CN114040337A - 一种越野活动的智能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种越野活动的智能管理系统，包括可穿戴终端、信标和总控平台；可穿戴终端上集成有健康监测装置，接收信标发射的标点信号并与总控平台通信连接；信标持续发射标点信号，标点信号的信号强度随传播距离的增大而衰减；总控平台内设置有定位模块和报警模块；可穿戴终端将自身的设备编号信息、接收到的标点信号的强度信息和信号源编号发送至定位模块，定位模块输出可穿戴终端的坐标，健康监测装置将监测数据发送至报警模块，定位模块的输出送入报警模块。与现有技术相比，本发明便于活动组织人员对参赛者进行管理，对参赛者的身体状况进行实时监测，既为参赛者的安全和健康提供了保障，也为越野活动成绩的评价提供了参考。

Description

一种越野活动的智能管理系统
技术领域
本发明涉及一种室外越野活动的监控、人员定位及活动管理系统，尤其是涉及一种越野活动的智能管理系统。
背景技术
随着生活质量的逐步提升，人们也越来越关注健康、娱乐等话题，越野活动、越野课程等也逐渐流行起来。定向越野是定向运动的主要比赛项目之一，参赛者要依靠标有若干检查点和方向线的地图并，自己设计前进路线，依次寻找各个检查点，在各个检查点进行打卡。
定向越野活动主要在野外进行，环境复杂，参赛者在复杂的野外环境中运动，缺乏及时、有效的救助手段，无法给参赛者提供安全保障，参赛者出界、受伤、遇险时组织者往往无法第一时间了解情况并提供救助服务。另一方面，进行比分计算来确定获胜者时，只能根据打卡的正确率及活动完成时间评判成绩，只评价了结果，未能全面地对参赛人员的过程进行客观数据评价。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种越野活动的智能管理系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种越野活动的智能管理系统，包括可穿戴终端、信标和总控平台；
所述可穿戴终端由参赛人员佩戴，其上集成有健康监测装置，所述可穿戴终端接收信标发射的标点信号并与总控平台通信连接；
所述信标持续发射标点信号，所述标点信号的信号强度随传播距离的增大而衰减；
总控平台存储有各个信标以及各个打卡点的坐标，所述总控平台内设置有定位模块和报警模块；
所述可穿戴终端将自身的设备编号信息、接收到的标点信号的强度信息和信号源编号发送至定位模块，定位模块输出可穿戴终端的坐标，所述健康监测装置将监测数据发送至报警模块，所述定位模块的输出送入报警模块。
优选的，还包括基站，所述基站支持蓝牙无线协议，所述信标为iBeacon蓝牙信标，所述可穿戴终端与基站以蓝牙方式通信连接，所述基站通过网络连接总控平台。
优选的，所述可穿戴终端为智能手环。
优选的，所述可穿戴终端上集成有报警求助按钮。
优选的，所述可穿戴终端将接收到的标点信号按照信号强度排序，将自身的设备编号信息、信号强度最大的3个标点信号的强度信息和信号源编号发送至定位模块，定位模块基于信号源编号确定3个标点信号所属的信标的坐标，基于强度信息确定3个标点信号所属的信标与可穿戴终端的距离，通过三边定位算法得到可穿戴终端的坐标。
优选的，考虑到测量的误差，使用三边定位算法计算可穿戴终端的坐标时采用最小二乘法进行求解。
优选的，所述健康监测装置包括心率监测装置、血氧监测装置和血压监测装置中的一种或多种。
优选的，健康监测装置根据设置的间隔时间采集监测数据并发送至报警模块，所述报警模块接收健康监测装置发送的监测数据，当监测数据不在预设置的安全范围时，发出报警信息。
优选的，所述报警模块接收定位模块输出的可穿戴终端的坐标，当可穿戴终端的坐标不在预设置的越野活动范围内时发出报警信息。
优选的，所述总控平台内还设置有位置监控模块，所述位置监控模块接收定位模块输出的可穿戴终端的坐标，判断可穿戴终端的坐标是否在预设置的打卡点范围内。
优选的，各个打卡点至少指定一个信标，所述可穿戴终端内存储有各个打卡点所指定的信标的信号源编号，可穿戴终端接收到标点信号后，判断接收到的标点信号的信号源编号是否为某个打卡点所指定的信标的信号源编号。
优选的，所述总控平台内还设置有显示模块，所述显示模块上设置了电子地图单元和曲线绘图单元，可以将参赛人员的坐标实时显示在电子地图上，通过曲线绘图单元将每个参赛人员的监测数据以图表的形式进行可视化展示。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)参赛者佩戴可穿戴终端，可穿戴终端接收越野活动范围内的信标发射的标点信号，从而确定参赛者的实时位置，定位精度高、定位速度快，便于活动组织人员对参赛者进行管理。
(2)可穿戴终端上设置了健康监测装置，能对参赛者的身体状况进行实时监测，既为参赛者的安全和健康提供了保障，也为越野活动成绩的评价提供了参考。
(3)信标为蓝牙信标，设置了基站来实现可穿戴终端与总控平台的通信，成本低、易于部署，实时性强，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本实施例中智能管理系统的结构示意图；
图3为三边定位算法的求解示意图一；
图4为三边定位算法的求解示意图二；
图5为电子地图叠加参赛人员位置信息的示意图；
附图标记：1、可穿戴终端，2、信标，3、总控平台，4、健康监测装置，5、定位模块，6、报警模块，7、基站。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
实施例1：
一种越野活动的智能管理系统，如图1所示，包括可穿戴终端1、信标2和总控平台3；
可穿戴终端1由参赛人员佩戴，其上集成有健康监测装置4，可穿戴终端1接收信标2发射的标点信号并与总控平台3通信连接；信标2持续发射标点信号，标点信号的信号强度随传播距离的增大而衰减；总控平台3存储有各个信标2以及各个打卡点的坐标，总控平台3内设置有定位模块5和报警模块6；可穿戴终端1将自身的设备编号信息、接收到的标点信号的强度信息和信号源编号发送至定位模块5，定位模块5输出可穿戴终端1的坐标，健康监测装置4将监测数据发送至报警模块6，定位模块5的输出送入报警模块6。
在进行越野活动时，各个参赛人员佩戴可穿戴终端1，在越野活动范围内设置多个信标2，可穿戴终端1接收附件信标2发射的标点信号，将自身的设备编号信息、信标信号的强度信息以及信号源编号发送给总控平台3，由定位模块5进行计算，确定可穿戴终端1的坐标，进而可以得到参赛人员的实时位置。健康监测装置4对参赛人员的各项健康指标进行数据采集，并将监测数据发送给总控平台3。报警模块6一方面可以在监测数据异常时报警，另一方面可以在可穿戴终端1的坐标异常时报警。
具体的，可穿戴终端1将接收到的标点信号按照信号强度排序，将自身的设备编号信息、信号强度最大的3个标点信号的强度信息和信号源编号发送至定位模块5，定位模块5基于信号源编号确定3个标点信号所属的信标2的坐标，基于强度信息确定3个标点信号所属的信标2与可穿戴终端1的距离，通过三边定位算法得到可穿戴终端1的坐标。考虑到测量的误差，使用三边定位算法计算可穿戴终端1的坐标时采用最小二乘法进行求解。对于组队形式的越野活动，配合定位模块5，可以实现同组成员的定位等。
健康监测装置4包括心率监测装置、血氧监测装置和血压监测装置中的一种或多种。健康监测装置4根据设置的间隔时间采集监测数据并发送至报警模块6，报警模块6接收健康监测装置4发送的监测数据，当监测数据不在预设置的安全范围时，发出报警信息。报警模块6接收定位模块5输出的可穿戴终端1的坐标，当可穿戴终端1的坐标不在预设置的越野活动范围内时发出报警信息。考虑到越野活动范围可能存在危险区域，在参赛人员进入危险区域时也会发出报警信息。根据越野活动的不同规则，报警信息可以发送给参赛人员，提醒参赛人员注意，也可以发送给活动组织人员，活动组织人员根据报警信息采取适当的措施。
本实施例中，总控平台3内还设置有位置监控模块，位置监控模块接收定位模块5输出的可穿戴终端1的坐标，判断可穿戴终端1的坐标是否在预设置的打卡点范围内，可以发送打卡提示信息至可穿戴终端1，提醒参赛人员进行打卡，可穿戴终端1再将打卡信息(时间、哪一个打卡点等)返回总控平台3；也可以默认参赛人员完成了打卡，总控平台3记录此时的时间等作为打卡信息，并发送提示至可穿戴终端1，告知参赛人员已完成打卡。
在其他实施方式中，也可以由可穿戴终端1进行打卡判断，各个打卡点至少指定一个信标2，可穿戴终端1内存储有各个打卡点所指定的信标2的信号源编号，可穿戴终端1接收到标点信号后，判断接收到的标点信号的信号源编号是否为某个打卡点所指定的信标2的信号源编号，若为是，可以由可穿戴终端1发出打卡提示，提醒参赛人员进行打卡，可穿戴终端1再将打卡信息(时间、哪一个打卡点等)返回总控平台3；也可以默认参赛人员完成了打卡，记录此时的时间等作为打卡信息，可穿戴终端1将打卡信息(时间、哪一个打卡点等)返回总控平台3，可穿戴终端1再发出提示，告知参赛人员已完成打卡。
总控平台3内还设置有显示模块，显示模块上设置了电子地图单元和曲线绘图单元，可以将参赛人员的坐标实时显示在电子地图上，通过曲线绘图单元将每个参赛人员的监测数据以图表的形式进行可视化展示。
本实施例中，综合考虑设备部署的难易程度以及成本、安全性等问题，如图2所示，采用了蓝牙的方式进行定位，信标2为iBeacon蓝牙信标，可穿戴终端1接收信标2发射的标点信号。考虑到可穿戴终端1的便携性，其体积、功耗应尽可能小，因此设置了基站7，基站7支持蓝牙BLE4.0无线协议，可穿戴终端1与基站7以蓝牙方式通信连接，基站7通过网络连接总控平台3。
另外，考虑到算力、部署等问题，本实施例中设置了两个应用服务器，一个应用服务器作为定位引擎，完成定位模块5的工作，用于进行智能手环的定位，并将定位结果(智能手环的坐标)发送给另一个应用服务器，另一个应用服务器作为管理系统，完成报警模块6、显示模块等的工作，便于活动组织人员进行实时监控和管理。
蓝牙定位的定位精度能维持在3-5米左右，部署实施方便，无需牵扯电线，续航时间可达2-3年，综合比较各种定位方案蓝牙定位应该是性价比最高，实时性更强。
考虑到复杂的野外环境，为了减少对参赛者的影响且尽可能降低可穿戴终端1的遗失率，本实施例中，可穿戴终端1为智能手环。在可穿戴终端1上集成有报警求助按钮，参赛者可以自行按下报警求助按钮，寻求场外帮助。根据越野活动范围大小、信标2以及基站7的输出功率等，计算所需要基站7数量和信标2数量，结合打卡点规划安装路线，进行信标2和基站7的安装。
定位的具体过程如下：
智能手环进入越野活动范围内，开始接收周围iBeacon蓝牙信标的标点信号，本实施例中iBeacon蓝牙信标支持3个UUID轮流广播，广播功率默认0dBm，广播周期500ms，广播距离为空旷极限传输距离150m；
智能手环对接收到的周围iBeacon蓝牙信标的标点信号的队列进行检查，选择接收到的标点信号中信号强度最大的前3个标点信号，将这3个标点信号的强度信息和信号源编号发送给无线蓝牙基站7，本实施例中，基站7输出功率为-4dBm到+20dBm，识别能力支持10000个以上智能手环过滤通信；
基站7识别距离大约为300米左右，基站7把自己范围内通信的智能手环发送过来的iBeacon信号强度信息、iBeacon信号源编号以及通信的智能手环的设备编号信息，通过网络发送给总控平台3的定位模块5，由定位模块5计算得到智能手环的坐标信息。
计算过程如下：
如图3所示，将信号强度最大的前3个标点信号所属的信标2记为iBeacon A、iBeaconB、iBeaconC，根据智能手环(图中标号为手环D)接收到的RSSI(信号强度)值，可以测出3个iBeacon蓝牙信标到智能手环的距离为R1、R2、R3，则以3个iBeacon蓝牙信标的坐标为圆心，以3个iBeacon蓝牙信标到智能手环的距离为半径可以画出3个相交的圆，3个圆的交点即智能手环的坐标。
在实际测量中，往往由于测量的误差，使3个圆并不交于一点，而相交于一块区域，如图4所示，此种情况下，需要用其他算法进行估计，这里采用最小二乘法进行求解。
设智能手环的坐标(x,y)，3个iBeacon蓝牙信标的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，建立方程，得到以下方程组：
(x1-x)2+(y1-y)2＝d12
(x2-x)2+(y2-y)2＝d22
(x3-x)2+(y3-y)2＝d32
其中，d1、d2、d3表示智能手环与3个iBeacon蓝牙信标的实际距离；
用第1个方程减去第3个方程、用第2个方程减去第3个方程，消除非线性项，得到如下的矩阵表示形式：
AX＝b
其中：
Figure BDA0003368962840000071
Figure BDA0003368962840000072
Figure BDA0003368962840000073
对其采用最小二乘求解，则是求AX＝b二范数的最小值，用最小二乘法求解得到：
X＝(ATA)-1ATb
X便是智能手环的坐标计算值。
在其他实施方式中，也可以接收更多个iBeacon蓝牙信标的标点信号，从而得到更准确的定位。
健康监测装置4的工作如下：
设置间隔时间，如15秒，智能手环上的健康监测装置4每隔15秒把采集到的心率、血氧等信号，通过基站7和网络同步发送给总控平台3。
报警模块6一方面监测心率、血氧等信号是否在正常范围内，能够保障参赛人员的生命安全，另一方面可以监测参赛人员的坐标，当超出越野范围时报警。
在总控平台3上，还可以调用第三方接口，如百度地图等，将定位模块5给出的可穿戴终端1的坐标叠加到电子地图上显示，如图5所示，可以实时查看各个参赛人员的位置信息，通过记录历史数据，还可以提供人员轨迹查询、人员路径分析等功能。
本申请还为越野活动的客观打分提供了支持。能够查看单人或者小组的打卡时间，可以监测参赛者在活动过程中的心率、血氧及血压等健康指标数据，还能准确对参赛人员进行定位，对参赛人员的路径进行分析，从而给出客观准确的评价成绩。
此外，可穿戴终端1及总控平台3还具有成绩汇总统计、数据导出、语音播报和识别、耳机音响音频输出、显示屏信息显示等常规功能设置，根据需要设计即可，相关从业人员可以理解，在此不再赘述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，包括可穿戴终端、信标和总控平台；
所述可穿戴终端由参赛人员佩戴，其上集成有健康监测装置，所述可穿戴终端接收信标发射的标点信号并与总控平台通信连接；
所述信标持续发射标点信号，所述标点信号的信号强度随传播距离的增大而衰减；
总控平台存储有各个信标以及各个打卡点的坐标，所述总控平台内设置有定位模块和报警模块；
所述可穿戴终端将自身的设备编号信息、接收到的标点信号的强度信息和信号源编号发送至定位模块，定位模块输出可穿戴终端的坐标，所述健康监测装置将监测数据发送至报警模块，所述定位模块的输出送入报警模块。
2.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，还包括基站，所述基站支持蓝牙无线协议，所述信标为iBeacon蓝牙信标，所述可穿戴终端与基站以蓝牙方式通信连接，所述基站通过网络连接总控平台。
3.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，所述可穿戴终端为智能手环。
4.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，所述可穿戴终端将接收到的标点信号按照信号强度排序，将自身的设备编号信息、信号强度最大的3个标点信号的强度信息和信号源编号发送至定位模块，定位模块基于信号源编号确定3个标点信号所属的信标的坐标，基于强度信息确定3个标点信号所属的信标与可穿戴终端的距离，通过三边定位算法得到可穿戴终端的坐标。
5.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，所述健康监测装置包括心率监测装置、血氧监测装置和血压监测装置中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，所述报警模块接收健康监测装置发送的监测数据，当监测数据不在预设置的安全范围时发出报警信息。
7.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，所述报警模块接收定位模块输出的可穿戴终端的坐标，当可穿戴终端的坐标不在预设置的越野活动范围内时发出报警信息。
8.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，所述总控平台内还设置有位置监控模块，所述位置监控模块接收定位模块输出的可穿戴终端的坐标，判断可穿戴终端的坐标是否在预设置的打卡点范围内。
9.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，各个打卡点至少指定一个信标，所述可穿戴终端内存储有各个打卡点所指定的信标的信号源编号，可穿戴终端接收到标点信号后，判断接收到的标点信号的信号源编号是否为某个打卡点所指定的信标的信号源编号。
10.根据权利要求1所述的一种越野活动的智能管理系统，其特征在于，所述总控平台内还设置有显示模块，所述显示模块上设置了电子地图单元和曲线绘图单元。
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