模块;异常分析模块用于对人脸采集模块(111)、热成像采集模块(112)和脉搏数据采集模块(113)采集的数据进行比对分析,并通过异常放大模块将比对分析的数据信号进行放大,以供数据监测模块(123)监测。
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