CN114190926B - 基于可穿戴设备的运动状态监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统及方法，其中系统包括：可穿戴设备、管控中心和智能终端，所述可穿戴设备包括至少一个装具检测装置，所述装具检测装置用于检测人体运动状态，所述智能终端与所述装具检测装置无线连接，所述智能终端用于实现与装具检测装置间的交互，所述管控中心用于接收存储所述装具检测装置采集的运动状态信息并对异常运动状态进行风险管控，通过本发明可以精确判断人体运动状态并及时预警。

Description

基于可穿戴设备的运动状态监测系统及方法

技术领域

本发明涉及运动状态监测技术领域，更具体的说是涉及一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统及方法。

背景技术

目前，对人体的运动状态进行检测，获取目标人员的行为信息多采用对通过摄像设备采集的视频图像信息进行处理分析得到。

如公开号为CN113052029A的中国专利公开了一种基于动作识别的异常行为监管方法、装置及存储介质。该发明提供的基于动作识别的异常行为监管方法，包括：获取目标人员在目标场景下的监控视频流；将监控视频流逐帧输入异常行为检测神经网络模型，通过异常行为检测神经网络模型对目标人员在目标场景下的动作进行识别检测，并输出检测结果；根据检测结果判定目标人员在目标场景下是否有异常行为；在判定目标人员在目标场景下有异常行为时，根据检测结果确定异常行为开始帧及异常行为结束帧，并截取从异常行为开始帧到异常行为结束帧的监控视频作为异常行为视频；生成异常行为预警指令，并将异常行为预警指令与异常行为视频同步发送至客户移动终端。

上述文献通过视频监控获取目标人员的行为信息，通过对视频流进行处理实现对目标人员的异常行为预警，但仅仅依靠视频监控，检测的范围有限，尤其是目标人员与视频监控设备间存在遮挡物时检测效果大打折扣，且基于视频监控的目标人员的异常行为预警由于需要对大量的视频流数据进行处理导致采用视频监控对目标人员进行异常行为预警的系统或装置对存储和宽带的要求高，并且由于需要对视频流进行处理分析，则必然在目标人员出现异常行为和异常行为预警产生间存在一定的延时。

因此，如何提供一种精确判断人体运动状态并及时预警的运动状态监测系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统及方法，利用可穿戴设备对人体运动状态进行监测，并通过管控中心对异常行为进行风险管控，及时将异常行为传送到智能终端。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，包括：可穿戴设备、管控中心和智能终端，所述可穿戴设备包括至少一个装具检测装置，所述装具检测装置用于检测人体运动状态，所述智能终端与所述装具检测装置无线连接，所述智能终端用于实现与装具检测装置间的交互，所述管控中心用于接收存储所述装具检测装置采集的运动状态信息并对异常运动状态进行风险管控，并将风险管控信息传送到智能终端。

优选的，所述装具检测装置包括加速度传感器、定位传感器及预警模块，所述加速度传感器用于对运动姿态进行检测，所述预警模块基于对所述加速度传感器获取的运动姿态信息、所述定位传感器获取的位置信息及时间信息进行分析生成风险提示。

优选的，所述预警模块根据所述定位传感器获取的位置信息及时间信息分析一定时间段内的人体运动状态，并结合该时间段内加速度传感器获取的运动姿态信息，判断该时间段内运动状态是否异常，并生成相应的风险提示。

优选的，所述人体运动状态包括一定时间内驻留信息，所述驻留信息指的是人体在该段时间段内位置变化，结合运动姿态信息以综合判断该时间段内运动状态是否为异常行为。

优选的，所述装具检测装置还包括健康检测模块，所述健康检测模块用于检测人体健康状态。通过监测人体健康状态配合运动姿态信息、位置信息等对异常行为进行综合判断，提高判断运动状态是否为异常行为的准确率。

优选的，所述管控中心对风险提示进行分析并根据风险提示进行风险分级，所述管控中心根据不同风险分级对用户进行不同程度和方式的风险管控，并将风险管控信息传递给智能终端。

优选的，所述智能终端用于实现与装具检测装置间的交互，包括实现智能终端与装具检测装置间的绑定与解绑。

优选的，只有与智能终端绑定后的装具检测装置才能向管控中心发送运动状态信息。

优选的，所述与智能终端绑定后的装具检测装置通过卫星报文通信方式向管控中心发送运动状态信息。

本发明还提供了一种基于可穿戴设备的运动状态监测方法，该监测方法借助上述基于可穿戴设备的运动状态监测系统实现，包括如下步骤：

利用可穿戴设备检测用户运动状态，当所述可穿戴设备检测到异常用户运动状态数据时，所述可穿戴设备向管控中心发送风险提示；

所述管控中心对风险提示进行分级，管控中心根据不同风险分级对用户进行不同程度和方式的风险管控，并将风险管控信息传递给智能终端；

智能终端响应管控中心返回的不同风险分级的管控信息，对异常运动状态进行风险管控。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统和方法，具有以下有益效果：

本发明在通过视频图像信息对异常行为进行监测判断的基础上，利用可穿戴设备对运动状态进行监控，并通过管控中心对异常行为进行风险管控，及时将异常行为传送到智能终端，有效避免了物体遮挡对视频图像的干扰，并且对异常行为的判断更加准确和及时。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的装具检测装置具体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的数据传输方式示意图；

图4为本发明实施例提供的运动状态风险检测系统现场布置示意图。

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。

如图1所示本发明实施例公开了一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统，在图像监控系统的基础上，还包括位于用户端的可穿戴设备120、智能终端100，及由云端服务器或远程服务器等构成的管控中心110，本发明中智能终端100包括智能手机、平板电脑等智能设备。可穿戴设备120由至少一个装具检测装置组成，装具检测用于检测人体运动状态，智能终端100与装具检测装置无线连接，智能终端100主要用于实现与装具检测装置间的交互，装具检测装置采集的运动状态信息传输到管控中心110，当出现异常运动状态时，管控中心110对异常运动状态进行风险管控，并将风险管控信息传送到智能终端100。

装具检测装置主要包括各种传感器如加速度传感器、定位传感器及预警模块，其中加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化，设置在装具检测装置上用于对运动姿态进行检测；定位传感器主要用于获取位置信息，预警模块能够基于对加速度传感器获取的运动姿态信息和定位传感器获取的位置信息及时间信息进行分析生成风险提示，以判断用户运动状态是否异常。

装具检测装置的预警模块也可以单独通过对定位传感器的数据进行分析从而判断用户的运动状态是否存在危险。如突发性的摔倒，即人员由正常姿态到摔倒姿态耗时极短，特别是无意识滑倒式的摔倒。具体分析过程为：将站立时的运动姿态定义为第一姿态，将摔倒后的姿态定义为第二姿态，处于第一姿态时，定位传感器的定位数据至少包括有第一时间、第一高度和第一经纬度，处于第二姿态时，定位传感器的定位数据至少包括有第二时间、第二高度和第二经纬度；摔倒时，预警模块根据由第一姿态的第一高度切换到第二姿态的第二高度的用时及经纬度变化判断是否摔倒，此过程中用户进行姿态切换的用时为第一时间与第二时间的时间间隔，用户进行姿态切换的经纬度变化为第一经纬度和第二经纬度的差异。当预警模块检测到定位传感器的定位数据中的第一高度陡然变换至第二高度，且第一时间与第二时间的时间间隔极短，此外第一经纬度和第二经纬度存在明显差异时，则预警模块判定为摔倒。这种对运动状态的分析方法在判断用户高度变化的同时引入经纬度变化参考，避免因蹲起等操作造成摔倒情况的误判，此外对加速度传感器检测上下左右的倾角的变化而产生的运动姿态也起到了很好的辅助判断功能。

作为上述方案的补充，装具检测装置还可以设置健康检测模块，健康检测模块用于检测人体健康状态，健康检测模块对人体生理状态进行检测包括体温、心率率等，以借此辅助判断运动状态是否异常。通过监测人体健康状态配合运动姿态信息、位置信息等对异常行为进行综合判断，提高判断运动状态是否为异常行为的准确率。以突发性摔倒为例，人体因为突然摔倒而受到惊吓，会产生陡然地心率加速、肌肉紧绷、血压急速升高和脑电波异常兴奋等应激反应，健康检测模块能够检测的健康参数至少包括血压、血氧饱和度、脉搏、体温和脑电波中的一种。当预警模块检测到定位传感器中的定位数据中的第一高度陡然变换至第二高度，且第一时间与第二时间的时间间隔极短，此外第一经纬度和第二经纬度存在明显差异时，健康检测模块同步检测人体是否产生陡然地心率加快、肌肉紧绷、血压急速升高和脑电波异常兴奋等应激反应，并将检测结果发送到预警模块。预警模块综合分析人体的定位数据和健康状态，结合加速度传感器获取的运动姿态信息判断人员运动状态，进行运动风险预警。

在一个具体实施例中，如图2所示，装具检测装置可以包括集成于头盔的头部检测装置121、集成于护颈的颈部检测装置122、集成于上衣袖口的第一腕部检测装置123、集成于上衣另一袖口的第二腕部检测装置124、集成于上衣前侧中心区域的腹部检测装置125、集成于裤子一个裤腿的第一腿部检测装置126、集成于裤子另一裤腿的第二腿部检测装置127、集成于鞋子的第一脚部检测装置128和集成于另一鞋子的第二脚部检测装置129。其中各个检测装置能够对用户的位置、运动动作及人员生理条件进行监管，并且通过通信协议与智能终端进行交互，并能够向管控中心110提供相应运动状态数据。当检测到用户的运动状态存在异常时，装具检测装置能够自行向管控中心110发送异常提示，而无需经过用户同意。

在通过装具就位检查确认装具检测装置与人员匹配关系的情况下，智能终端100通过结合头部检测装置121的取向来确定该工作人员的当前视向，基于当前视向与第一腕部检测装置123和第二腕部检测装置124的运动方向之间的关系来确定当前视向与运动方向的合理性。对于当前视向与第一腕部检测装置123和第二腕部检测装置124的运动方向之间的关系显示该人员的运动范围在规定的时间区间处于彼此相反方向的情况，则由该工作用智能终端读取第一腿部检测装置126和第二腿部检测装置127的运动数据来判断手臂运动方向与下肢运动方向之间的关系。在手臂运动方向与下肢运动方向存在至少三个有异于当前视向的情况，由该智能终端100向管控中心110发出装具就位检查提醒消息。响应于装具就位检查提醒消息，管控中心110除了根据相应各检测检测装置的数据上传和分析而确认的在线状态来确认装具检测装置的完整性进而以间接方式确认装具的完整性之外，还能够通过调整视频监控的监控方向来达成针对人员的特定图像采集，进而确定装具的完整性。

本发明可以可穿戴设备可以通过北斗卫星通信方式与管控中心进行通信，如图3所示，用户设备A将短报文发送给卫星，经过卫星中转后发送给用户设备B，北斗基站用以控制卫星的工作方式。智能终端为图3中的用户设备A，管控中心110为用户设备B。智能终端能够通过北斗导航系统以北斗短报文的形式向管控中心发送与携带该智能终端的人员及其佩戴的装具检测装置、相应的穿戴设备相关的消息。

本发明可应用在体育运动领域，如城市马拉松等群众体育赛事和日常跑步健身中，利用本发明实现对参加体育健身运动人员行为进行监控和预警，在一个具体的实施例中，在管控中心110判定运动人员在运动过程中行为出现异常的情况下，管控中心110在对运动人员运动行为进行跟踪管理的同时可以通过以下措施进行管控。

当管控中心110监测到运动人员行为异常时，管控中心110通过穿戴在运动人员身上的智能可穿戴设备120自身携带的通信模块与运动人员语音交流，询问异常情况，管控中心110也可以通过用户佩戴的智能终端向用户询问异常情况。

当管控中心110无法与行为异常运动人员语音交流时，管控中心可以向出现异常行为运动人员附近的其他佩戴智能可穿戴设备的人员发送帮助指令，询问异常情况，同时拨打应急救援电话请求派遣专业医护人员进行救助。

在城市马拉松等群众性体育赛事中，本发明在进行具体应用时做出了相应调整，调整内容如下所述：

如图4所示首先对可穿戴设备的完整性进行检测，确认装具的完整性，能够避免因参赛人员陡然大量增加导致装具的各个部件不配套。在城市马拉松等群众性体育赛事举办过程中，参赛人员需随身佩戴可穿戴设备，管控中心110通过订阅装具检测装置的位置确定参赛人员的位置信息，参赛运动人员的运动趋势包括移动方向和移动速度。管控中心110通过分析由可穿戴设备检测到的运动信息结合健康信息对运动人员的运行行为进行风险预警，保障运动人员的生命安全。

本发明的另一具体应用，可用于家庭老人的日常监护中，通过佩戴可穿戴设备实现对老人日常运动行为的日常监护，在应用到老人行为日常监护时，可穿戴设备120佩戴在老人身上，设备终端100由老人的子女或其他监护人携带，当管控中心110检测到老人运动行为异常，如突然跌倒或长时间在某一地点站立不动时，管控中心110向设备终端发出预警，提醒老人子女或其他监护人及时处理，同时管控中心110向设备终端发送监测到的老人身体健康数据。

针对老人不同的健康状况，可穿戴设备可以采用不同的装备方式，如佩戴在老人头部的头部检测装置121可以用来确定老人的当前视向，佩戴在老人腕部的第一腕部检测装置123、第二腕部检测装置124用于监测老人上肢运动方式，佩戴在老人第一腿部检测装置126和第二腿部检测装置127用于监测老人下肢运动方式。老人健康状态不同可以选择性佩戴部分监测装置或者全部佩戴。当监测装置与智能终端绑定就位后，发出就位信号传输给管控中心110，管控中心110响应于装具就位检查提醒消息，管控中心110对老人的运动数据及健康数据进行监控。如在家庭环境中，管控中心110还可以通过监控摄像采集到的视频信息对老人的运动状态进行监控。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，包括：可穿戴设备、管控中心和智能终端，所述可穿戴设备包括至少一个装具检测装置，所述装具检测装置用于检测人体运动状态，所述智能终端与所述装具检测装置无线连接，所述智能终端用于实现与装具检测装置间的交互，所述管控中心用于接收存储所述装具检测装置采集的运动状态信息并对异常运动状态进行风险管控；

装具检测装置包括集成于头盔的头部检测装置、集成于护颈的颈部检测装置、集成于上衣袖口的第一腕部检测装置、集成于上衣另一袖口的第二腕部检测装置、集成于上衣前侧中心区域的腹部检测装置、集成于裤子一个裤腿的第一腿部检测装置、集成于裤子另一裤腿的第二腿部检测装置、集成于鞋子的第一脚部检测装置和集成于另一鞋子的第二脚部检测装置；智能终端通过结合头部检测装置的取向来确定人员的当前视向，基于当前视向与第一腕部检测装置和第二腕部检测装置的运动方向之间的关系来确定当前视向与运动方向的合理性，对于当前视向与第一腕部检测装置和第二腕部检测装置的运动方向之间的关系显示该人员的运动范围在规定的时间区间处于彼此相反方向的情况，则由智能终端读取第一腿部检测装置和第二腿部检测装置的运动数据来判断手臂运动方向与下肢运动方向之间的关系，在手臂运动方向与下肢运动方向存在至少三个有异于当前视向的情况，由所述智能终端向管控中心发出装具就位检查提醒消息，响应于装具就位检查提醒消息，管控中心除了根据相应各检测检测装置的数据上传和分析而确认的在线状态来确认装具检测装置的完整性进而以间接方式确认装具的完整性之外，还能够通过调整视频监控的监控方向来达成针对人员的特定图像采集，进而确定装具的完整性。

2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述装具检测装置包括加速度传感器、定位传感器及预警模块，所述加速度传感器用于对运动姿态进行检测，所述预警模块基于对所述加速度传感器获取的运动姿态信息、所述定位传感器获取的位置信息及时间信息进行分析生成风险提示。

3.根据权利要求2所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述预警模块根据所述定位传感器获取的位置信息及时间信息分析一定时间段内的人体运动状态，并结合该时间段内加速度传感器获取的运动姿态信息，判断该时间段内运动状态是否异常，并生成相应的风险提示。

4.根据权利要求3所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述人体运动状态包括一定时间内驻留信息。

5.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述装具检测装置还包括健康检测模块，所述健康检测模块用于检测人体健康状态。

6.根据权利要求2所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述管控中心对风险提示进行分析并根据风险提示进行风险分级，所述管控中心根据不同风险分级对用户进行不同程度和方式的风险管控，并将风险管控信息传递给智能终端。

7.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述智能终端用于实现与装具检测装置间的交互，包括实现智能终端与装具检测装置间的绑定与解绑。

8.根据权利要求7所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，只有与智能终端绑定后的装具检测装置才能向管控中心发送运动状态信息。

9.根据权利要求8所述的基于可穿戴设备的运动状态监测系统，其特征在于，所述与智能终端绑定后的装具检测装置通过卫星报文通信方式向管控中心发送运动状态信息。

10.一种基于可穿戴设备的运动状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用可穿戴设备检测用户运动状态，当所述可穿戴设备检测到异常用户运动状态数据时，所述可穿戴设备向管控中心发送风险提示；所述可穿戴设备包括至少一个装具检测装置，所述装具检测装置包括集成于头盔的头部检测装置、集成于护颈的颈部检测装置、集成于上衣袖口的第一腕部检测装置、集成于上衣另一袖口的第二腕部检测装置、集成于上衣前侧中心区域的腹部检测装置、集成于裤子一个裤腿的第一腿部检测装置、集成于裤子另一裤腿的第二腿部检测装置、集成于鞋子的第一脚部检测装置和集成于另一鞋子的第二脚部检测装置；智能终端通过结合头部检测装置的取向来确定人员的当前视向，基于当前视向与第一腕部检测装置和第二腕部检测装置的运动方向之间的关系来确定当前视向与运动方向的合理性，对于当前视向与第一腕部检测装置和第二腕部检测装置的运动方向之间的关系显示该人员的运动范围在规定的时间区间处于彼此相反方向的情况，则由智能终端读取第一腿部检测装置和第二腿部检测装置的运动数据来判断手臂运动方向与下肢运动方向之间的关系，在手臂运动方向与下肢运动方向存在至少三个有异于当前视向的情况，由所述智能终端向管控中心发出装具就位检查提醒消息，响应于装具就位检查提醒消息，管控中心除了根据相应各检测检测装置的数据上传和分析而确认的在线状态来确认装具检测装置的完整性进而以间接方式确认装具的完整性之外，还能够通过调整视频监控的监控方向来达成针对人员的特定图像采集，进而确定装具的完整性；

所述管控中心对风险提示进行分级，管控中心根据不同风险分级对用户进行不同程度和方式的风险管控，并将风险管控信息传递给智能终端；

智能终端响应管控中心返回的不同风险分级的管控信息，对异常运动状态进行风险管控。