CN116546111B - 基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统 - Google Patents

基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子数字数据处理技术领域，具体涉及基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统，包括：将智能戒指采集的使用数据进行划分，并根据使用数据在不同窗口下的分布特征，获得重要数据的重要程度，根据重要程度对重要数据单独进行针对性地编码压缩，获得对应的压缩数据。本发明通过将智能戒指获取的使用数据进行划分，分别对划分结果进行分析以及编码压缩，提高了对使用数据中重要数据的压缩率和传输效率的同时，进一步提高了对重要数据进行存储时的安全性，实现了对基于物联网技术的智能戒指健康数据的智能管理。

Description

基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统
技术领域
本发明涉及电子数字数据处理技术领域，具体涉及基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统。
背景技术
随着信息技术的发展，基于物联网技术的智能戒指健康管理已经成为当前健康管理领域的热点之一。智能戒指作为一种小型、轻便的可穿戴设备，可以搭载多种传感器和通信技术，实时监测用户的健康数据，并通过数据分析算法提供个性化健康管理建议，已经得到了越来越广泛的应用，为用户提供更加个性化、智能化、便捷化的健康管理服务；
智能戒指采集的用户的不同类型的使用数据，数据量巨大，需要对数据进行编码压缩，方便对使用数据进行存储和传输，减少占用的存储空间并提高传输效率；但是现有的常规霍夫曼编码只考虑了数据的频率，频率越大的数据获得的码长越短，并没有考虑数据的重要程度，导致重要数据在不能被很好的区分的同时，由于重要数据的重复性并不高的特点，容易被分配较长的编码长度，在传输和存储时容易因为编码长度过长的问题，导致压缩数据部分丢失，降低了对重要数据的压缩率、传输效率及存储的安全性。
本发明提出了一种基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统，考虑对智能戒指获得的使用数据进行分析，将使用数据划分为重要数据和普通数据，分别对其编码压缩，提高了数据的压缩率和传输效率的同时，提高了对重要数据的存储安全性。
发明内容
本发明提供基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统，以解决现有的问题。
本发明的基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统采用如下技术方案：
本发明提供了基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统，该方法包括以下步骤：
获取智能戒指收集的使用数据；
预设第一时间窗口，根据第一时间窗口中使用数据的最值，获得第二时间窗口；根据第一时间窗口和第二时间窗口中使用数据的分布特征，获得第一时间窗口和第二时间窗口内数据对应的变化性；根据第一时间窗口内数据的变化性、第二时间窗口内数据的变化性以及第二时间窗口的长度，获得第二时间窗口内数据的重要程度；将第二时间窗口内的数据记为重要数据，除重要数据以外的数据记为普通数据；
将普通数据进行编码压缩，将普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；根据重要数据的重要程度，获取重要数据的霍夫曼编码，并将重要数据中的数字进行拆分处理，并进行编码，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据；
将普通压缩数据和重要压缩数据进行存储和传输，实现对智能戒指中使用数据的智能管理。
进一步的，所述第二时间窗口，获取方法如下：
将以预设长度为大小的窗口，记为第一时间窗口，获得若干个第一时间窗口；在使用数据中每个第一时间窗口内，以最大值和最小值所对应的时刻作为开区间的区间端点，将对应的窗口记为第二时间窗口。
进一步的，所述根据第一时间窗口和第二时间窗口中使用数据的分布特征，获得第一时间窗口和第二时间窗口内数据对应的变化性，包括的具体步骤如下：
第一时间窗口内数据的变化性，具体获取方法为：
其中，表示第/>个第一时间窗口内数据的变化性；/>表示第/>个第一时间窗口内数据的方差；/>表示第/>个第一时间窗口内数据的极差；
第二时间窗口内数据的变化性，具体获取方法为：
其中，表示第/>个第二时间窗口内数据的变化性；/>表示第/>个第二时间窗口内数据的方差；/>表示第/>个第二时间窗口内数据的极差。
进一步的，所述第二时间窗口内数据的重要程度，获取方法如下：
第二时间窗口内数据的重要程度，具体获取方法为：
其中，表示第/>个第二时间窗口内数据的重要程度；/>表示第/>个第一时间窗口内数据的变化性；/>表示/>个第二时间窗口内数据的变化性；/>表示第/>个第一时间窗口内最大值所对应时刻；/>表示第/>个第一时间窗口内最小值所对应时刻。
进一步的，所述普通压缩数据和重要压缩数据，获取方法如下：
步骤（1），对普通数据进行常规的霍夫曼编码处理，获得普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；
步骤（2），将重要程度替换霍夫曼编码的频率，对每段重要数据进行霍夫曼编码，获取重要数据的霍夫曼编码；
步骤（3），首先，将重要数据中两位以及两位以上的数字拆分为一位数字，将拆分后同一位的数字按照采集顺序排列在一个序列中，记为拆分序列，分别获得对应位数的拆分序列；
然后，利用霍夫曼编码获取各个拆分序列对应的编码结果，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据。
进一步的，所述将普通压缩数据和重要压缩数据进行存储和传输，实现对智能戒指中使用数据的智能管理，包括的具体步骤如下：
利用智能戒指的数据存储和传输单元，将编码压缩后获得的普通压缩数据和重要压缩数据存储在智能戒指中，利用蓝牙或WLAN的网络传输方式，传输到智能戒指绑定的手机或其他智能设备中进行存储，方便用户浏览查阅，实现对智能戒指中健康数据的智能管理。
进一步的，基于物联网技术的智能戒指健康管理系统包括以下模块：
数据采集模块：获取智能戒指收集的使用数据；
数据分析模块：预设第一时间窗口，根据第一时间窗口中使用数据的最值，获得第二时间窗口；根据第一时间窗口和第二时间窗口中使用数据的分布特征，获得第一时间窗口和第二时间窗口内数据对应的变化性；根据第一时间窗口内数据的变化性、第二时间窗口内数据的变化性以及第二时间窗口的长度，获得第二时间窗口内数据的重要程度；将第二时间窗口内的数据记为重要数据，除重要数据以外的数据记为普通数据；
数据编码模块：将普通数据进行编码压缩，将普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；根据重要数据的重要程度，获取重要数据的霍夫曼编码，并将重要数据中的数字进行拆分处理，并进行编码，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据；
存储传输模块：将普通压缩数据和重要压缩数据进行存储和传输，实现对智能戒指中使用数据的智能管理。
本发明的技术方案的有益效果是：通过对智能戒指采集的数据进行分析，将用户的重要数据和普通数据进行区分，两种数据采用不同的编码方式，且重要数据之间的编码结果相互之间也有区别。可以通过编码方式不同区分重要数据和普通数据并降低重要数据的码长，增加数据传输的稳定性和存储管理的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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为本发明基于物联网技术的智能戒指健康管理系统的模块流程图；
图2为本发明基于物联网技术的智能戒指健康管理方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的基于物联网技术的智能戒指健康管理方法和系统的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的基于物联网技术的智能戒指健康管理系统的模块流程图，该系统包括以下模块：
数据采集模块：获取智能戒指收集的使用数据。
数据分析模块：预设第一时间窗口，根据第一时间窗口中使用数据的最值，获得第二时间窗口；根据第一时间窗口和第二时间窗口中使用数据的分布特征，获得第一时间窗口和第二时间窗口内数据对应的变化性；根据第一时间窗口内数据的变化性、第二时间窗口内数据的变化性以及第二时间窗口的长度，获得第二时间窗口内数据的重要程度；将第二时间窗口内的数据记为重要数据，除重要数据以外的数据记为普通数据。
数据编码模块：将普通数据进行编码压缩，将普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；根据重要数据的重要程度，获取重要数据的霍夫曼编码，并将重要数据中的数字进行拆分处理，并进行编码，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据。
存储传输模块：将普通压缩数据和重要压缩数据进行存储和传输，实现对智能戒指中使用数据的智能管理。
请参阅图2，其示出了本发明一个实施例提供的基于物联网技术的智能戒指健康管理方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S001，通过智能戒指采集用户的使用数据。
用于监测健康的智能戒指通常通过内置的多种传感器和算法来实时采集和分析用户的健康数据，采样频率为每秒1次；
所述智能戒指中的传感器包括心率传感器、血氧传感器、温度传感器、睡眠监测传感器以及GPS传感器；利用所述的传感器收集用户在使用智能戒指过程中对应的数据，包括心率数据、血氧数据、体温数据、睡眠数据以及位置数据；
将智能戒指采集的任意类型的数据都统称为使用数据；
需要说明的是，本实施例对任意类型的使用数据进行后续分析处理，其他类型的使用数据在进行分析处理时，同样适用本实施例所述方法步骤。
步骤S002，预设第一时间窗口，根据使用数据的最值获得第二时间窗口，对第一时间窗口和第二时间窗口进行分析，获得重要程度。
将使用数据分为重要数据和普通数据，即在短时间内发生大幅变化的数据，为重要数据，在本实施例中对重要数据根据重要程度进行编码，重要数据以外的部分数据为普通数据，普通数据根据频率进行编码。
需要说明的是，为了便于对连续采集的使用数据进行分析和编码压缩，本实施例预设长度为60秒的窗口，记为第一时间窗口，对每个60秒内所对应的使用数据进行后续步骤的处理分析，获得若干个第一时间窗口。
另外，在使用数据中每个第一时间窗口内，以最大值和最小值所对应的时刻作为开区间的区间端点，将对应的窗口记为第二时间窗口，第二时间窗口内的数据变化越大，且第二时间窗口的长度越短，第二时间窗口内的数据就越重要。
需要说明的是，每一个第一时间窗口中包含一个第二时间窗口。
步骤（1），智能戒指作为移动设备可以采集用户多方面的数据，而每种数据的数据类型不同，数据的变化性也不同，变化性越小的数据越冗余。
所述变化性的具体获取方法为：
其中，表示第/>个第一时间窗口内数据的变化性；/>表示第/>个第一时间窗口内数据的方差；/>表示第/>个第一时间窗口内数据的极差；
一组数据的方差越大，说明对应数据的整体变化波动越频繁，如果在方差较大的情况下该组数据的最值差异也有很大差别，则说明数据变化性越大。
得到每个第一时间窗口内数据的变化性之后，利用变化性的获取方法，获取第一时间窗口中第二时间窗口内数据的变化性，记为，表示第/>个第二时间窗口内数据的变化性。
第二时间窗口内数据的变化性与第二时间窗口内，数据的最大值和最小值的差值以及方差有关，差值越大，方差越大，第二时间窗口内数据的变化性越大。
步骤（2），由于短时间内发生剧烈变化的数据被视为重要数据，因此根据每个第一时间窗口以及第二时间窗口内数据的变化性之后，获得第二时间窗口内数据的重要程度。
第一时间窗口内数据的变化性越小，而第二时间窗口内数据的变化性越大，且第二时间窗口的长度越短，则第二时间窗口内的数据越重要。
第一时间窗口内数据的变化性很小时，说明第一时间窗口内数据的方差很小，且第一时间窗口内的大部分平稳变化的数据，减小了最大值和最小值对第一时间窗口内数据变化的影响；而在第一时间窗口中第二时间窗口内数据的变化性很大时，说明在第二时间窗口内数据的波动，在更大范围下的第二时间窗口中是比较明显的，结合第二时间窗口的长度，长度越小更符合在短时间内发生剧烈变化的特点，则对应第二时间窗口中的数据就越重要。
则根据变化性以及第二时间窗口的长度，获取第二时间窗口内数据的重要程度：
其中，表示第/>个第二时间窗口内数据的重要程度；/>表示第/>个第一时间窗口内数据的变化性；/>表示/>个第二时间窗口内数据的变化性；/>表示第/>个第一时间窗口内最大值所对应时刻；/>表示第/>个第一时间窗口内最小值所对应时刻。
第一时间窗口内数据的变化性越小，第二时间窗口内数据的变化性越大，程度因子的数值越大，结合第二时间窗口的长度，将/>作为程度系数对程度因子进行调节；
第二时间窗口的长度越小，程度系数越大，则第二时间窗口内数据的重要程度就越大，则第二时间窗口内的数据越重要。
将第二时间窗口内的数据记为重要数据，除重要数据以外的数据记为普通数据；
至此，将使用数据中第二时间窗口内的数据记为重要数据，其他数据为普通数据，并获得重要数据的重要程度。
步骤S003，利用重要程度将划分后的使用数据中的重要数据和普通数据分别进行编码，获得编码压缩后的压缩数据。
根据重要程度并利用霍夫曼编码对重要数据进行编码，由于重要数据在短时间内变化性较大，具有高熵性，高熵性的数据分布比较零散，导致利用常规霍夫曼编码对重要数据进行编码压缩的效果并不理想。利用霍夫曼编码对使用数据直接进行编码，虽然可以使部分重要数据的编码得到利用，但是无法通过编码的方式来区分使用数据中的重要数据和普通数据。
步骤（1），普通数据由于变化性相较于重要数据更小，因此数据的重复性相较于重要数据更适合进行常规的霍夫曼编码。因此，对普通数据进行常规霍夫曼编码处理，获得普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；
步骤（2），重要数据之间也存在差异，每段重要数据的重要程度，决定了对应的重要数据在进行编码时的优先级。
因此，将重要程度替换霍夫曼编码的频率，对每段重要数据进行霍夫曼编码，获取重要数据的霍夫曼编码，且重要程度值越大获得编码的码长越短。
例如：有如下重要数据的重要程度分别为：
则根据重要程度进行霍夫曼编码，得到每段重要数据对应的编码：
。
步骤（3），由于重要数据的变化性相对于普通数据较大，两位以及两位以上的数字范围较大，重复数字出现的概率较低，导致出现次数少的数字不但得到的码长较长，而且得到的编码也不会很好的被用作编码。
首先，将重要数据中两位以及两位以上的数字拆分为一位数字，将拆分后同一位的数字按照采集顺序排列在一个序列中，记为拆分序列，分别获得对应位数的拆分序列；
然后，利用霍夫曼编码获取各个拆分序列对应的编码结果，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据；之后解码时再进行组合还原为拆分前的数字。
例如，下面一组数字所示：
将十位和个位分别排列，获得两个对应的序列，拆分后的结果为：
对上述的每个单个数字进行霍夫曼编码，得到对应的编码结果如下：
将原本的数字由霍夫曼编码后的结果进行表示：
利用上述方法，对重要数据进行拆分，每段重要数据段对应的霍夫曼编码都不同，在解码时根据对应的霍夫曼编码进行解码，并变换回原本的数据即可。霍夫曼编码后位数可能不是一一对应的，但是根据对应的霍夫曼进行解码之后的原数字，位数一定是一一对应的。
由于通常情况下使用数据中，各生理指标最大不会超过3位数字，因此对于三位数的数据也是同理，而两位数和三位数混合的数据，只需要在两位数的数字前补0即可。
需要说明的是，由于使用数据是利用多种传感器获取的多种类型的数据，在利用霍夫曼编码过程中，各类型的数据对应的具体编码方式，决定了对应压缩数据的存储格式。
至此，获得普通数据和重要数据分别对应的普通压缩数据和重要压缩数据。
步骤S004，将编码压缩后的使用数据进行存储和传输，实现基于物联网的智能戒指健康数据的智能管理。
利用上述步骤S002以及步骤S003，获取智能戒指获取的所有类型的使用数据所对应的压缩数据；
并利用智能戒指的数据存储和传输单元，将编码压缩后获得的普通压缩数据和重要压缩数据存储在智能戒指中，利用蓝牙或WLAN的网络传输方式，传输到智能戒指绑定的手机或其他智能设备中进行存储，方便用户浏览查阅，实现对智能戒指中健康数据的智能管理。
需要说明的是，本实施例中所用的模型仅用于表示负相关关系和约束模型输出的结果处于[0,1)区间内，具体实施时，可替换成具有同样目的的其他模型，本实施例只是以/>模型为例进行叙述，不对其做具体限定，其中/>是指该模型的输入。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于物联网技术的智能戒指健康管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
获取智能戒指收集的使用数据；
预设第一时间窗口，根据第一时间窗口中使用数据的最值，获得第二时间窗口；根据第一时间窗口和第二时间窗口中使用数据的分布特征，获得第一时间窗口和第二时间窗口内数据对应的变化性；根据第一时间窗口内数据的变化性、第二时间窗口内数据的变化性以及第二时间窗口的长度，获得第二时间窗口内数据的重要程度；将第二时间窗口内的数据记为重要数据，除重要数据以外的数据记为普通数据；
将普通数据进行编码压缩，将普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；根据重要数据的重要程度，获取重要数据的霍夫曼编码，并将重要数据中的数字进行拆分处理，并进行编码，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据；
将普通压缩数据和重要压缩数据进行存储和传输，实现对智能戒指中使用数据的智能管理；
所述第二时间窗口内数据的重要程度，获取方法如下：
第二时间窗口内数据的重要程度，具体获取方法为：
其中，Di表示第i个第二时间窗口内数据的重要程度；Wi表示第i个第一时间窗口内数据的变化性；wi表示第i个第二时间窗口内数据的变化性；Ti表示第i个第一时间窗口内最大值所对应时刻；ti表示第i个第一时间窗口内最小值所对应时刻。
2.根据权利要求1所述基于物联网技术的智能戒指健康管理方法，其特征在于，所述第二时间窗口，获取方法如下：
将以预设长度为大小的窗口，记为第一时间窗口，获得若干个第一时间窗口；在使用数据中每个第一时间窗口内，以最大值和最小值所对应的时刻作为开区间的区间端点，将对应的窗口记为第二时间窗口。
3.根据权利要求1所述基于物联网技术的智能戒指健康管理方法，其特征在于，所述根据第一时间窗口和第二时间窗口中使用数据的分布特征，获得第一时间窗口和第二时间窗口内数据对应的变化性，包括的具体步骤如下：
第一时间窗口内数据的变化性，具体获取方法为：
其中，Wi表示第i个第一时间窗口内数据的变化性；σi表示第i个第一时间窗口内数据的方差；Ci表示第i个第一时间窗口内数据的极差；
第二时间窗口内数据的变化性，具体获取方法为：
其中，wi表示第i个第二时间窗口内数据的变化性；σ'i表示第i个第二时间窗口内数据的方差；C'i表示第i个第二时间窗口内数据的极差。
4.根据权利要求1所述基于物联网技术的智能戒指健康管理方法，其特征在于，所述普通压缩数据和重要压缩数据，获取方法如下：
步骤(1)，对普通数据进行常规的霍夫曼编码处理，获得普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；
步骤(2)，将重要程度替换霍夫曼编码的频率，对每段重要数据进行霍夫曼编码，获取重要数据的霍夫曼编码；
步骤(3)，首先，将重要数据中两位以及两位以上的数字拆分为一位数字，将拆分后同一位的数字按照采集顺序排列在一个序列中，记为拆分序列，分别获得对应位数的拆分序列；
然后，利用霍夫曼编码获取各个拆分序列对应的编码结果，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据。
5.根据权利要求1所述基于物联网技术的智能戒指健康管理方法，其特征在于，所述将普通压缩数据和重要压缩数据进行存储和传输，实现对智能戒指中使用数据的智能管理，包括的具体步骤如下：
利用智能戒指的数据存储和传输单元，将编码压缩后获得的普通压缩数据和重要压缩数据存储在智能戒指中，利用蓝牙或WLAN的网络传输方式，传输到智能戒指绑定的手机或其他智能设备中进行存储，方便用户浏览查阅，实现对智能戒指中健康数据的智能管理。
6.基于物联网技术的智能戒指健康管理系统，采用如权利要求1-5中任意一项所述的基于物联网技术的智能戒指健康管理方法，其特征在于，该系统包括以下模块：
数据采集模块：获取智能戒指收集的使用数据；
数据分析模块：预设第一时间窗口，根据第一时间窗口中使用数据的最值，获得第二时间窗口；根据第一时间窗口和第二时间窗口中使用数据的分布特征，获得第一时间窗口和第二时间窗口内数据对应的变化性；根据第一时间窗口内数据的变化性、第二时间窗口内数据的变化性以及第二时间窗口的长度，获得第二时间窗口内数据的重要程度；将第二时间窗口内的数据记为重要数据，除重要数据以外的数据记为普通数据；
数据编码模块：将普通数据进行编码压缩，将普通数据对应的压缩数据，记为普通压缩数据；根据重要数据的重要程度，获取重要数据的霍夫曼编码，并将重要数据中的数字进行拆分处理，并进行编码，获得重要数据的压缩数据，记为重要压缩数据；
存储传输模块：将普通压缩数据和重要压缩数据进行存储和传输，实现对智能戒指中使用数据的智能管理；
所述第二时间窗口内数据的重要程度，获取方法如下：
第二时间窗口内数据的重要程度，具体获取方法为：
其中，Di表示第i个第二时间窗口内数据的重要程度；Wi表示第i个第一时间窗口内数据的变化性；wi表示第i个第二时间窗口内数据的变化性；Ti表示第i个第一时间窗口内最大值所对应时刻；ti表示第i个第一时间窗口内最小值所对应时刻。
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