CN114501362B - 一种基于nbiot网络儿童安全监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及安全管理技术领域，具体地说，涉及一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统。包括基建管理单元、数据处理单元、安全监管单元和功能应用单元；基建管理单元用于对设备及技术进行管理；数据处理单元用于对数据进行处理操作；安全监管单元用于进行安全管理；功能应用单元用于为儿童及监管人员建立连接。本发明设计可以有效增强数据处理能力、提高数据分析的速度及准确度，从而提高监管系统的运行效率，可以分析儿童的行为习惯，及时发现儿童的危险行为，以便及时阻止及进行安全保护；其采用NBIOT技术实现低功耗通讯及持续高质量的长续航，基于心率传感进行健康监测及防拆除检测，可以充分发挥儿童智能手环进行定位以进行安全防护的设计初衷。

Description

一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统
技术领域
本发明涉及安全管理技术领域，具体地说，涉及一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统。
背景技术
儿童手表是一款针对儿童与家长设计的软硬件结合的产品，通过佩戴在孩子手腕上的手表与配套手机APP连接，实现手机与手环轻松关联，可以准确定位孩子所在位置，便于家长及时了解孩子的位置，并具有通讯功能。然而，目前的儿童智能手表/手环功能多样，但主要还是以娱乐性质为主，缺少更细致的安全管理及防护的功能，儿童佩戴智能手表后，容易沉迷在娱乐中，无法完全发挥智能手表的初始目标，而且对于发生危险行为的儿童，没办法及时发现并阻止。同时，现有的儿童智能手表在应用过程中，还往往受到续航能力差、网络信号不佳导致定位不准确等缺陷的影响，使家长的使用体感较差。然而，目前却没有可以解决上述问题的儿童智能手环以及与其配套的完善的安全监控系统。鉴于此，我们提出了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统，包括
基建管理单元、数据处理单元、安全监管单元和功能应用单元；所述基建管理单元、所述数据处理单元、所述安全监管单元与所述功能应用单元依次通过网络通信连接；所述基建管理单元用于对加入系统并支撑系统运行的设备及技术进行连接管理；所述数据处理单元用于对系统运行过程中涉及的所有数据进行采集、分析、存储等处理操作；所述安全监管单元用于通过对用户的进行实时的定位和心率监测来判识其行为状态来进行安全管理；所述功能应用单元用于在儿童及其监管人员之间建立连接通道以便进行安全监管；
所述基建管理单元包括系统设备模块、技术支持模块、智能传感模块和通讯传输模块；
所述数据处理单元包括采集上报模块、汇总统计模块、危险标记模块和数据融合模块；
所述安全监管单元包括健康监测模块、实时定位模块、轨迹追踪模块和行为分析模块；
所述功能应用单元包括关联应用模块、直接通讯模块、危险告警模块和安全档案模块。
作为本技术方案的进一步改进，所述系统设备模块、所述技术支持模块、所述智能传感模块与所述通讯传输模块依次通过网络通信连接；所述系统设备模块用于对加入系统并支撑系统运行的设备装置进行连接管理；所述技术支持模块用于载入多种智能技术来支撑系统的功能实现；所述智能传感模块用于通过带有传输功能的传感器实时采集对应的状态参数并上报；所述通讯传输模块用于通过多种通信技术在系统各层面之间建立信号连接及数据传输的通道。
其中，基础设备包括但不限于：管理后台机房(计算机、显示器/显示大屏、存储器等)、通讯网关、智能手环(微处理器、存储器、网络模块等)、云端服务器、移动终端等。
其中，智能传感器包括但不限于：定位器、计时器、心率传感器等。
其中，通信技术包括但不限于：无线传输技术、无线WiFi、数据流量、窄带物联网技术等。
作为本技术方案的进一步改进，所述技术支持模块包括窄带物联模块、位置服务模块、全球定位模块和地理信息模块；所述窄带物联模块、所述位置服务模块、所述全球定位模块与所述地理信息模块依次通过网络通信连接且并列运行；所述窄带物联模块用于将构建于蜂窝网络的窄带物联网NBIOT部署于现有网络中，以实现低功耗的通讯；所述位置服务模块用于采用LBS技术通过电信移动运营商的无线电通讯网络或外部定位方式，获取移动终端设备或用户的位置信息；所述全球定位模块用于通过全球定位系统GPS为用户提供实时、全天候和全球性的定位及导航服务；所述地理信息模块用于连接地理信息系统GIS来获取目标区域内的地理信息情况及高清的区域地图。
作为本技术方案的进一步改进，所述采集上报模块的信号输出端与所述汇总统计模块的信号输入端连接，所述汇总统计模块的信号输出端与所述危险标记模块的信号输入端连接，所述危险标记模块的信号输出端与所述数据融合模块的信号输入端连接；所述采集上报模块用于通过智能手环实时采集儿童用户的实时位置、心率等状态数据并上报到系统的数据处理层；所述汇总统计模块用于对采集的所有数据进行汇总、整理，按预设程序及相应算法进行统计处理，并分别进行存储；所述危险标记模块用于从GIS系统中获取儿童用户实时位置所在的区域地图，并根据现存数据对区域内存在危险的区域进行标记；所述数据融合模块用于将采集的儿童的位置数据与区域地图数据融合起来，将儿童位置实时定位到区域地图的相应位置上。
作为本技术方案的进一步改进，所述健康监测模块、所述实时定位模块、所述轨迹追踪模块与所述行为分析模块依次通过网络通信连接；所述健康监测模块用于通过实时监测用户的心率情况对用户的健康情况进行监测管理，并可将心率数据上传至管理后台进行健康分析，同时可实时将心率信息显示在智能手环上，用户的监管人员也可在操作权限内获取其心率数据；所述实时定位模块用于通过智能手环的定位功能，结合GPS和LBS准确获取儿童用户的实时位置信息；所述轨迹追踪模块用于结合按时间顺序获取的定位信息，在GIS区域地图上绘制儿童用户的行动路线，从而准确追踪其活动轨迹；所述行为分析模块用于结合儿童用户的心率变化、位置变、轨迹变化频率及历史数据来对其行为习惯进行分析判断。
作为本技术方案的进一步改进，所述实时定位模块中，GPS和LBS系统在进行定位时，不可避免地存在两个定位不同的情况，则需要对定位系统进行修正，使两个定位系统互相修正从而获取准确的位置信息，具体地，GPS系统的位置校正计算方式如下：
xi＝(N+Hi)cosBicosLi
yi＝(N+Hi)cosBisinLi
zi＝[N(1-e2)+Hi]sinBi
其中，Bi为维度，Li为精度，Hi为高程，e2为椭球第一偏心率，N为椭球的卯酉圈典率半径；
进而有：
N＝a/(1-e2)1/2
其中，N、e2均为常数；
此外，为了避免错误与观测异常，至少需要三组dx、dy、dz，取其平均值即可直接作为校正参数的初值。
作为本技术方案的进一步改进，所述行为分析模块包括活动状态模块、运动习惯模块、预警模型模块和移除上报模块；所述活动状态模块、所述运动习惯模块、所述预警模型模块与所述移除上报模块依次通过网络通信连接；所述活动状态模块用于通过结合儿童用户的心率变化及定位中的移动速度来判断其活动状态，包括静止、步行、跑跳、搭乘交通工具等；所述运动习惯模块用于根据实时上传的信息，结合往期的历史运动轨迹信息来分析用户的日常行为习惯，以便及时判识处其出现的异常行为；所述预警模型模块用于采用神经网络及机器学习等成熟技术手段，以大量采集的儿童用户的往期行为数据为基础，构建危险行为判识预警模型以便进行安全监管；所述移除上报模块用于以心率监测数据为依据来作为判断智能手环是否移除的标志，后台可预设心率数据中断的时长参数，系统在超过该时长未接收到实时心率监测数据则可判断为手环移除，并及时发出警报、同时上报管理后台，移除警报持续发出，直到收到指定用户的反馈信息为止。
作为本技术方案的进一步改进，所述活动状态模块中，儿童用户的移动速度的计算方法如下：
首先，计算指定时间间隔内其移动轨迹的路程：
采用曼哈顿距离算法计算路程，其公式为：
d＝|x1-x2|+|y1-y2|
其中，d为行动轨迹变动距离，(x1，y1)为时间间隔内运动路径的终点位置坐标，(x2，y2)为时间间隔内运动路径的起点位置坐标；
再根据路程及时间间隔来计算移动速度，其公式为：
v＝d/Δt
Δt＝t1-t2
其中，v为儿童用户的实时活动平均速度，t1为时间间隔的终点时间点，t2为时间间隔的起点时间点，Δt为时间间隔的时长。
作为本技术方案的进一步改进，所述关联应用模块、所述直接通讯模块、所述危险告警模块与所述安全档案模块依次通过网络通信连接且并列运行；所述关联应用模块用于将儿童用户的监护人员的手机终端与安全监控系统进行连接，并根据监护人员的身份开放对应的操作权限；所述直接通讯模块用于给儿童用户通过智能手环直接与其监护人员进行通讯通话的功能服务；所述危险告警模块用于在系统判识到儿童用户存在危险行为时发出告警，并通过多种手段上报至管理后台及反馈到其监护人员处；所述安全档案模块用于针对每一个儿童用户建立独立且覆盖全流程的安全管理数据档案以便回溯查找。
作为本技术方案的进一步改进，所述关联应用模块包括授权连接模块、身份认证模块、权限管理模块和位置共享模块；所述授权连接模块的信号输出端与所述身份认证模块的信号输入端连接，所述身份认证模块的信号输出端与所述权限管理模块的信号输入端连接，所述权限管理模块的信号输出端与所述位置共享模块的信号输入端连接；所述授权连接模块用于通过系统的管理后台授权后，可使儿童用户的监护人员通过手机端应用访问系统并与其监护儿童的智能手环进行绑定；所述身份认证模块用于通过多种手段认证手机端用户的身份及其与对应儿童的关系；所述权限管理模块用于根据手机端用户的身份及其与对应儿童的关系分配对应的操作权限，可按照时间段或区域场合进行监管责任的划分；所述位置共享模块用于通过手机终端的GPS定位功能，将儿童用户与其对应监护人员的实时位置在GIS系统地图中同步显示，以便系统在遇到儿童存在危险情况时优先通知就近的监护人员。
其中，手机端用户的身份可以为直接监护人员(儿童的直系亲属，如父母、兄姐等)、次级监护人员(儿童的旁系亲属，如祖父母、外祖父母、目前照顾儿童的亲戚等)、特定监护人员(如在校园范围内或在校时间内，由班主任或指定教师进行监护)、辅助监护人员(如家庭保姆等)等。
本发明的目的之二在于，提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统的使用方法，包括：
首先将儿童的个人信息录入到智能手环中并将智能手环与儿童信息进行绑定，同时儿童的监护人员通过手机终端应用访问系统，经身份认证后与其监护儿童的智能手环进行绑定，儿童在日常活动过程中，智能手环实时监测其心率情况、准确定位其所在位置并定位在GIS系统的地图中，系统后台对实时的数据进行分析监测，判识儿童的行为习惯，并在其可能存在危险时发出告警，同时将告警信息上报到后台及其监护人员处，以便及时阻止危险行为；另外，若系统后台在超出预设的时长阈值时未收到反馈的心率监测信息则判断儿童的智能手环移除，则及时上报后台并反馈到其监护人员处，若是监护人员移除，则监护人员在其手机端应用上反馈信息，系统收到反馈信息则停止告警。
本发明的目的之三在于，提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统的运行装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任一的基于NBIOT网络儿童安全监控系统。
智能手环为不完全环状结构，所述智能手环的两端通过可调节长度的调节带连接，所述调节带的一端与所述智能手环的一端固定，所述调节带的另一端可滑动地穿过智能手环的另一端并延伸至其内部，所述智能手环内部可转动地安装有转筒，所述转筒的顶端同轴固定有转轴，所述转轴的顶端延伸至智能手环外部且同轴固定有旋钮，所述转筒的底端呈圆周等间距开有若干限位槽，在转筒的下方设有用于对转筒进行限位的限位组件，所述限位组件包括限位块和所述限位块底端的弹簧，所述智能手环的底端安装有按钮，所述按钮滑动连接在智能手环表面的按钮孔内，所述按钮通过杠杆与限位块连接，所述杠杆的两端分别与按钮和限位块铰接，且所述杠杆的中间位置铰接在智能手环内部，所述杠杆包括连接杆和套杆，所述套杆可滑动地套接在所述连接杆外部。
本发明的目的之四在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一的基于NBIOT网络儿童安全监控系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.该基于NBIOT网络儿童安全监控系统通过设置由智能手环、监管后台、云服务器及移动终端组成的系统架构，通过监管后台可以有效增强数据处理能力、提高数据分析的速度及准确度，从而提高监管系统的运行效率，其通过GPS及LBS准确定位儿童的位置信息，并根据GIS上标记的危险区域，可以分析儿童的行为习惯，并及时发现儿童的危险行为，从而进行预警上报，以便及时阻止危险行为及进行安全保护；
2.该基于NBIOT网络儿童安全监控系统采用NBIOT技术实现低功耗通讯及持续高质量的长续航，同时基于心率传感器进行健康监测及防拆除检测，可以充分发挥儿童智能手环进行定位以进行安全防护的设计初衷，提高家长的使用体感，避免儿童沉迷娱乐。
附图说明
图1为本发明的示例性整体产品架构框图；
图2为本发明的整体系统装置结构图；
图3为本发明的局部系统装置结构图之一；
图4为本发明的局部系统装置结构图之二；
图5为本发明的局部系统装置结构图之三；
图6为本发明的局部系统装置结构图之四；
图7为本发明的局部系统装置结构图之五；
图8为本发明的局部系统装置结构图之六；
图9为本发明的局部系统装置结构图之七；
图10为本发明的示例性电子计算机装置结构示意图；
图11为本发明中智能手环的局部结构示意图之一；
图12为本发明中智能手环的局部结构示意图之二；
图13为本发明中智能手环的局部结构示意图之三；
图14为本发明中智能手环的局部结构示意图之四。
图中各个标号意义为：
1、儿童用户；2、智能手环；21、微处理器；22、存储器；23、网络模块；24、心率传感器；25、调节带；26、转筒；261、转轴；262、旋钮；263、限位槽；27、按钮；28、杠杆；281、连接杆；282、套杆；29、限位组件；291、限位块；292、弹簧；3、监管后台；4、云端服务器；5、关联应用终端；
100、基建管理单元；101、系统设备模块；102、技术支持模块；1021、窄带物联模块；1022、位置服务模块；1023、全球定位模块；1024、地理信息模块；103、智能传感模块；104、通讯传输模块；
200、数据处理单元；201、采集上报模块；202、汇总统计模块；203、危险标记模块；204、数据融合模块；
300、安全监管单元；301、健康监测模块；302、实时定位模块；303、轨迹追踪模块；304、行为分析模块；3041、活动状态模块；3042、运动习惯模块；3043、预警模型模块；3044、移除上报模块；
400、功能应用单元；401、关联应用模块；4011、授权连接模块；4012、身份认证模块；4013、权限管理模块；4014、位置共享模块；402、直接通讯模块；403、危险告警模块；404、安全档案模块。
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
如图2-图10所示，本实施例提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统，包括
基建管理单元100、数据处理单元200、安全监管单元300和功能应用单元400；基建管理单元100、数据处理单元200、安全监管单元300与功能应用单元400依次通过网络通信连接；基建管理单元100用于对加入系统并支撑系统运行的设备及技术进行连接管理；数据处理单元200用于对系统运行过程中涉及的所有数据进行采集、分析、存储等处理操作；安全监管单元300用于通过对用户的进行实时的定位和心率监测来判识其行为状态来进行安全管理；功能应用单元400用于在儿童及其监管人员之间建立连接通道以便进行安全监管；
基建管理单元100包括系统设备模块101、技术支持模块102、智能传感模块103和通讯传输模块104；
数据处理单元200包括采集上报模块201、汇总统计模块202、危险标记模块203和数据融合模块204；
安全监管单元300包括健康监测模块301、实时定位模块302、轨迹追踪模块303和行为分析模块304；
功能应用单元400包括关联应用模块401、直接通讯模块402、危险告警模块403和安全档案模块404。
本实施例中，系统设备模块101、技术支持模块102、智能传感模块103与通讯传输模块104依次通过网络通信连接；系统设备模块101用于对加入系统并支撑系统运行的设备装置进行连接管理；技术支持模块102用于载入多种智能技术来支撑系统的功能实现；智能传感模块103用于通过带有传输功能的传感器实时采集对应的状态参数并上报；通讯传输模块104用于通过多种通信技术在系统各层面之间建立信号连接及数据传输的通道。
其中，基础设备包括但不限于：管理后台机房(计算机、显示器/显示大屏、存储器等)、通讯网关、智能手环(微处理器、存储器、网络模块等)、云端服务器、移动终端等。
其中，智能传感器包括但不限于：定位器、计时器、心率传感器等。
其中，通信技术包括但不限于：无线传输技术、无线WiFi、数据流量、窄带物联网技术等。
进一步地，技术支持模块102包括窄带物联模块1021、位置服务模块1022、全球定位模块1023和地理信息模块1024；窄带物联模块1021、位置服务模块1022、全球定位模块1023与地理信息模块1024依次通过网络通信连接且并列运行；窄带物联模块1021用于将构建于蜂窝网络的窄带物联网NBIOT部署于现有网络中，以实现低功耗的通讯；位置服务模块1022用于采用LBS技术通过电信移动运营商的无线电通讯网络或外部定位方式，获取移动终端设备或用户的位置信息；全球定位模块1023用于通过全球定位系统GPS为用户提供实时、全天候和全球性的定位及导航服务；地理信息模块1024用于连接地理信息系统GIS来获取目标区域内的地理信息情况及高清的区域地图。
本实施例中，采集上报模块201的信号输出端与汇总统计模块202的信号输入端连接，汇总统计模块202的信号输出端与危险标记模块203的信号输入端连接，危险标记模块203的信号输出端与数据融合模块204的信号输入端连接；采集上报模块201用于通过智能手环实时采集儿童用户的实时位置、心率等状态数据并上报到系统的数据处理层；汇总统计模块202用于对采集的所有数据进行汇总、整理，按预设程序及相应算法进行统计处理，并分别进行存储；危险标记模块203用于从GIS系统中获取儿童用户实时位置所在的区域地图，并根据现存数据对区域内存在危险的区域进行标记；数据融合模块204用于将采集的儿童的位置数据与区域地图数据融合起来，将儿童位置实时定位到区域地图的相应位置上。
本实施例中，健康监测模块301、实时定位模块302、轨迹追踪模块303与行为分析模块304依次通过网络通信连接；健康监测模块301用于通过实时监测用户的心率情况对用户的健康情况进行监测管理，并可将心率数据上传至管理后台进行健康分析，同时可实时将心率信息显示在智能手环上，用户的监管人员也可在操作权限内获取其心率数据；实时定位模块302用于通过智能手环的定位功能，结合GPS和LBS准确获取儿童用户的实时位置信息；轨迹追踪模块303用于结合按时间顺序获取的定位信息，在GIS区域地图上绘制儿童用户的行动路线，从而准确追踪其活动轨迹；行为分析模块304用于结合儿童用户的心率变化、位置变、轨迹变化频率及历史数据来对其行为习惯进行分析判断。
具体地，实时定位模块302中，GPS和LBS系统在进行定位时，不可避免地存在两个定位不同的情况，则需要对定位系统进行修正，使两个定位系统互相修正从而获取准确的位置信息，具体地，GPS系统的位置校正计算方式如下：
xi＝(N+Hi)cos Bicos Li
yi＝(N+Hi)cos Bisin Li
zi＝[N(1-e2)+Hi]sin Bi
其中，Bi为维度，Li为精度，Hi为高程，e2为椭球第一偏心率，N为椭球的卯酉圈典率半径；
进而有：
N＝a/(1-e2)1/2
其中，N、e2均为常数；
此外，为了避免错误与观测异常，至少需要三组dx、dy、dz，取其平均值即可直接作为校正参数的初值。
进一步地，行为分析模块304包括活动状态模块3041、运动习惯模块3042、预警模型模块3043和移除上报模块3044；活动状态模块3041、运动习惯模块3042、预警模型模块3043与移除上报模块3044依次通过网络通信连接；活动状态模块3041用于通过结合儿童用户的心率变化及定位中的移动速度来判断其活动状态，包括静止、步行、跑跳、搭乘交通工具等；运动习惯模块3042用于根据实时上传的信息，结合往期的历史运动轨迹信息来分析用户的日常行为习惯，以便及时判识处其出现的异常行为；预警模型模块3043用于采用神经网络及机器学习等成熟技术手段，以大量采集的儿童用户的往期行为数据为基础，构建危险行为判识预警模型以便进行安全监管；移除上报模块3044用于以心率监测数据为依据来作为判断智能手环是否移除的标志，后台可预设心率数据中断的时长参数，系统在超过该时长未接收到实时心率监测数据则可判断为手环移除，并及时发出警报、同时上报管理后台，移除警报持续发出，直到收到指定用户的反馈信息为止。
具体地，活动状态模块3041中，儿童用户的移动速度的计算方法如下：
首先，计算指定时间间隔内其移动轨迹的路程：
采用曼哈顿距离算法计算路程，其公式为：
d＝|x1-x2|+|y1-y2|
其中，d为行动轨迹变动距离，(x1，y1)为时间间隔内运动路径的终点位置坐标，(x2，y2)为时间间隔内运动路径的起点位置坐标；
再根据路程及时间间隔来计算移动速度，其公式为：
v＝d/Δt
Δt＝t1-t2
其中，v为儿童用户的实时活动平均速度，t1为时间间隔的终点时间点，t2为时间间隔的起点时间点，Δt为时间间隔的时长。
本实施例中，关联应用模块401、直接通讯模块402、危险告警模块403与安全档案模块404依次通过网络通信连接且并列运行；关联应用模块401用于将儿童用户的监护人员的手机终端与安全监控系统进行连接，并根据监护人员的身份开放对应的操作权限；直接通讯模块402用于给儿童用户通过智能手环直接与其监护人员进行通讯通话的功能服务；危险告警模块403用于在系统判识到儿童用户存在危险行为时发出告警，并通过多种手段上报至管理后台及反馈到其监护人员处；安全档案模块404用于针对每一个儿童用户建立独立且覆盖全流程的安全管理数据档案以便回溯查找。
进一步地，关联应用模块401包括授权连接模块4011、身份认证模块4012、权限管理模块4013和位置共享模块4014；授权连接模块4011的信号输出端与身份认证模块4012的信号输入端连接，身份认证模块4012的信号输出端与权限管理模块4013的信号输入端连接，权限管理模块4013的信号输出端与位置共享模块4014的信号输入端连接；授权连接模块4011用于通过系统的管理后台授权后，可使儿童用户的监护人员通过手机端应用访问系统并与其监护儿童的智能手环进行绑定；身份认证模块4012用于通过多种手段认证手机端用户的身份及其与对应儿童的关系；权限管理模块4013用于根据手机端用户的身份及其与对应儿童的关系分配对应的操作权限，可按照时间段或区域场合进行监管责任的划分；位置共享模块4014用于通过手机终端的GPS定位功能，将儿童用户与其对应监护人员的实时位置在GIS系统地图中同步显示，以便系统在遇到儿童存在危险情况时优先通知就近的监护人员。
其中，手机端用户的身份可以为直接监护人员(儿童的直系亲属，如父母、兄姐等)、次级监护人员(儿童的旁系亲属，如祖父母、外祖父母、目前照顾儿童的亲戚等)、特定监护人员(如在校园范围内或在校时间内，由班主任或指定教师进行监护)、辅助监护人员(如家庭保姆等)等。
本实施例还提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统的使用方法，包括：
首先将儿童的个人信息录入到智能手环中并将智能手环与儿童信息进行绑定，同时儿童的监护人员通过手机终端应用访问系统，经身份认证后与其监护儿童的智能手环进行绑定，儿童在日常活动过程中，智能手环实时监测其心率情况、准确定位其所在位置并定位在GIS系统的地图中，系统后台对实时的数据进行分析监测，判识儿童的行为习惯，并在其可能存在危险时发出告警，同时将告警信息上报到后台及其监护人员处，以便及时阻止危险行为；另外，若系统后台在超出预设的时长阈值时未收到反馈的心率监测信息则判断儿童的智能手环移除，则及时上报后台并反馈到其监护人员处，若是监护人员移除，则监护人员在其手机端应用上反馈信息，系统收到反馈信息则停止告警。
如图1所示，本实施例还提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统的示例性产品架构，包括儿童用户1及其佩戴的智能手环2，智能手环2内部应设置有微处理器21、存储器22、网络模块23和心率传感器24，智能手环2与监管后台3通讯连接，监管后台3外连接有云端服务器4，用于给系统提供云数据库服务，监管后台3外还通讯连接有关联应用终端5，关联应用终端5可与智能手环2进行通讯。
如图11-14，智能手环2为不完全环状结构，为了保证智能手环2能够调节大小，智能手环2的环体由具有韧性的金属材料制成，其本身能够弯曲产生形变，且智能手环2的两端通过可调节长度的调节带25连接，调节带25的一端与智能手环2的一端固定，调节带25的另一端可滑动地穿过智能手环2的另一端并延伸至其内部，智能手环2内部可转动地安装有转筒26，转筒26的顶端同轴固定有转轴261，转轴261的顶端延伸至智能手环2外部且同轴固定有旋钮262，转筒26的底端呈圆周等间距开有若干限位槽263，在转筒26的下方设有用于对转筒26进行限位的限位组件29，限位组件29包括限位块291和限位块291底端的弹簧292，智能手环2的底端安装有按钮27，按钮27滑动连接在智能手环2表面的按钮孔内，按钮27通过杠杆281与限位块291连接，杠杆281的两端分别与按钮27和限位块291铰接，且杠杆281的中间位置铰接在智能手环2内部，杠杆281包括连接杆281和套杆282，套杆282可滑动地套接在连接杆281外部。在需要收紧时，按下按钮27，按钮27在杠杆281的传动下能够向下拉动限位块291，使其脱离限位槽263，此时转动旋钮262带动转筒26转动，使得多余的调节带25卷绕在转筒26表面，此时调节带25的长度缩短，使智能手环2箍紧手腕。再松开按钮27，限位块291在弹簧的弹力作用下自动抵紧转筒26底部的限位槽263，进行限位，保证调节带25不会伸长。通过上述结构能够方便地调节智能手环2的松紧，不仅方便佩戴和取下，并且可调节幅度很大，能够适用于1-14岁的儿童。
如图10所示，本实施例还提供了一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统的运行装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的基于NBIOT网络儿童安全监控系统。
可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于NBIOT网络儿童安全监控系统。
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面基于NBIOT网络儿童安全监控系统。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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 (5)

1.一种基于NBIOT网络儿童安全监控系统，其特征在于：包括
基建管理单元(100)、数据处理单元(200)、安全监管单元(300)和功能应用单元(400)；所述基建管理单元(100)、所述数据处理单元(200)、所述安全监管单元(300)与所述功能应用单元(400)依次通过网络通信连接；所述基建管理单元(100)用于对加入系统并支撑系统运行的设备及技术进行连接管理；所述数据处理单元(200)用于对系统运行过程中涉及的所有数据进行采集、分析、存储等处理操作；所述安全监管单元(300)用于通过对用户的进行实时的定位和心率监测来判识其行为状态来进行安全管理；所述功能应用单元(400)用于在儿童及其监管人员之间建立连接通道以便进行安全监管；
所述基建管理单元(100)包括系统设备模块(101)、技术支持模块(102)、智能传感模块(103)和通讯传输模块(104)；
所述数据处理单元(200)包括采集上报模块(201)、汇总统计模块(202)、危险标记模块(203)和数据融合模块(204)；
所述安全监管单元(300)包括健康监测模块(301)、实时定位模块(302)、轨迹追踪模块(303)和行为分析模块(304)；
所述功能应用单元(400)包括关联应用模块(401)、直接通讯模块(402)、危险告警模块(403)和安全档案模块(404)；
该基于NBIOT网络儿童安全监控系统在使用时，首先将儿童的个人信息录入到智能手环中并将智能手环与儿童信息进行绑定，同时儿童的监护人员通过手机终端应用访问系统，经身份认证后与其监护儿童的智能手环进行绑定，儿童在日常活动过程中，智能手环实时监测其心率情况、准确定位其所在位置并定位在GIS系统的地图中，系统后台对实时的数据进行分析监测，判识儿童的行为习惯，并在其可能存在危险时发出告警，同时将告警信息上报到后台及其监护人员处，以便及时阻止危险行为；另外，若系统后台在超出预设的时长阈值时未收到反馈的心率监测信息则判断儿童的智能手环移除，则及时上报后台并反馈到其监护人员处，若是监护人员移除，则监护人员在其手机端应用上反馈信息，系统收到反馈信息则停止告警；
所述系统设备模块(101)、所述技术支持模块(102)、所述智能传感模块(103)与所述通讯传输模块(104)依次通过网络通信连接；所述系统设备模块(101)用于对加入系统并支撑系统运行的设备装置进行连接管理；所述技术支持模块(102)用于载入多种智能技术来支撑系统的功能实现；所述智能传感模块(103)用于通过带有传输功能的传感器实时采集对应的状态参数并上报；所述通讯传输模块(104)用于通过多种通信技术在系统各层面之间建立信号连接及数据传输的通道；
所述技术支持模块(102)包括窄带物联模块(1021)、位置服务模块(1022)、全球定位模块(1023)和地理信息模块(1024)；所述窄带物联模块(1021)、所述位置服务模块(1022)、所述全球定位模块(1023)与所述地理信息模块(1024)依次通过网络通信连接且并列运行；所述窄带物联模块(1021)用于将构建于蜂窝网络的窄带物联网NBIOT部署于现有网络中，以实现低功耗的通讯；所述位置服务模块(1022)用于采用LBS技术通过电信移动运营商的无线电通讯网络或外部定位方式，获取移动终端设备或用户的位置信息；所述全球定位模块(1023)用于通过全球定位系统GPS为用户提供实时、全天候和全球性的定位及导航服务；所述地理信息模块(1024)用于连接地理信息系统GIS来获取目标区域内的地理信息情况及高清的区域地图；
所述采集上报模块(201)的信号输出端与所述汇总统计模块(202)的信号输入端连接，所述汇总统计模块(202)的信号输出端与所述危险标记模块(203)的信号输入端连接，所述危险标记模块(203)的信号输出端与所述数据融合模块(204)的信号输入端连接；所述采集上报模块(201)用于通过智能手环实时采集儿童用户的实时位置、心率等状态数据并上报到系统的数据处理层；所述汇总统计模块(202)用于对采集的所有数据进行汇总、整理，按预设程序及相应算法进行统计处理，并分别进行存储；所述危险标记模块(203)用于从GIS系统中获取儿童用户实时位置所在的区域地图，并根据现存数据对区域内存在危险的区域进行标记；所述数据融合模块(204)用于将采集的儿童的位置数据与区域地图数据融合起来，将儿童位置实时定位到区域地图的相应位置上；
所述健康监测模块(301)、所述实时定位模块(302)、所述轨迹追踪模块(303)与所述行为分析模块(304)依次通过网络通信连接；所述健康监测模块(301)用于通过实时监测用户的心率情况对用户的健康情况进行监测管理，并可将心率数据上传至管理后台进行健康分析，同时可实时将心率信息显示在智能手环上，用户的监管人员也可在操作权限内获取其心率数据；所述实时定位模块(302)用于通过智能手环的定位功能，结合GPS和LBS准确获取儿童用户的实时位置信息；所述轨迹追踪模块(303)用于结合按时间顺序获取的定位信息，在GIS区域地图上绘制儿童用户的行动路线，从而准确追踪其活动轨迹；所述行为分析模块(304)用于结合儿童用户的心率变化、位置变、轨迹变化频率及历史数据来对其行为习惯进行分析判断；
所述智能手环(2)为不完全环状结构，所述智能手环(2)的两端通过可调节长度的调节带(25)连接，所述调节带(25)的一端与所述智能手环(2)的一端固定，所述调节带(25)的另一端可滑动地穿过智能手环(2)的另一端并延伸至其内部，所述智能手环(2)内部可转动地安装有转筒(26)，所述转筒(26)的顶端同轴固定有转轴(261)，所述转轴(261)的顶端延伸至智能手环(2)外部且同轴固定有旋钮(262)，所述转筒(26)的底端呈圆周等间距开有若干限位槽(263)，在转筒(26)的下方设有用于对转筒(26)进行限位的限位组件(29)，所述限位组件(29)包括限位块(291)和所述限位块(291)底端的弹簧(292)，所述智能手环(2)的底端安装有按钮(27)，所述按钮(27)滑动连接在智能手环(2)表面的按钮孔内，所述按钮(27)通过杠杆(281)与限位块(291)连接，所述杠杆(281)的两端分别与按钮(27)和限位块(291)铰接，且所述杠杆(281)的中间位置铰接在智能手环(2)内部，所述杠杆(281)包括连接杆(281)和套杆(282)，所述套杆(282)可滑动地套接在所述连接杆(281)外部；
在需要收紧时，按下按钮(27)，按钮(27)在杠杆281的传动下能够向下拉动限位块(291)，使其脱离限位槽(263)，此时转动旋钮262带动转筒(26)转动，使得多余的调节带(25)卷绕在转筒(26)表面，此时调节带(25)的长度缩短，使智能手环(2)箍紧手腕；再松开按钮(27)，限位块(291)在弹簧的弹力作用下自动抵紧转筒(26)底部的限位槽(263)，进行限位，保证调节带(25)不会伸长。
2.根据权利要求1所述的基于NBIOT网络儿童安全监控系统，其特征在于：所述实时定位模块(302)中，GPS和LBS系统在进行定位时，不可避免地存在两个定位不同的情况，则需要对定位系统进行修正，使两个定位系统互相修正从而获取准确的位置信息，具体地，GPS系统的位置校正计算方式如下：
xi＝(N+Hi)cosBicosLi
yi＝(N+Hi)cosBisinLi
zi＝[N(1-e2)+Hi]sinBi
其中，Bi为维度，Li为精度，Hi为高程，e2为椭球第一偏心率，N为椭球的卯酉圈典率半径；
进而有：
N＝a/(1-e2)1/2
其中，N、e2均为常数；
此外，为了避免错误与观测异常，至少需要三组dx、dy、dz，取其平均值即可直接作为校正参数的初值。
3.根据权利要求1所述的基于NBIOT网络儿童安全监控系统，其特征在于：所述行为分析模块(304)包括活动状态模块(3041)、运动习惯模块(3042)、预警模型模块(3043)和移除上报模块(3044)；所述活动状态模块(3041)、所述运动习惯模块(3042)、所述预警模型模块(3043)与所述移除上报模块(3044)依次通过网络通信连接；所述活动状态模块(3041)用于通过结合儿童用户的心率变化及定位中的移动速度来判断其活动状态，包括静止、步行、跑跳、搭乘交通工具等；所述运动习惯模块(3042)用于根据实时上传的信息，结合往期的历史运动轨迹信息来分析用户的日常行为习惯，以便及时判识处其出现的异常行为；所述预警模型模块(3043)用于采用神经网络及机器学习等成熟技术手段，以大量采集的儿童用户的往期行为数据为基础，构建危险行为判识预警模型以便进行安全监管；所述移除上报模块(3044)用于以心率监测数据为依据来作为判断智能手环是否移除的标志，后台可预设心率数据中断的时长参数，系统在超过该时长未接收到实时心率监测数据则可判断为手环移除，并及时发出警报、同时上报管理后台，移除警报持续发出，直到收到指定用户的反馈信息为止。
4.根据权利要求3所述的基于NBIOT网络儿童安全监控系统，其特征在于：所述活动状态模块(3041)中，儿童用户的移动速度的计算方法如下：
首先，计算指定时间间隔内其移动轨迹的路程：
采用曼哈顿距离算法计算路程，其公式为：
d＝|x1-x2|+|y1-y2|
其中，d为行动轨迹变动距离，(x1，y1)为时间间隔内运动路径的终点位置坐标，(x2，y2)为时间间隔内运动路径的起点位置坐标；
再根据路程及时间间隔来计算移动速度，其公式为：
v＝d/Δt
Δt＝t1-t2
其中，v为儿童用户的实时活动平均速度，t1为时间间隔的终点时间点，t2为时间间隔的起点时间点，Δt为时间间隔的时长。
5.根据权利要求1所述的基于NBIOT网络儿童安全监控系统，其特征在于：所述关联应用模块(401)、所述直接通讯模块(402)、所述危险告警模块(403)与所述安全档案模块(404)依次通过网络通信连接且并列运行；所述关联应用模块(401)用于将儿童用户的监护人员的手机终端与安全监控系统进行连接，并根据监护人员的身份开放对应的操作权限；所述直接通讯模块(402)用于给儿童用户通过智能手环直接与其监护人员进行通讯通话的功能服务；所述危险告警模块(403)用于在系统判识到儿童用户存在危险行为时发出告警，并通过多种手段上报至管理后台及反馈到其监护人员处；所述安全档案模块(404)用于针对每一个儿童用户建立独立且覆盖全流程的安全管理数据档案以便回溯查找；所述关联应用模块(401)包括授权连接模块(4011)、身份认证模块(4012)、权限管理模块(4013)和位置共享模块(4014)；所述授权连接模块(4011)的信号输出端与所述身份认证模块(4012)的信号输入端连接，所述身份认证模块(4012)的信号输出端与所述权限管理模块(4013)的信号输入端连接，所述权限管理模块(4013)的信号输出端与所述位置共享模块(4014)的信号输入端连接；所述授权连接模块(4011)用于通过系统的管理后台授权后，可使儿童用户的监护人员通过手机端应用访问系统并与其监护儿童的智能手环进行绑定；所述身份认证模块(4012)用于通过多种手段认证手机端用户的身份及其与对应儿童的关系；所述权限管理模块(4013)用于根据手机端用户的身份及其与对应儿童的关系分配对应的操作权限，可按照时间段或区域场合进行监管责任的划分；所述位置共享模块(4014)用于通过手机终端的GPS定位功能，将儿童用户与其对应监护人员的实时位置在GIS系统地图中同步显示，以便系统在遇到儿童存在危险情况时优先通知就近的监护人员。
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