CN116807416B - 预防军事训练热射病的实时体温监测系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防军事训练热射病的实时体温监测方法，包括步骤1~步骤5；步骤1，选择第一肛温工具，以及选择第一肛温工具UWB通信关联的第二肛温工具；步骤2，第一肛温工具将自身的温度消息通过UWB通信手段发送至第二肛温工具；步骤3，第二肛温工具合并接收到的温度消息、自身的温度消息以及测距消息，并判断是否还存在待转发的第三肛温工具；步骤4，若存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给第三肛温工具；并且将第三肛温工具视作第二肛温工具，返回至步骤3；步骤5，若不存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给服务器终端。本发明降低了肛温工具的传输功耗。

Description

预防军事训练热射病的实时体温监测系统与方法

技术领域

本发明属于体温监测领域，更具体的，涉及一种预防军事训练热射病的实时体温监测系统与方法。

背景技术

在军事训练中，军训人员需要进行高强度的户外体能训练，当外界温度过高，有些军训人员很容易超过承受极限，会出现不适的症状，容易产生严重的中暑，也就是热射病。热射病会危害人的生命，如果军训人员在训练时，能够实时监测到体温，也就能够预防热射病的产生。而体温测定的方法中，肛门测温不受外界温度的干扰，测量结果最准确。

肛温工具一方面需要以安全频率不断的检测体温，并向外发送温度消息；另一方面还需要与其他肛温工具进行通信，获取相对定位。再加上高温环境的影响，导致其电量消耗过快。由于肛温工具设置于肛门内，频繁的充电更换不仅麻烦，而且很难起到体温监测的效果。如何减少肛温工具的自身功耗是一个亟需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述缺陷，进而提出一种预防军事训练热射病的实时体温监测系统与方法。

本发明采用如下的技术方案。

本发明第一方面公开了一种预防军事训练热射病的实时体温监测方法，包括步骤1~步骤5；

步骤1，选择第一肛温工具，以及选择第一肛温工具UWB通信关联的第二肛温工具；

步骤2，第一肛温工具将自身的温度消息通过UWB通信手段发送至第二肛温工具；其中，温度消息包括：肛温工具标识、测得的温度值、时间戳以及UWB通信标识；

步骤3，第二肛温工具合并接收到的温度消息、自身的温度消息以及测距消息，并判断是否还存在待转发的第三肛温工具；

步骤4，若存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给第三肛温工具；并且将第三肛温工具视作第二肛温工具，返回至步骤3；

步骤5，若不存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给服务器终端。

本发明第二方面公开了一种预防军事训练热射病的实时体温监测系统，包括：多个肛温工具与服务器终端，肛温工具内部集成UWB标签，所述系统用于执行第一方面所述的方法。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明应用于军事训练的场景下，考虑到军训人员往往在训练区集群的进行训练，且军训人员长时间暴晒在高温烈日下，需要对军训人员的体温进行实时监测，以防止高温中暑以及热射病的发生。由于户外高温的影响，再加上肛温工具本身的体积有限。本发明创造性的通过构建通信链路的方式，以近距离通信方式将肛温工具的温度消息传递给距离较近的其他肛温工具，而不是直接传给服务器终端，从而降低了肛温工具传输温度消息的功耗。

（2）在此基础上，上述问题有可能引发情形B，导致其非但无法降低功耗，甚至可能增加功耗。此外，本发明考虑到UWB定位标签本身并不需要获取相对的位置，而是只需要建立一种距离的关联性，因此，任意2个标签实质上只需要通信一次即可。在进一步考虑到ToF算法本身需要往返发送一次的特性的基础上，本发明实施例创造性的引入深度优先搜索算法，建立通信链路，从而进一步的减少了通信传输的次数。

附图说明

图1是军事训练场景的示意图。

图2是一种预防军事训练热射病的实时体温监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

应当理解的是，如无特殊说明，本发明实施例所指的“链表”与“通信链路”应当视为同一种含义；本发明实施例中的“功耗”指的是肛温工具的“电量的消耗”。

本发明首先公开了一种预防军事训练热射病的实时体温监测系统，应用于军事训练场景之下，包括：至少一个肛温工具与服务器终端，其中，肛温工具内部集成UWB标签。

如图1所示，军事训练场景可以包括：指挥室与训练区。指挥室中放置服务器终端，用于接收所有肛温工具上传的温度消息。训练区可以是露天空旷的区域，也可以是密闭封锁的区域。军训人员会以小组的组成形式，在训练区进行集中训练。在图1中，每一个圆圈代表一个军训人员，军训人员以标号（例如：图1中的标号11~16，20~29，31~35）作为唯一标识。每一个军训人员携带一个关联的肛温工具。顾名思义，肛温工具通过肛门测温的方式，实时传输其关联的军训人员的温度值给服务器终端。

从背景技术不难理解的是，肛温工具用于测量军训人员的体温。一旦当军训人员的温度值高于预设的温度阈值时，需要发出报警，从而针对该军训人员进行急救。因此，就必然需要对该军训人员进行定位。

UWB通信技术是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通常用于室内定位。

可以理解的是，通常情况下，室内可以布置UWB基站，待定位的人员身上佩戴UWB标签，至少3个UWB基站分别与UWB标签之间通过UWB通信从而获得三个测距，并根据最小二乘法获得该标签的位置，并作为待定位的人员的位置。

值得一提的是，上述测距可以通过例如：ToF（Time of flight）的方法获得。其原理在于计算出消息在2个设备之间的“飞行时间”，从而计算出2个设备之间的测距。由于2个设备的时间不可能完全同步，因此，ToF需要消息在2个设备之间传递一个来回，从而计算出测距。

UWB标签之间也可以互相通信。在一些现有技术中，例如，以疫情大数据为背景的定位技术中，本身无需关注标签的绝对位置，只需要关注标签的相对位置以此获得接触距离即可，这就解决了室外定位无法布置基站的问题。事实上，本发明的实施例也是采用的该技术方案。如图1所示，假设携带肛温工具27的军训人员的温度高于预设的温度阈值，那么服务器终端就需要立刻通知周围的人，例如：携带肛温工具25的军训人员或携带肛温工具28的军训人员对其实施救助。因此，本发明实施例的UWB标签并不需要获取绝对的位置关系，只需要能够将相对的位置关系上传给服务器终端即可。

为了描述方便，在下文中，军训人员的标号也可以作为其关联的肛温工具的标号。

可以理解的是，通常，所有的肛温工具会以特定的安全周期进行温度的采集。例如，若安全周期为1分钟，则所有的肛温工具会选择7点、7点1分、7点2分这样的整点进行数据的采集。哪怕存在几秒钟的出入，温度信息中的时间戳也会以该整点的方式进行记录，以方便服务器终端进行统一分析。需要说明的是，哪怕测得的温度值正常，肛温工具也需要将该消息上传至服务器终端，否则，服务器终端并不确定到底是没有异常，还是该肛温工具停止工作了。

上段中的安全周期基于急救时间设置，急救时间指的是军训人员由体温过高到中暑倒地以及实施救援的总时间。可以理解的是，安全周期应当小于等于急救时间，否则肛温工具就失去了其作用价值。

基于上述需求，一种容易想到的方案是：每一个肛温工具以安全周期对温度进行采集，并获取温度信息，同时与多个其他肛温工具进行通信，获取测距信息，然后统一发送给服务器终端。

假设肛温工具与服务器终端的通信功耗为w，肛温工具与肛温工具之间的通信功耗为u，那么一个肛温工具在一个安全周期内，其造成的通信功耗为w+k*u，其中，k为发生通信的其他肛温工具的数量，在本发明实施例中可以为2，且至少为2，*为乘法符号。

这种做法的缺陷在于，通信次数太多，从而造成肛温工具电量的损耗。基于此，本发明公开了一种预防军事训练热射病的实时体温监测方法，如图2所示，包括步骤1~步骤5。

步骤1，选择第一肛温工具，以及选择第一肛温工具UWB通信关联的第二肛温工具。

步骤2，第一肛温工具将自身的温度消息通过UWB通信手段发送至第二肛温工具；其中，温度消息包括：肛温工具标识、测得的温度值、时间戳以及UWB通信标识。

需要注意的是，当第二肛温工具进入第一肛温工具的UWB通信范围内，即产生UWB通信关联，第一肛温工具本身就可以获取到第二肛温工具的UWB通信标识，从而能够与第二肛温工具建立数据传输。

步骤3，第二肛温工具合并接收到的温度消息、自身的温度消息以及测距消息，并判断是否还存在待转发的第三肛温工具。

步骤4，若存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给第三肛温工具；并且将第三肛温工具视作第二肛温工具，返回至步骤3。

步骤5，若不存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给服务器终端。

其中，肛温工具至少包括：第一肛温工具与第二肛温工具，也可以包括第三肛温工具。

步骤1~步骤5极大的简化了消息的通信过程，同时简化了相对定位的过程。

结合图1中的第三训练区，可理解的是，在本发明的第一实施例中，上述步骤可以是：肛温工具31将温度消息发送至肛温工具32，肛温工具32将合并后的消息发送至肛温工具33，肛温工具33将合并后的消息发送至肛温工具34，肛温工具34将合并后的消息发送至肛温工具35，肛温工具35将合并后的消息发送至服务器终端。

可以理解的是，最终的服务器终端收到的合并后的消息包括：肛温工具31~35的温度消息，以及4个测距信息。事实上，由于UWB通信距离为10m左右，因此，服务器终端能够获取到测距信息就足够了。如果携带肛温工具33的军训人员的温度过高，服务器终端只需要根据上述测距信息，提醒携带肛温工具32的军训人员与携带肛温工具34的军训人员，告知其测距距离的某个军训人员温度过高即可。

为了方便下文描述，第一实施例的通信过程实际上可以简化为一个链表31->32->33->34->35。

需要进一步说明的是，温度消息必然需要包括UWB通信标识。否则，上述链表会陷入死循环。进一步的，步骤3中，判断是否还存在待转发的第三肛温工具，具体包括步骤3.1~步骤3.3。

步骤3.1，从合并后的消息中，获取所有的UWB通信标识。

步骤3.2，第二肛温工具搜寻UWB通信关联的所有其他肛温工具。

步骤3.3，逐个判断所有其他肛温工具是否存在第三肛温工具，其中，第三肛温工具关联的UWB通信标识不属于所述所有的UWB通信标识中。

可以理解的是，通过上述判断，确保第三肛温工具的温度消息必然不在第二肛温工具合并后的消息中，即第三肛温工具为：不存在于第二肛温工具之前的链表中的其他肛温工具。

从第一实施例不难看出，假设每一次通信过程都按照链表31->32->33->34->35的方式进行通信，那么肛温工具35的功耗并没有降低。因此，上述通信过程应当随机化设置，使得最终发送给服务器终端的那个肛温工具能够随机化，从而均摊化的降低所有肛温工具的功耗。

可以理解的是，一旦实现了随机化。假设链表的平均长度为n，则每一个肛温工具平均每轮次发送消息的功耗为((n-1)*u+w)/n，其数值是远小于(w+u)的，由此降低了肛温工具的功耗。

一方面，由于UWB通信使用间隙的脉冲发送数据，因此其功耗相对更低，即u<w。因此，上述n的值应当越大越好。另一方面，作为服务器终端，当n的值越大，有效信息所占的比重越高。可以理解的是，n的值越大，u所占的比重越高，因为u的数量关联了测距信息的数量。

在本发明实施例的情形A中，以图1的第一训练区为例，假设军训人员一字排开，且军训人员之间的间隔恰好为3m。则在本发明的第二实施例中，上述步骤的通信过程也可以是：链表13->14->15->16。此时，由于肛温工具16距离肛温工具11或肛温工具12均超出了UWB通信的有效通信距离。肛温工具16无法将温度消息发送给肛温工具11或肛温工具12，只能选择上传给服务器终端。

此外，在第二实施例中，情形A中必然还会产生情形B。在情形A中，肛温工具13在发出温度消息给肛温工具14之后，情形B中又发生：肛温工具11将温度消息发送至肛温工具12，肛温工具12将合并后的消息发送至肛温工具13。此时，肛温工具13依然有可能按照例如：13->15的方式，将肛温消息再次发送一遍。由于肛温工具13此前发送了温度消息给肛温工具14，所以此时，肛温工具13并不会将合并后的消息发送给肛温工具14，由于站在肛温工具13自身的视角来看，其需要尽可能扩张链表的长度，即n的大小，并且其并不知道肛温工具15或肛温工具16是否已经存在于某个链表中，其依然会将合并后的消息发给肛温工具15或肛温工具16，并由肛温工具15或肛温工具16发送至服务器终端。

在情形B中，意味着肛温工具13与肛温工具15在该轮次中发送消息时，所消耗的功耗分别为2*u与 u+w。不难拓展的是，在一些更极端的情形下，部分肛温工具的功耗甚至达到k1*u+k2*w，其中，(k1+k2)的值大于2，且k1与k2均大于等于1。其非但未必能够减少功耗，反而有可能增加功耗。

为了解决上述情形B的缺陷，同时尽可能的随机化链表，以达到平摊功耗的目的。一种容易想到的方法是，由服务器终端站在上帝视角的角度，纵观全局，进行每一轮链表的分配。以第二实施例作为观察窗口，假设第一轮通信过程为链表13->14->15->16以及链表11->12->13->15。此时，服务器终端不难通过2个链表中合并后的消息的交集，也就是肛温工具13与肛温工具15的温度消息，获知：如果这些军训人员的位置不变的话，可以在下一轮将链表的长度扩张至6。假设在下一轮服务器终端希望通信过程为链表15->16->13->14->12->11。此时服务器终端可以通知肛温工具11~16发送上述链表15->16->13->14->12->11。以此约束其下一轮通信的行为。

然而上述做法不仅麻烦，而且没有考虑到军训人员本身是移动的，例如：存在新的军训人员进入了第三训练区，或者存在军训人员离开了第三训练区。

基于此，本发明创造性的利用了ToF算法本身需要往返发送各一次消息的这个特性，给出了如下优化方案。进一步的，一种预防军事训练热射病的实时体温监测方法在执行步骤1之前还包括步骤S1~步骤S2。

步骤S1，获取链头肛温工具。

步骤S2，基于链头肛温工具，根据深度优先搜索算法，建立链头肛温工具至链尾肛温工具的通信链路，其中，链尾肛温工具获取标识消息，标识消息为所述通信链路中所有肛温工具的UWB通信标识。

进一步的，步骤S1具体包括步骤S11~步骤S13。

步骤S11，对每一个肛温工具，搜寻其UWB通信关联的所有其他肛温工具。

步骤S12，基于时间戳与预设的映射函数，将自身的UWB通信标识，以及所有其他肛温工具的UWB通信标识，分别一一计算出对应的通信优先值。

不难理解的是，通信优先值基于当前时间戳映射得到，其实现了通信链路的随机化。

步骤S13，若自身的通信优先值最大，则所述肛温工具视为链头肛温工具。

可以理解的是，链头肛温工具的数量至少为1。

进一步的，步骤S2具体包括步骤S21~步骤S24。

步骤S21，将链头肛温工具作为通信链路中的当前肛温工具。

步骤S22，搜寻当前肛温工具的UWB通信关联的所有其他肛温工具。

步骤S23，择一选择通信优先值比当前肛温工具的通信优先值小且差值绝对值最小的肛温工具作为通信链路中的下一个肛温工具。

步骤S24，若所述下一个肛温工具无法找到，或已存在于某个其他通信链路中，步骤结束。否则，将所述下一个肛温工具作为当前肛温工具，并返回至步骤S22。

相应的，将链尾肛温工具作为步骤1中的第一肛温工具，将链尾肛温工具在通信链路中连接的前一个肛温工具作为步骤1中的第二肛温工具，并且步骤1~步骤5中的温度消息包括所述标识消息，并且步骤3中，判断是否还存在待转发的第三肛温工具，具体包括：若第二肛温工具UWB通信关联的所有其他肛温中，存在第四肛温工具，满足其UWB通信标识不在标识消息中，并且其通信优先值小于第二肛温工具的通信优先值，并且其不存在于任何通信链路中，则以第四肛温工具作为第二肛温工具的下一个肛温工具，并对第四肛温工具执行步骤S21~步骤S24；若不存在第四肛温工具，第二肛温工具在通信链路中的前一个肛温工具视为第三肛温工具。

为了进一步理解上述步骤S1~步骤S4。在本发明的第三实施例中，以第二训练区作为观察窗口。假设每一个肛温工具的情况如表1所示。

表1

不难理解，首先根据步骤S11~步骤S13，可以获知：链头肛温工具可以是肛温工具27与肛温工具22。

以肛温工具22作为基准，根据步骤S21~步骤S24，其生成的通信连接方式为：第一通信链路22->23->24->20->28。

以肛温工具27作为基准，根据步骤S21~步骤S24，其生成的通信连接方式为：第二通信链路27->26->29。

可以理解的是，肛温工具28与肛温工具29作为链尾肛温工具

接下来，在执行步骤3的过程中，由于第一肛温工具为链尾肛温工具，因此，步骤1~步骤5的操作实际上是反向的沿着通信链路发送消息。在此前的正向的过程中，发送的消息中只包含了标识信息，并不包含温度信息，而在反向的通信过程中，发送的消息需要包括温度消息。

先观察第一通信链路。

当第二肛温工具为肛温工具20时，由于此时存在第四肛温工具25。因此，第二肛温工具并不着急将温度消息传输给它的第三肛温工具24。而是针对肛温工具25再次执行执行步骤S21~步骤S24。

以肛温工具25作为基准，根据步骤S21~步骤S24，其生成的通信连接方式，即通信链路仅为：肛温工具25。

因此，上述仅包含肛温工具25的通信链路后续执行步骤1~步骤5时，其本身又作为第一肛温工具（或第二肛温工具），其将温度消息发送给它的第二肛温工具（或第三肛温工具），也就是肛温工具20。

此时，肛温工具20还需要再判断是否还有其他的第四肛温工具。并再次找到肛温工具21。与肛温工具25一样，其最终也将温度消息传给肛温工具20。当肛温工具20不存在任何一个第四肛温工具时，其才将汇总后的温度消息传给肛温工具24。

可以理解的是，最终肛温工具22上传给服务器终端的温度消息包含了肛温工具20~25以及肛温工具28的温度消息。

再观察第二通信链路。

此时假设第二肛温工具为肛温工具26，由于其也存在“潜在的”第四肛温工具25。因此，第二肛温工具并不着急将温度消息传输给它的第三肛温工具27。而是发送标识消息给肛温工具25。但由于肛温工具25此前已被第一通信链路纳入了，因此，肛温工具25并不是肛温工具26的第四肛温工具。

综上，上述第一通信链路为：22->23->24->20->28->->20->25->->20->21->->20->->24->->23->->22。

上述第二通信链路为：27->26->29->->26->25->26->->27。

可以理解的是，所谓的标识信息，即为上述通信链路，服务端最终也能获取到上述通信链路，当判定携带肛温工具26的军训人员温度过高时，就能够通知携带肛温工具25的军训人员与携带肛温工具27的军训人员及时的关注身边的同事，以达到预警急救的目的。

其中，->表示正向传递，传递的为标识消息，而->->表示反向传递，传递的为温度消息，且温度消息中包含了标识消息。

不难看出，正是因为ToF算法本身需要来回传递，因此，可以通过一次正向传递一次反向传递，确定测距信息。上述通信链路本质上基于深度优先搜索算法建立。

上述方法并不能够完全扩张链表的长度，但是却可以限定肛温工具与肛温工具之间的通信次数，从而降低了每一个肛温工具的功耗。

相应的，本发明公开了一种预防军事训练热射病的实时体温监测系统，包括：多个肛温工具与服务器终端，多个肛温工具包括：第一肛温工具、第二肛温工具与第三肛温工具，所述系统用于执行步骤1~步骤5的方法。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种预防军事训练热射病的实时体温监测方法，其特征在于，所述方法包括步骤1~步骤5；

步骤1，选择第一肛温工具，以及选择第一肛温工具UWB通信关联的第二肛温工具；

步骤2，第一肛温工具将自身的温度消息通过UWB通信手段发送至第二肛温工具；其中，温度消息包括：肛温工具标识、测得的温度值、时间戳以及UWB通信标识；

步骤3，第二肛温工具合并接收到的温度消息、自身的温度消息以及测距消息，并判断是否还存在待转发的第三肛温工具；

步骤4，若存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给第三肛温工具；并且将第三肛温工具视作第二肛温工具，返回至步骤3；

步骤5，若不存在第三肛温工具，第二肛温工具将合并后的消息转发给服务器终端；

所述测距消息通过TOF算法获得；

在执行步骤1之前还包括步骤S1~步骤S2；

步骤S1，获取链头肛温工具；

步骤S2，基于链头肛温工具，根据深度优先搜索算法，建立链头肛温工具至链尾肛温工具的通信链路，其中，链尾肛温工具获取标识消息，标识消息为所述通信链路中所有肛温工具的UWB通信标识；

步骤3具体包括步骤3.1~步骤3.3；

步骤3.1，从合并后的消息中，获取所有的UWB通信标识；

步骤3.2，第二肛温工具搜寻UWB通信关联的所有其他肛温工具；

步骤3.3，逐个判断所有其他肛温工具是否存在第三肛温工具，其中，第三肛温工具关联的UWB通信标识不属于所述所有的UWB通信标识中；

步骤S1具体包括步骤S11~步骤S13：

步骤S11，对每一个肛温工具，搜寻其UWB通信关联的所有其他肛温工具；

步骤S12，基于时间戳与预设的映射函数，将自身的UWB通信标识，以及所有其他肛温工具的UWB通信标识，分别一一计算出对应的通信优先值；

步骤S13，若自身的通信优先值最大，则所述肛温工具视为链头肛温工具；

步骤S2具体包括步骤S21~步骤S24；

步骤S21，将链头肛温工具作为通信链路中的当前肛温工具；

步骤S22，搜寻当前肛温工具的UWB通信关联的所有其他肛温工具；

步骤S23，择一选择通信优先值比当前肛温工具的通信优先值小且差值绝对值最小的肛温工具作为通信链路中的下一个肛温工具；

步骤S24，若所述下一个肛温工具无法找到，或已存在于某个其他通信链路中，步骤结束；否则，将所述下一个肛温工具作为当前肛温工具，并返回至步骤S22；

将链尾肛温工具作为步骤1中的第一肛温工具，将链尾肛温工具在通信链路中连接的前一个肛温工具作为步骤1中的第二肛温工具，并且步骤1~步骤5中的温度消息包括所述标识消息，

并且步骤3中，判断是否还存在待转发的第三肛温工具，具体包括：若第二肛温工具UWB通信关联的所有其他肛温中，存在第四肛温工具，满足其UWB通信标识不在标识消息中，并且其通信优先值小于第二肛温工具的通信优先值，并且其不存在于任何通信链路中，则以第四肛温工具作为第二肛温工具的下一个肛温工具，并对第四肛温工具执行步骤S21~步骤S24；若不存在第四肛温工具，第二肛温工具在通信链路中的前一个肛温工具视为第三肛温工具；

肛温工具用于测量军训人员的体温，并且军训人员能够移动。

2.一种预防军事训练热射病的实时体温监测系统，包括：多个肛温工具与服务器终端，肛温工具内部集成UWB标签，所述系统用于执行权利要求1所述的方法。