基于云平台的车载人体健康数据采集系统以及健康监控方法与流程

本发明车内环境及人体健康监测领域，具体地涉及一种基于云平台的车载人体健康数据采集系统以及健康监控方法。

背景技术：

随着社会的不断进步，科技的发展，人们生活水平不断提高，私家车拥有量与日俱增，城市交通的压力也越来越大，安全驾驶就逐渐成为严峻的问题。城市车辆是除地铁以外的载客量大，安全性低的主要交通工具。在以往也出现过许多驾驶员疲劳或身体问题等暴毙在岗位上的案例，满载的车辆如果一旦失去驾驶员的掌控，那么是非常危险的，很容易造成大量人员伤亡。

目前我国的公交系统里并没有有效的处理手段来避免这类事故的发生，目前车内的监控系统仅是监控上下车门及钱箱等，无法对驾驶员的健康状况及进行紧急事件处理。而我国车辆驾驶员很多都是40岁左右，要求有多年的驾龄，对于大型车辆的驾驶很容易让驾驶员疲惫，长时间保持精神紧张对身体会造成很大损害，因此目前急需一套监管及控制系统来进行对驾驶员的身体状况监控并能自动处理紧急情况，使得公交管理局在远程即可实时监控驾驶员的状况及事故报警安全处理等。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于云平台的车载人体健康数据采集系统，车载健康数据采集系统能够基于便携式装置对司机以及乘客的健康数据进行采集及监控，保证车内人员的身体健康，云医疗系统能够结合监控系统，在人员出现不好的监控特征值时，进行报警，能够基于专业的医疗心电图、血压等在线数据，同时结合用户现病史和既往病史可对心血管疾病、血压异常等进行远程在线医疗诊断，必要时自动拨打急救电话，并搜索附近医院，保证车内人员能够及时得到救治。

本发明是这样实现的：其包括人体数据采集系统以及云医疗系统，所述人体数据采集系统包括数据采集分析装置、数据监控装置、web监控端以及后台服务器，所述数据监控装置以及web监控端分别通讯连接所述后台服务器，所述后台服务器通讯连接所述云医疗系统，

所述数据采集分析装置用于采集人体健康数据以及对人体健康数据进行实时分析，所述数据采集分析装置包括用于佩戴在用户身上的便携式装置以及车载方向盘采集装置，便携式装置以及车载方向盘采集装置之间能够实现数据通讯，车载方向盘采集装置通讯连接有车载终端，

所述数据监控装置包括与所述便携式装置通讯连接的第一控制终端以及与所述车载终端通讯连接的第二控制终端；

所述便携式装置设置有健康数据采集单元以及控制芯片，所述健康数据采集单元包括指纹脉搏识别单元、心率传感器以及心电血压传感器，所述控制芯片包括体征识别芯片、界面解锁控制芯片、马达震动控制芯片、远程控制芯片、车钥匙电路控制芯片、心率实时监测芯片、血压实时监测芯片、心电实时监测芯片以及数据发送芯片，

所述车载方向盘采集装置集成在汽车的方向盘上，所述车载方向盘采集装置包括心电传感器、心率实时监测芯片、血压实时监测芯片、心电实时监测芯片以及疲劳状态监测芯片，

所述云医疗系统包括云医在线监控单元、云医在线诊断单元以及云医在线辅救单元，

当数据监控装置监测到人体心率异常、心电异常、血压异常或人体健康值异常时，所述第一控制终端和第二控制终端将异常信息发送至所述后台服务器，所述后台服务器向所述云医疗系统发送报警信息，所述云医疗系统根据所述报警信息采取医疗措施。

优选地，所述便携式装置为可佩戴手环或腕表，所述可佩戴手环或腕表的外部设置有显示屏。

优选地，所述控制芯片还包括指纹脉搏特征预处理单元以及存储芯片，所述指纹脉搏特征预处理单元用于对采集到的操作者的指纹脉搏特征进行预处理。

优选地，一种车载健康监控方法，其包括以下步骤：

s1、使用前建立便携式装置操作者的唯一识别码，并将唯一识别码存储在第一控制终端内部，

s2、佩戴便携式装置时，采集用户特征，并将用户特征与唯一识别码进行验证，验证通过后，激活便携式装置；

s3、便携式装置以及车载方向盘采集装置同时分别实时采集操作者的实时心率值、实时脉搏、实时心电图以及实时血压值并对两者采集的数据进行核验，核验完成后，便携式装置将上述数据发送至第一控制终端；

s4、第一控制终端对上述数据进行分析判断，当人体心率异常、心电异常、血压异常或人体健康值异常时，所述第一控制终端和将异常信息发送至所述后台服务器，所述分析判断包括心率异常判断、心电异常判断、血压异常判断以及人体健康值异常判断；

s5、所述后台服务器向所述云医疗系统发送报警信息，所述云医疗系统根据所述报警信息采取医疗措施。

优选地，s1具体包括以下步骤：

s11、指纹脉搏识别单元对操作者进行初始指纹脉搏特征采集；

s12、指纹脉搏特征预处理单元对采集到的操作者的初始指纹脉搏特征进行预处理，并将处理后得到的初始指纹脉搏特征进行存储；

s13、体征识别芯片对采集的初始指纹脉搏特征进行特征提取，获得唯一识别码并存储在第一控制终端内部。

优选地，s2具体包括以下步骤：

s21、指纹脉搏识别单元对操作者进行实时指纹脉搏特征采集；

s22、指纹脉搏特征预处理单元对采集到的操作者的实时指纹脉搏特征进行预处理；

s23、体征识别芯片将采集的实时指纹脉搏特征与存储的初始指纹脉搏特征进行匹配分析并输出是或否的匹配结果；

s24、当体征识别芯片输出是的匹配结果时，界面解锁控制芯片激活便携式装置，当体征识别芯片输出否的匹配结果时，马达震动控制芯片进行振动报警。

优选地，s4中心率异常判断包括以下步骤：

①采集脉搏波信号，对采集到的脉搏波信号进行处理，并对处理后的脉搏波信号进行存储；

②利用如下公式对脉搏数据进行去燥并计算心率，输出心率的时域参数以及频域参数；

去燥公式包括心电/脉搏波开闭滤波器去燥：

以及基线漂移滤波去燥

其中，x为原始脉搏波，g为结构元素；

心率计算公式如下所示：

hr＝60/(ri-ri-1)；

其中hr为心率，ri为当前心率r峰，ri-1为上次心率r峰。

③将心率的时域参数以及频域参数与预先设置的参数阈值进行对比，当心率的时域参数以及频域参数不在参数阈值范围之内时，输出人体心率异常的判断值；

s4中心电异常判断包括以下步骤：

①采集原始心电信号，存储原始心电特征值以及心博总数；

②采集实时心电信号，对实时心电信号进行去燥处理；

心电信号去燥采用心电/脉搏波开闭滤波器公式：

以及基线漂移滤波公式：

其中，x为原始心电信号，g为结构元素；

③计算心电的hrv，

心电的hrv计算公式：

其中，sdnn为心电的hrv，n为监测到的心数,rj为第j个间期，rr为n个心搏的多个rr间期的平均值；

δrrj＝rrj+1-rrj

其中，n为监测到的心搏总数,rj为第j个rr间期；

其中，是第i个5min的rr间期均值，是m个rr间期的均值，n个心搏总数顺序分成m个5min时间间隔的rr间期；

③当实时心电hrv异常时，输出人体心电异常的判断值。

优选地，s4中血压异常判断包括以下步骤：

①采集脉搏波信号以及血压数据，对采集到的脉搏波信号进行去燥处理，并对处理后的脉搏波信号以及血压数据进行存储；

脉搏波信号的去燥包括脉搏波开闭滤波器去燥：

以及基线漂移滤波去燥：

其中，x为原始脉搏波，g为结构元素；

②进行血压建模，建模参数包括处理后脉搏波信号、身高、心电图、收缩压以及舒张压，计算实时血压；

血压计算公式：

其中，ρ为血液密度，pwtt为脉搏波传输时间，a和b均为个体常参数；

③当血压异常时，输出人体血压异常的判断值；

优选地，s4中人体健康值异常判断包括健康异常判断以及疲劳异常判断。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种车载人体健康数据采集系统及云医疗系统，车载健康数据采集系统能够基于便携式装置对司机以及乘客的健康数据进行采集及监控，保证车内人员的身体健康，云医疗系统能够结合监控系统，在人员出现不好的监控特征值时，进行报警，能够基于专业的医疗心电图、血压等在线数据，同时结合用户现病史和既往病史可对心血管疾病、血压异常等进行远程在线医疗诊断，必要时自动拨打急救电话，并搜索附近医院，保证车内人员能够及时得到救治。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意框图；

图3为本发明的便携式装置的结构示意图；

图4为本发明的便携式装置的结构示意框图；

图5为本发明的便携式装置的控制芯片的结构示意框图；

图6为本发明的方向盘的结构示意框图；

图7为本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供一种车载人体健康数据采集系统，如图1及图2所示，其包括人体数据采集系统1以及云医疗系统2，人体数据采集系统1包括数据采集分析装置3、数据监控装置、web监控端102、以及后台服务器101，数据监控装置以及web监控端100分别连接后台服务器101，后台服务器101通讯连接云医疗系统2，云医疗系统2包括云医在线监控单元21、云医在线诊断单元22以及云医在线辅救单元23，云医疗系统能够结合监控系统，在人员出现不好的监控特征值时，进行报警，能够基于专业的医疗心电图、血压等在线数据，同时结合用户现病史和既往病史可对心血管疾病、血压异常等进行远程在线医疗诊断，必要时自动拨打急救电话，并搜索附近医院，保证车内人员能够及时得到救治。

数据采集分析装置3用于采集人体健康数据以及对采集的人体健康数据进行实时分析，具体包括本地进行心电、血压、心率及疲劳状态异常现象的实时分析。数据采集分析装置3包括用于佩戴在司机身上的便携式装置31以及车载方向盘采集装置32，便携式装置31以及车载方向盘采集装置32之间能够实现数据通讯，以便实现数据共享，并对采集的数据进行相互校验，确保便携式装置31以及车载方向盘采集装置32采集的数据的准确性。数据监控装置包括与便携式装置31通讯连接的第一控制终端102以及与车载方向盘采集装置32借助于车载终端通讯连接的第二控制终端103。车载方向盘采集装置32通讯连接有车载终端，其采集的数据可以在车载终端显示。

便携式装置31能够将采集到的数据上传至第一控制终端102，第一控制终端102能够生成心率监测报告、心电血压检测报告、个人出行健康评价月报、个人线下体检报告等，并且能够提供一键呼救功能。在具体应用中，第一控制终端102一般设置在智能手机中，第一控制终端102与便携式装置31之间通过无线进行连接。

如图3及图4所示，便携式装置31设置有健康数据采集单元5以及控制芯片4，便携式装置31包括设备本体310以及连接部311，设备本体外部设置有显示屏312，显示屏312为液晶显示屏，显示屏312的附近设置有按键313。连接部311可以设置为磁力连接或搭扣连接。

便携式装置31内部还设置有马达6、电源7以及车钥匙单元8。电源7包括第一电源71以及第二电源72，第一电源71连接控制芯片4，第二电源72连接车钥匙单元8。第一电源71为控制芯片4及马达提供电源，第二电源72为车钥匙单元8提供电源。

健康数据采集单元5包括指纹脉搏识别单元51、心率传感器52以及心电血压传感器53。指纹脉搏识别单元51、心率传感器52以及心电血压传感器53分别采集指纹、脉搏波、心率及心电波和血压值。

如图5所示，控制芯片4包括体征识别芯片41、界面解锁控制芯片42、马达震动控制芯片43、远程控制芯片44、车钥匙电路控制芯片45、心率实时监测芯片、血压实时监测芯片、心电实时监测芯片以及数据发送芯片46。

如图6所示，车载方向盘采集装置32集成设置在汽车的方向盘上，车载方向盘采集装置32包括心电传感器321、心率实时监测芯片322、血压实时监测芯片323、心电实时监测芯片324以及疲劳状态监测芯片325。车载方向盘采集装置32能够将采集到的数据上传至第二控制终端103，第二控制终端103能够生成心率监测报告、心电血压检测报告、个人出行健康评价月报、个人线下体检报告等，并且能够提供一键呼救功能。在具体应用中，第二控制终端103一般设置在车载app中，第二控制终端103与方向盘之间通过无线进行连接。

当数据监控装置监测到人体心率异常、心电异常、血压异常或人体健康值异常时，第一控制终端和将异常信息发送至后台服务器，后台服务器101向云医疗系统2发送报警信息，云医疗系统2根据报警信息采取医疗措施。

优选地，便携式装置31为可佩戴手环或腕表，可佩戴手环或腕表的外部设置有显示屏。

优选地，控制芯片4还包括指纹脉搏特征预处理单元以及存储芯片，指纹脉搏特征预处理单元用于对采集到的操作者的指纹脉搏特征进行预处理。

优选地，一种车载健康监控方法，如图7所示，其包括以下步骤：

s1、使用前建立便携式装置操作者的唯一识别码，并将唯一识别码存储在第一控制终端内部，

s2、佩戴便携式装置时，采集用户特征，并将用户特征与唯一识别码进行验证，验证通过后，激活便携式装置；

s3、便携式装置以及车载方向盘采集装置同时分别实时采集操作者的实时心率值、实时脉搏、实时心电图以及实时血压值并对两者采集的数据进行核验，核验完成后，便携式装置将上述数据发送至第一控制终端；

s4、第一控制终端对上述数据进行分析判断，当人体心率异常、心电异常、血压异常或人体健康值异常时，第一控制终端和将异常信息发送至后台服务器，分析判断包括心率异常判断、心电异常判断、血压异常判断以及人体健康值异常判断；

s5、后台服务器向云医疗系统发送报警信息，云医疗系统根据报警信息采取医疗措施。

优选地，s1具体包括以下步骤：

s11、指纹脉搏识别单元对操作者进行初始指纹脉搏特征采集；

s12、指纹脉搏特征预处理单元对采集到的操作者的初始指纹脉搏特征进行预处理，预处理主要是提取特征图像，并对图像进行处理，并将处理后得到的初始指纹脉搏特征进行存储；

s13、体征识别芯片对采集的初始指纹脉搏特征进行特征提取，获得唯一识别码并存储在第一控制终端内部，唯一识别码作为用户使用的唯一密码，只有用户本人进行指纹验证，才能够激活便携式装置。唯一识别码包括用户的指纹信息以及正常的脉搏波信息。

优选地，s2具体包括以下步骤：

s21、指纹脉搏识别单元对操作者进行实时指纹脉搏特征采集；

s22、指纹脉搏特征预处理单元对采集到的操作者的实时指纹脉搏特征进行预处理；预处理主要是提取特征图像，并对图像进行处理。

s23、体征识别芯片将采集的实时指纹脉搏特征与存储的初始指纹脉搏特征进行匹配分析并输出是或否的匹配结果；

s24、当体征识别芯片输出是的匹配结果时，界面解锁控制芯片激活便携式装置，当体征识别芯片输出否的匹配结果时，马达震动控制芯片进行振动报警。保证只有用户本人进行指纹验证，才能够激活便携式装置。并且需要对采集的脉搏进行分析，只有脉搏正常时，才能够激活便携式装置，保证使用者即司机的人身安全，一旦存在健康危险，则不允许激活便携式装置，即不允许打开车辆。

优选地，s4中心率异常判断包括以下步骤：

①采集脉搏波信号，对采集到的脉搏波信号进行处理，并对处理后的脉搏波信号进行存储；

②利用如下公式对脉搏数据进行去燥并计算心率，输出心率的时域参数以及频域参数；

去燥公式包括心电/脉搏波开闭滤波器去燥：

以及基线漂移滤波去燥

其中，x为原始脉搏波，g为结构元素；

心率计算公式如下所示：

hr＝60/(ri-ri-1)；

其中hr为心率，ri为当前心率r峰，ri-1为上次心率r峰。

③将心率的时域参数以及频域参数与预先设置的参数阈值进行对比，当心率的时域参数以及频域参数不在参数阈值范围之内时，输出人体心率异常的判断值；

s4中心电异常判断包括以下步骤：

①采集原始心电信号，存储原始心电特征值以及心博总数；

②采集实时心电信号，对实时心电信号进行去燥处理；

心电信号去燥采用心电/脉搏波开闭滤波器公式：

以及基线漂移滤波公式：

其中，x为原始心电信号，g为结构元素；

③计算心电的hrv，

心电的hrv计算公式：

其中，sdnn为心电的hrv，n为监测到的心数,rj为第j个间期，

rr为n个心搏的多个rr间期的平均值；

δrrj＝rrj+1-rrj

其中，n为监测到的心搏总数,rj为第j个rr间期；

其中，是第i个5min的rr间期均值，是m个rr间期的均值，n个心搏总数顺序分成m个5min时间间隔的rr间期；

③当实时心电hrv异常时，输出人体心电异常的判断值。

优选地，s4中血压异常判断包括以下步骤：

①采集脉搏波信号以及血压数据，对采集到的脉搏波信号进行去燥处理，并对处理后的脉搏波信号以及血压数据进行存储；

脉搏波信号的去燥包括脉搏波开闭滤波器去燥：

以及基线漂移滤波去燥：

其中，x为原始脉搏波，g为结构元素；

②进行血压建模，建模参数包括处理后脉搏波信号、身高、心电图、收缩压以及舒张压，计算实时血压；

血压计算公式：

其中，ρ为血液密度，pwtt为脉搏波传输时间，a和b均为个体常参数；

③当血压异常时，输出人体血压异常的判断值；

优选地，s4中人体健康值异常判断包括健康异常判断以及疲劳异常判断。健康异常判断即根据之前预先存储的正常人的指标对采集的司机的实时监控数据进行综合分析计算，确定司机身体是否健康。疲劳异常判断即结合驾驶时间以及实时监控数据变化曲线对司机的健康进行分析，并预测下一时段的司机的身体状态，预测司机是否能够继续驾驶，在司机不应该继续驾驶时，对司机进行报警。

云医在线监控单元21接收到心电或血压等的异常诊断结果后，会进行报警，报警后，云医在线诊断单元22基于在线异常心电图以及血压异常变化图，结合既往病史和历史异常统计变化数据初步诊断异常严重程度。

云医在线辅救单元23基于注册信息主动拨打患者电话、询问现病史及指导患者进行现场自救并且基于位置拨打地方120电话，告知病情。以便对患者进行快速抢救。

并且，当司机出现异常诊断结果后，便携式装置4的远程控制芯片44会对汽车进行远程控制，例如靠边停车，双闪等，以保证车辆安全。

本发明的工作原理具体如下：

智能手机登录云医在线监控单元21，用户进行个人基本信息的注册；

当用户不开车时，通过可穿戴设备的心率传感器模块进行实时心率检测，通过心电传感器模块手动进行心电和血压同步检测，以及数据上报模块根据指纹和脉搏数据生成个人身份唯一识别id，并将心率、心电和血压检测结果、以及id通过通用分组无线服务gprs模块发送到智能手机和云医在线监控单元21上；

当用户开车时，可穿戴设备进行实时心率检测，车载ecg设备进行心电和血压检测，，可穿戴设备通过心率传感器模块进行实时心率检测，将实时心率数据通过第一蓝牙模块发送到车载ecg设备进行数据同步，车载ecg设备对心率数据、心电和血压数据通过数据过滤模块、第二心率监测模块、第二心电和血压监测模块、疲劳监测模块处理后得到心率数据、心电和血压数据和疲劳监测数据，车载ecg设备将处理后的心率数据、心电和血压数据和疲劳监测数据通过第二蓝牙模块发送到可穿戴设备和车载设备；车载设备显示心率数据、心电和血压数据和疲劳监测数据。可穿戴设备的数据上报模块根据指纹和脉搏数据生成个人身份唯一识别id，心率、心电、血压数据、疲劳监测数据和id通过通用分组无线服务gprs模块发送云医在线监控单元21上；可穿戴设备将心率、心电、血压数据、疲劳监测数据发送到智能手机上；可穿戴设备与智能手机之间通过蓝牙模块通讯连接。

智能手机接收可穿戴设备发送的心率、心电、血压监测数据和监测结果数据和疲劳监测数据，智能手机可以存储并显示相关数据，根据历史数据、智能手机生成健康报告、健康评价月报，接收云医在线监控单元21发送的云分析报告；还可以和线下相结合，显示个人线下体检报告、健康超市；

云医在线监控单元21的云医疗服务后台从可穿戴设备接收心率数据、心电和血压监测数据、疲劳状态监测数据和个人身份唯一识别id，并根据个人身份唯一识别id将心率数据、心电和血压监测数据和疲劳状态监测数据存储到每个用户对应的库中。当云医在线监控单元21接收到疲劳状态监测数据异常时，web监控客户端报警并开始实时监控报警事件，基于在线异常心电图和血压异常变化图，结合既往病史和历史异常统计变化数据初步诊断异常严重程度。

所述web监控客户端报警并开始实时监控报警事件后，云医在线监控单元21可以根据注册信息主动拨打驾驶员电话，询问现病史及指导患者进行现场自救，更近一步还可以根据汽车位置拨打当地急救电话。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种车载人体健康数据采集系统及云医疗系统，车载健康数据采集系统能够基于便携式装置对司机以及乘客的健康数据进行采集及监控，保证车内人员的身体健康，云医疗系统能够结合监控系统，在人员出现不好的监控特征值时，进行报警，能够基于专业的医疗心电图、血压等在线数据，同时结合用户现病史和既往病史可对心血管疾病、血压异常等进行远程在线医疗诊断，必要时自动拨打急救电话，并搜索附近医院，保证车内人员能够及时得到救治。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。