基於雲平臺的車載人體健康數據採集系統以及健康監控方法與流程
2023-04-28 17:22:06 2
本發明車內環境及人體健康監測領域，具體地涉及一種基於雲平臺的車載人體健康數據採集系統以及健康監控方法。
背景技術：
隨著社會的不斷進步，科技的發展，人們生活水平不斷提高，私家車擁有量與日俱增，城市交通的壓力也越來越大，安全駕駛就逐漸成為嚴峻的問題。城市車輛是除地鐵以外的載客量大，安全性低的主要交通工具。在以往也出現過許多駕駛員疲勞或身體問題等暴斃在崗位上的案例，滿載的車輛如果一旦失去駕駛員的掌控，那麼是非常危險的，很容易造成大量人員傷亡。
目前我國的公交系統裡並沒有有效的處理手段來避免這類事故的發生，目前車內的監控系統僅是監控上下車門及錢箱等，無法對駕駛員的健康狀況及進行緊急事件處理。而我國車輛駕駛員很多都是40歲左右，要求有多年的駕齡，對於大型車輛的駕駛很容易讓駕駛員疲憊，長時間保持精神緊張對身體會造成很大損害，因此目前急需一套監管及控制系統來進行對駕駛員的身體狀況監控並能自動處理緊急情況，使得公交管理局在遠程即可實時監控駕駛員的狀況及事故報警安全處理等。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺陷，本發明提供一種基於雲平臺的車載人體健康數據採集系統，車載健康數據採集系統能夠基於可攜式裝置對司機以及乘客的健康數據進行採集及監控，保證車內人員的身體健康，雲醫療系統能夠結合監控系統，在人員出現不好的監控特徵值時，進行報警，能夠基於專業的醫療心電圖、血壓等在線數據，同時結合用戶現病史和既往病史可對心血管疾病、血壓異常等進行遠程在線醫療診斷，必要時自動撥打急救電話，並搜索附近醫院，保證車內人員能夠及時得到救治。
本發明是這樣實現的：其包括人體數據採集系統以及雲醫療系統，所述人體數據採集系統包括數據採集分析裝置、數據監控裝置、web監控端以及後臺伺服器，所述數據監控裝置以及web監控端分別通訊連接所述後臺伺服器，所述後臺伺服器通訊連接所述雲醫療系統，
所述數據採集分析裝置用於採集人體健康數據以及對人體健康數據進行實時分析，所述數據採集分析裝置包括用於佩戴在用戶身上的可攜式裝置以及車載方向盤採集裝置，可攜式裝置以及車載方向盤採集裝置之間能夠實現數據通訊，車載方向盤採集裝置通訊連接有車載終端，
所述數據監控裝置包括與所述可攜式裝置通訊連接的第一控制終端以及與所述車載終端通訊連接的第二控制終端；
所述可攜式裝置設置有健康數據採集單元以及控制晶片，所述健康數據採集單元包括指紋脈搏識別單元、心率傳感器以及心電血壓傳感器，所述控制晶片包括體徵識別晶片、界面解鎖控制晶片、馬達震動控制晶片、遠程控制晶片、車鑰匙電路控制晶片、心率實時監測晶片、血壓實時監測晶片、心電實時監測晶片以及數據發送晶片，
所述車載方向盤採集裝置集成在汽車的方向盤上，所述車載方向盤採集裝置包括心電傳感器、心率實時監測晶片、血壓實時監測晶片、心電實時監測晶片以及疲勞狀態監測晶片，
所述雲醫療系統包括雲醫在線監控單元、雲醫在線診斷單元以及雲醫在線輔救單元，
當數據監控裝置監測到人體心率異常、心電異常、血壓異常或人體健康值異常時，所述第一控制終端和第二控制終端將異常信息發送至所述後臺伺服器，所述後臺伺服器向所述雲醫療系統發送報警信息，所述雲醫療系統根據所述報警信息採取醫療措施。
優選地，所述可攜式裝置為可佩戴手環或腕錶，所述可佩戴手環或腕錶的外部設置有顯示屏。
優選地，所述控制晶片還包括指紋脈搏特徵預處理單元以及存儲晶片，所述指紋脈搏特徵預處理單元用於對採集到的操作者的指紋脈搏特徵進行預處理。
優選地，一種車載健康監控方法，其包括以下步驟：
s1、使用前建立可攜式裝置操作者的唯一識別碼，並將唯一識別碼存儲在第一控制終端內部，
s2、佩戴可攜式裝置時，採集用戶特徵，並將用戶特徵與唯一識別碼進行驗證，驗證通過後，激活可攜式裝置；
s3、可攜式裝置以及車載方向盤採集裝置同時分別實時採集操作者的實時心率值、實時脈搏、實時心電圖以及實時血壓值並對兩者採集的數據進行核驗，核驗完成後，可攜式裝置將上述數據發送至第一控制終端；
s4、第一控制終端對上述數據進行分析判斷，當人體心率異常、心電異常、血壓異常或人體健康值異常時，所述第一控制終端和將異常信息發送至所述後臺伺服器，所述分析判斷包括心率異常判斷、心電異常判斷、血壓異常判斷以及人體健康值異常判斷；
s5、所述後臺伺服器向所述雲醫療系統發送報警信息，所述雲醫療系統根據所述報警信息採取醫療措施。
優選地，s1具體包括以下步驟：
s11、指紋脈搏識別單元對操作者進行初始指紋脈搏特徵採集；
s12、指紋脈搏特徵預處理單元對採集到的操作者的初始指紋脈搏特徵進行預處理，並將處理後得到的初始指紋脈搏特徵進行存儲；
s13、體徵識別晶片對採集的初始指紋脈搏特徵進行特徵提取，獲得唯一識別碼並存儲在第一控制終端內部。
優選地，s2具體包括以下步驟：
s21、指紋脈搏識別單元對操作者進行實時指紋脈搏特徵採集；
s22、指紋脈搏特徵預處理單元對採集到的操作者的實時指紋脈搏特徵進行預處理；
s23、體徵識別晶片將採集的實時指紋脈搏特徵與存儲的初始指紋脈搏特徵進行匹配分析並輸出是或否的匹配結果；
s24、當體徵識別晶片輸出是的匹配結果時，界面解鎖控制晶片激活可攜式裝置，當體徵識別晶片輸出否的匹配結果時，馬達震動控制晶片進行振動報警。
優選地，s4中心率異常判斷包括以下步驟：
①採集脈搏波信號，對採集到的脈搏波信號進行處理，並對處理後的脈搏波信號進行存儲；
②利用如下公式對脈搏數據進行去燥並計算心率，輸出心率的時域參數以及頻域參數；
去燥公式包括心電/脈搏波開閉濾波器去燥：
以及基線漂移濾波去燥
其中，x為原始脈搏波，g為結構元素；
心率計算公式如下所示：
hr＝60/(ri-ri-1)；
其中hr為心率，ri為當前心率r峰，ri-1為上次心率r峰。
③將心率的時域參數以及頻域參數與預先設置的參數閾值進行對比，當心率的時域參數以及頻域參數不在參數閾值範圍之內時，輸出人體心率異常的判斷值；
s4中心電異常判斷包括以下步驟：
①採集原始心電信號，存儲原始心電特徵值以及心博總數；
②採集實時心電信號，對實時心電信號進行去燥處理；
心電信號去燥採用心電/脈搏波開閉濾波器公式：
以及基線漂移濾波公式：
其中，x為原始心電信號，g為結構元素；
③計算心電的hrv，
心電的hrv計算公式：
其中，sdnn為心電的hrv，n為監測到的心數,rj為第j個間期，rr為n個心搏的多個rr間期的平均值；
δrrj＝rrj+1-rrj
其中，n為監測到的心搏總數,rj為第j個rr間期；
其中，是第i個5min的rr間期均值，是m個rr間期的均值，n個心搏總數順序分成m個5min時間間隔的rr間期；
③當實時心電hrv異常時，輸出人體心電異常的判斷值。
優選地，s4中血壓異常判斷包括以下步驟：
①採集脈搏波信號以及血壓數據，對採集到的脈搏波信號進行去燥處理，並對處理後的脈搏波信號以及血壓數據進行存儲；
脈搏波信號的去燥包括脈搏波開閉濾波器去燥：
以及基線漂移濾波去燥：
其中，x為原始脈搏波，g為結構元素；
②進行血壓建模，建模參數包括處理後脈搏波信號、身高、心電圖、收縮壓以及舒張壓，計算實時血壓；
血壓計算公式：
其中，ρ為血液密度，pwtt為脈搏波傳輸時間，a和b均為個體常參數；
③當血壓異常時，輸出人體血壓異常的判斷值；
優選地，s4中人體健康值異常判斷包括健康異常判斷以及疲勞異常判斷。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
本發明提供一種車載人體健康數據採集系統及雲醫療系統，車載健康數據採集系統能夠基於可攜式裝置對司機以及乘客的健康數據進行採集及監控，保證車內人員的身體健康，雲醫療系統能夠結合監控系統，在人員出現不好的監控特徵值時，進行報警，能夠基於專業的醫療心電圖、血壓等在線數據，同時結合用戶現病史和既往病史可對心血管疾病、血壓異常等進行遠程在線醫療診斷，必要時自動撥打急救電話，並搜索附近醫院，保證車內人員能夠及時得到救治。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的結構示意框圖；
圖3為本發明的可攜式裝置的結構示意圖；
圖4為本發明的可攜式裝置的結構示意框圖；
圖5為本發明的可攜式裝置的控制晶片的結構示意框圖；
圖6為本發明的方向盤的結構示意框圖；
圖7為本發明的工作流程示意圖。
具體實施方式
以下將參考附圖詳細說明本發明的示例性實施例、特徵和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。儘管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪製附圖。
本發明提供一種車載人體健康數據採集系統，如圖1及圖2所示，其包括人體數據採集系統1以及雲醫療系統2，人體數據採集系統1包括數據採集分析裝置3、數據監控裝置、web監控端102、以及後臺伺服器101，數據監控裝置以及web監控端100分別連接後臺伺服器101，後臺伺服器101通訊連接雲醫療系統2，雲醫療系統2包括雲醫在線監控單元21、雲醫在線診斷單元22以及雲醫在線輔救單元23，雲醫療系統能夠結合監控系統，在人員出現不好的監控特徵值時，進行報警，能夠基於專業的醫療心電圖、血壓等在線數據，同時結合用戶現病史和既往病史可對心血管疾病、血壓異常等進行遠程在線醫療診斷，必要時自動撥打急救電話，並搜索附近醫院，保證車內人員能夠及時得到救治。
數據採集分析裝置3用於採集人體健康數據以及對採集的人體健康數據進行實時分析，具體包括本地進行心電、血壓、心率及疲勞狀態異常現象的實時分析。數據採集分析裝置3包括用於佩戴在司機身上的可攜式裝置31以及車載方向盤採集裝置32，可攜式裝置31以及車載方向盤採集裝置32之間能夠實現數據通訊，以便實現數據共享，並對採集的數據進行相互校驗，確保可攜式裝置31以及車載方向盤採集裝置32採集的數據的準確性。數據監控裝置包括與可攜式裝置31通訊連接的第一控制終端102以及與車載方向盤採集裝置32藉助於車載終端通訊連接的第二控制終端103。車載方向盤採集裝置32通訊連接有車載終端，其採集的數據可以在車載終端顯示。
可攜式裝置31能夠將採集到的數據上傳至第一控制終端102，第一控制終端102能夠生成心率監測報告、心電血壓檢測報告、個人出行健康評價月報、個人線下體檢報告等，並且能夠提供一鍵呼救功能。在具體應用中，第一控制終端102一般設置在智慧型手機中，第一控制終端102與可攜式裝置31之間通過無線進行連接。
如圖3及圖4所示，可攜式裝置31設置有健康數據採集單元5以及控制晶片4，可攜式裝置31包括設備本體310以及連接部311，設備本體外部設置有顯示屏312，顯示屏312為液晶顯示屏，顯示屏312的附近設置有按鍵313。連接部311可以設置為磁力連接或搭扣連接。
可攜式裝置31內部還設置有馬達6、電源7以及車鑰匙單元8。電源7包括第一電源71以及第二電源72，第一電源71連接控制晶片4，第二電源72連接車鑰匙單元8。第一電源71為控制晶片4及馬達提供電源，第二電源72為車鑰匙單元8提供電源。
健康數據採集單元5包括指紋脈搏識別單元51、心率傳感器52以及心電血壓傳感器53。指紋脈搏識別單元51、心率傳感器52以及心電血壓傳感器53分別採集指紋、脈搏波、心率及心電波和血壓值。
如圖5所示，控制晶片4包括體徵識別晶片41、界面解鎖控制晶片42、馬達震動控制晶片43、遠程控制晶片44、車鑰匙電路控制晶片45、心率實時監測晶片、血壓實時監測晶片、心電實時監測晶片以及數據發送晶片46。
如圖6所示，車載方向盤採集裝置32集成設置在汽車的方向盤上，車載方向盤採集裝置32包括心電傳感器321、心率實時監測晶片322、血壓實時監測晶片323、心電實時監測晶片324以及疲勞狀態監測晶片325。車載方向盤採集裝置32能夠將採集到的數據上傳至第二控制終端103，第二控制終端103能夠生成心率監測報告、心電血壓檢測報告、個人出行健康評價月報、個人線下體檢報告等，並且能夠提供一鍵呼救功能。在具體應用中，第二控制終端103一般設置在車載app中，第二控制終端103與方向盤之間通過無線進行連接。
當數據監控裝置監測到人體心率異常、心電異常、血壓異常或人體健康值異常時，第一控制終端和將異常信息發送至後臺伺服器，後臺伺服器101向雲醫療系統2發送報警信息，雲醫療系統2根據報警信息採取醫療措施。
優選地，可攜式裝置31為可佩戴手環或腕錶，可佩戴手環或腕錶的外部設置有顯示屏。
優選地，控制晶片4還包括指紋脈搏特徵預處理單元以及存儲晶片，指紋脈搏特徵預處理單元用於對採集到的操作者的指紋脈搏特徵進行預處理。
優選地，一種車載健康監控方法，如圖7所示，其包括以下步驟：
s1、使用前建立可攜式裝置操作者的唯一識別碼，並將唯一識別碼存儲在第一控制終端內部，
s2、佩戴可攜式裝置時，採集用戶特徵，並將用戶特徵與唯一識別碼進行驗證，驗證通過後，激活可攜式裝置；
s3、可攜式裝置以及車載方向盤採集裝置同時分別實時採集操作者的實時心率值、實時脈搏、實時心電圖以及實時血壓值並對兩者採集的數據進行核驗，核驗完成後，可攜式裝置將上述數據發送至第一控制終端；
s4、第一控制終端對上述數據進行分析判斷，當人體心率異常、心電異常、血壓異常或人體健康值異常時，第一控制終端和將異常信息發送至後臺伺服器，分析判斷包括心率異常判斷、心電異常判斷、血壓異常判斷以及人體健康值異常判斷；
s5、後臺伺服器向雲醫療系統發送報警信息，雲醫療系統根據報警信息採取醫療措施。
優選地，s1具體包括以下步驟：
s11、指紋脈搏識別單元對操作者進行初始指紋脈搏特徵採集；
s12、指紋脈搏特徵預處理單元對採集到的操作者的初始指紋脈搏特徵進行預處理，預處理主要是提取特徵圖像，並對圖像進行處理，並將處理後得到的初始指紋脈搏特徵進行存儲；
s13、體徵識別晶片對採集的初始指紋脈搏特徵進行特徵提取，獲得唯一識別碼並存儲在第一控制終端內部，唯一識別碼作為用戶使用的唯一密碼，只有用戶本人進行指紋驗證，才能夠激活可攜式裝置。唯一識別碼包括用戶的指紋信息以及正常的脈搏波信息。
優選地，s2具體包括以下步驟：
s21、指紋脈搏識別單元對操作者進行實時指紋脈搏特徵採集；
s22、指紋脈搏特徵預處理單元對採集到的操作者的實時指紋脈搏特徵進行預處理；預處理主要是提取特徵圖像，並對圖像進行處理。
s23、體徵識別晶片將採集的實時指紋脈搏特徵與存儲的初始指紋脈搏特徵進行匹配分析並輸出是或否的匹配結果；
s24、當體徵識別晶片輸出是的匹配結果時，界面解鎖控制晶片激活可攜式裝置，當體徵識別晶片輸出否的匹配結果時，馬達震動控制晶片進行振動報警。保證只有用戶本人進行指紋驗證，才能夠激活可攜式裝置。並且需要對採集的脈搏進行分析，只有脈搏正常時，才能夠激活可攜式裝置，保證使用者即司機的人身安全，一旦存在健康危險，則不允許激活可攜式裝置，即不允許打開車輛。
優選地，s4中心率異常判斷包括以下步驟：
①採集脈搏波信號，對採集到的脈搏波信號進行處理，並對處理後的脈搏波信號進行存儲；
②利用如下公式對脈搏數據進行去燥並計算心率，輸出心率的時域參數以及頻域參數；
去燥公式包括心電/脈搏波開閉濾波器去燥：
以及基線漂移濾波去燥
其中，x為原始脈搏波，g為結構元素；
心率計算公式如下所示：
hr＝60/(ri-ri-1)；
其中hr為心率，ri為當前心率r峰，ri-1為上次心率r峰。
③將心率的時域參數以及頻域參數與預先設置的參數閾值進行對比，當心率的時域參數以及頻域參數不在參數閾值範圍之內時，輸出人體心率異常的判斷值；
s4中心電異常判斷包括以下步驟：
①採集原始心電信號，存儲原始心電特徵值以及心博總數；
②採集實時心電信號，對實時心電信號進行去燥處理；
心電信號去燥採用心電/脈搏波開閉濾波器公式：
以及基線漂移濾波公式：
其中，x為原始心電信號，g為結構元素；
③計算心電的hrv，
心電的hrv計算公式：
其中，sdnn為心電的hrv，n為監測到的心數,rj為第j個間期，
rr為n個心搏的多個rr間期的平均值；
δrrj＝rrj+1-rrj
其中，n為監測到的心搏總數,rj為第j個rr間期；
其中，是第i個5min的rr間期均值，是m個rr間期的均值，n個心搏總數順序分成m個5min時間間隔的rr間期；
③當實時心電hrv異常時，輸出人體心電異常的判斷值。
優選地，s4中血壓異常判斷包括以下步驟：
①採集脈搏波信號以及血壓數據，對採集到的脈搏波信號進行去燥處理，並對處理後的脈搏波信號以及血壓數據進行存儲；
脈搏波信號的去燥包括脈搏波開閉濾波器去燥：
以及基線漂移濾波去燥：
其中，x為原始脈搏波，g為結構元素；
②進行血壓建模，建模參數包括處理後脈搏波信號、身高、心電圖、收縮壓以及舒張壓，計算實時血壓；
血壓計算公式：
其中，ρ為血液密度，pwtt為脈搏波傳輸時間，a和b均為個體常參數；
③當血壓異常時，輸出人體血壓異常的判斷值；
優選地，s4中人體健康值異常判斷包括健康異常判斷以及疲勞異常判斷。健康異常判斷即根據之前預先存儲的正常人的指標對採集的司機的實時監控數據進行綜合分析計算，確定司機身體是否健康。疲勞異常判斷即結合駕駛時間以及實時監控數據變化曲線對司機的健康進行分析，並預測下一時段的司機的身體狀態，預測司機是否能夠繼續駕駛，在司機不應該繼續駕駛時，對司機進行報警。
雲醫在線監控單元21接收到心電或血壓等的異常診斷結果後，會進行報警，報警後，雲醫在線診斷單元22基於在線異常心電圖以及血壓異常變化圖，結合既往病史和歷史異常統計變化數據初步診斷異常嚴重程度。
雲醫在線輔救單元23基於註冊信息主動撥打患者電話、詢問現病史及指導患者進行現場自救並且基於位置撥打地方120電話，告知病情。以便對患者進行快速搶救。
並且，當司機出現異常診斷結果後，可攜式裝置4的遠程控制晶片44會對汽車進行遠程控制，例如靠邊停車，雙閃等，以保證車輛安全。
本發明的工作原理具體如下：
智慧型手機登錄雲醫在線監控單元21，用戶進行個人基本信息的註冊；
當用戶不開車時，通過可穿戴設備的心率傳感器模塊進行實時心率檢測，通過心電傳感器模塊手動進行心電和血壓同步檢測，以及數據上報模塊根據指紋和脈搏數據生成個人身份唯一識別id，並將心率、心電和血壓檢測結果、以及id通過通用分組無線服務gprs模塊發送到智慧型手機和雲醫在線監控單元21上；
當用戶開車時，可穿戴設備進行實時心率檢測，車載ecg設備進行心電和血壓檢測，，可穿戴設備通過心率傳感器模塊進行實時心率檢測，將實時心率數據通過第一藍牙模塊發送到車載ecg設備進行數據同步，車載ecg設備對心率數據、心電和血壓數據通過數據過濾模塊、第二心率監測模塊、第二心電和血壓監測模塊、疲勞監測模塊處理後得到心率數據、心電和血壓數據和疲勞監測數據，車載ecg設備將處理後的心率數據、心電和血壓數據和疲勞監測數據通過第二藍牙模塊發送到可穿戴設備和車載設備；車載設備顯示心率數據、心電和血壓數據和疲勞監測數據。可穿戴設備的數據上報模塊根據指紋和脈搏數據生成個人身份唯一識別id，心率、心電、血壓數據、疲勞監測數據和id通過通用分組無線服務gprs模塊發送雲醫在線監控單元21上；可穿戴設備將心率、心電、血壓數據、疲勞監測數據發送到智慧型手機上；可穿戴設備與智慧型手機之間通過藍牙模塊通訊連接。
智慧型手機接收可穿戴設備發送的心率、心電、血壓監測數據和監測結果數據和疲勞監測數據，智慧型手機可以存儲並顯示相關數據，根據歷史數據、智慧型手機生成健康報告、健康評價月報，接收雲醫在線監控單元21發送的雲分析報告；還可以和線下相結合，顯示個人線下體檢報告、健康超市；
雲醫在線監控單元21的雲醫療服務後臺從可穿戴設備接收心率數據、心電和血壓監測數據、疲勞狀態監測數據和個人身份唯一識別id，並根據個人身份唯一識別id將心率數據、心電和血壓監測數據和疲勞狀態監測數據存儲到每個用戶對應的庫中。當雲醫在線監控單元21接收到疲勞狀態監測數據異常時，web監控客戶端報警並開始實時監控報警事件，基於在線異常心電圖和血壓異常變化圖，結合既往病史和歷史異常統計變化數據初步診斷異常嚴重程度。
所述web監控客戶端報警並開始實時監控報警事件後，雲醫在線監控單元21可以根據註冊信息主動撥打駕駛員電話，詢問現病史及指導患者進行現場自救，更近一步還可以根據汽車位置撥打當地急救電話。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
本發明提供一種車載人體健康數據採集系統及雲醫療系統，車載健康數據採集系統能夠基於可攜式裝置對司機以及乘客的健康數據進行採集及監控，保證車內人員的身體健康，雲醫療系統能夠結合監控系統，在人員出現不好的監控特徵值時，進行報警，能夠基於專業的醫療心電圖、血壓等在線數據，同時結合用戶現病史和既往病史可對心血管疾病、血壓異常等進行遠程在線醫療診斷，必要時自動撥打急救電話，並搜索附近醫院，保證車內人員能夠及時得到救治。
最後應說明的是：以上所述的各實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。