本发明涉及心理健康应用技术领域，具体涉及一种基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护系统及方法。
背景技术：
心理学家指出，一般人口中有15％-20％的人有情绪障碍、心理困扰。事实上，在现实生活中经常会看到，许多病人的发病都与情绪激动、压力过度有关。因此在人们的学习生活中，及时正确认知和缓解自己的压力状态是十分重要的。
对于认知自身心理压力，传统的手段是采用心理学相关量表来评估压力，这种手段一般还需专业测试人员配合和被测试者的正确认知，才能准确评估，实际操作不方便，评估的主观性较强。客观上，人的心理压力也反映在人的生理信号里，一些基于脑电、心电、皮肤电等生理参数检测手段也可以客观反映人的心理压力。基于生理信号的心理压力诊断可以使用专用的精神压力分析仪，但其体积较大、结构复杂、且成本较高，主要适用于医院体检科、精神科、心理科、神经内科及疗养院等场所，其主要面向人群有限，且结果需要由医生分析和诊断，较难普及，不适合用于日常监测。近年来，随着可穿戴设备的发展，出现了不少基于可穿戴设备的心理压力诊断和监测的方法和系统，虽然这些方法和系统解决了精神压力分析仪结构复杂、成本高的问题，但这些方法和系统大多存在以下问题：(1)监测系统的启动和心理压力监测的开始完全由用户手动控制，只有当用户按下启动监测的功能键或执行类似操作，给监测系统下达开始监测的命令时，才能开始心理压力监测，有的系统还需要用户在启动监测之前手动打开蓝牙等数据传输装置，这样的监测系统带来了以下问题：一是由于监测是由用户启动的，用户会意识到自己正在被监测心理压力，由此带来的不适感和心理波动会影响心理压力监测的准确性，造成误判；二是大多数情况下，用户启动监测时已经意识到自己受到心理压力困扰，因此这样的系统不能够有效及时地发现用户存在的心理压力问题，从而及时进行干预治疗，避免心理压力状况继续恶化；三是监测无法保证覆盖到每天不同的时间段，监测不全面，不完整。(2)可穿戴设备采集生理信号后需要发送给服务器进行处理与分析，返回心理压力分析结果，终端不具备数据处理与智能分析能力，这样带来的问题有：一是生理数据需要由终端上传至服务器，增加数据采集与得到分析结果之间的时间间隔；二是要求终端必须处于联网状态下，当终端无法联网时，无法进行分析判断；三是当大量终端同时和服务器交互时，对服务器性能要求较高，可能会存在响应时间较长的问题，不利于监测的即时化、快速化。
现有方法和系统中，在肖倩、赵铁柱发表的论文《基于无线传感网络的心理压力监测系统的设计与实现》中，用户自感不适时需手动触发紧急事件按钮，启动用户端传感信息采集模块，请求医生进行远程诊断，而且需要手动打开采集器的蓝牙，这个系统存在上述第一个问题，无法做到对用户心理压力状况的无痕、及时、全面监测。
现有应用中，目前市场上已有的一款基于手机摄像头的心理压力诊断app，只有当用户按下“读心”的控件时，数据采集和相关分析才开始，同样存在上述第一个问题。
现有方法和系统中，申请号为201510293811.x的中国发明专利公开了一种基于智能可穿戴设备的心理压力评估方法及系统，其中智能可穿戴设备负责获取预定周期内用户的生理参数，而对心理压力状况的判断需要由服务器的判断模块以及处理模块完成；申请号为201510078749.2的中国发明专利公开了一种基于云平台的心理健康监测方法，移动端采集到的生理数据和环境数据以及问卷回答答案需要上传至服务器，由服务器进行统计，得到并返回开心指数。以上方法和系统，均存在上诉第二个问题，终端本身不具备数据处理及分析能力，严重依赖服务器端。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护系统，所述监护系统根据用户预先设定的监测时间自动启动，区别于已有的需要用户手动启动监测的系统，能够实现真正意义上的监测，避免了因用户心理波动带来的错误分析，提高了监测分析的准确性和有效性，同时能够及时发现用户存在的心理问题，并给予一定治疗；另一方面，所述系统的移动终端具备分析与决策能力，无需将采集到的生理信号上传至服务器，即可得到心理压力状态的分析判断结果，既避免了数据上传带来的延时性，实现快速及时的分析诊断，又使得心理压力的分析诊断可以在无网络条件下进行，给用户带来便利。
本发明的另一目的在于提供一种基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护方法。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
一种基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护系统，包括可穿戴设备、安卓终端和高并发云平台，所述可穿戴设备佩戴于手腕处，包括为可穿戴设备各个模块提供电能的电源模块、用于判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，若吻合，则自动连接至安卓终端，开启光源模块进行生理信号采集，若不吻合则继续进行判断，同时负责控制生理信号采集时长的定时模块ⅰ、用于提供照射人体皮肤血管处光线的光源模块、将人体心脏跳动和心跳间隙导致的对光线不同的吸收量转化为电信号的光电信号转换模块、以及将采集的生理信号传输给安卓终端的数据传输模块ⅰ；所述安卓终端包括用于判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，监测时间在管理模块中预先进行设置，若吻合，则开启安卓终端wifi和2g/3g/4g网络开关，等待接收可穿戴设备传送过来的生理信号的定时模块ⅱ、对可穿戴设备传送过来的生理信号进行滤波去噪处理的信号处理模块、对经过信号处理模块处理后的生理信号提取能有效表征人体心理压力生理参数的参数提取模块、利用参数提取模块提取的生理参数判别人体心理压力状态的智能分析决策模块、根据智能分析决策模块的判断结果，通过语音方式提醒用户关注压力监测结果的语音模块、帮助处于压力状态下的用户进行调节与放松的治疗模块、为用户提供交互式的管理界面进行事务管理的管理模块、用于实现安卓终端和高并发云平台数据交互的数据传输模块ⅱ；所述高并发云平台包括关系型数据库、文档存储服务器、web服务器以及web客户端和语音识别服务器。
本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：
一种基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：安卓终端的定时模块ⅱ判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，若不吻合，继续进行判断，若吻合，则开启安卓终端wifi和2g/3g/4g网络开关，等待接收可穿戴设备传送过来的生理信号；同时，可穿戴设备的定时模块ⅰ判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，若不吻合，继续判断，若吻合，则自动连接至安卓终端，开启光源模块进行生理信号采集；
步骤2：光电信号转换模块将人体心脏跳动和心跳间隙导致的对光线不同的吸收量转化为电信号；
步骤3：采集一段时间后，可穿戴设备的数据传输模块ⅰ通过局域网将生理信号传送给安卓终端，同时光源模块停止；
步骤4：信号处理模块对接收到的生理信号进行滤波去噪处理；
步骤5：参数提取模块从处理后的生理信号提取生理参数；
步骤6：智能分析决策模块识别出人体压力状态；
步骤7：数据传输模块ⅱ将原始生理信号、处理后的生理信号及附加时间戳的生理参数上传至高并发云平台；
步骤8：语音模块加载提醒类语音消息，向用户报告压力监测结果；
步骤9：若智能分析决策模块的分析结果为有压力，语音模块加载询问类语音消息，询问用户是否进行调节放松，以语音方式录制用户的回答并上传语音识别服务器；若智能分析决策模块的分析结果为正常，则本次监护结束，返回步骤1；
步骤10：语音识别服务器进行语音识别，将识别结果返回治疗模块，若识别结果为“需要”、“是”等肯定性回答，则治疗模块启动，引导用户进行调节放松；否则，本次监护结束，返回步骤1；
步骤11：治疗结束后，语音模块加载询问类语音消息，询问用户治疗效果，以语音方式录制用户的回答并上传到语音识别服务器；
步骤12：语音识别服务器进行语音识别，将识别结果传送到文档存储服务器，用于调整治疗素材，本次监护结束，返回步骤1。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明提供的基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护系统，可穿戴设备以及安卓终端均有定时模块，定时模块根据用户预先设定的监测时间自动进行设备连接、数据采集、数据处理及数据分析，自动启动对用户的心理压力状况的监测，解决了完全依赖用户启动监测进程给用户带来心理波动，进而影响压力监测准确性的问题；同时对心理压力的分析判断在安卓终端进行，无须上传至服务器进行，保证了分析判断的及时性、快速性。
2、本发明提供的基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护系统使用语音交互技术，系统使用语音消息提醒用户关注心理压力监测结果，相比“显示反馈”的方式，具有提醒更及时，不易被用户忽略的优势；同时，用户的回答语音经过语音识别后生成对系统的控制指令，以启动治疗模块或调整治疗素材，代替手动触发相应功能的方式，解放了使用者的双手，给使用者带来更好的交互体验。
3、本发明部署在安卓终端本地的智能分析决策模块是基于海量数据训练得到的，同时系统管理人员可以通过web客户端和web服务器利用新采集到的数据，对其进行更新，保证了智能分析决策模块对人体心理压力状况分析判断的准确性和有效性。
附图说明
图1为本发明实施例1基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护系统结构示意图。
图2为本发明实施例2基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例提供了一种基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护系统，结构示意图如图1所示，包括可穿戴设备、安卓终端和高并发云平台，所述可穿戴设备佩戴于手腕处，具体为智能手表，包括为可穿戴设备各个模块提供电能的电源模块，此处为lir2030纽扣型可充电锂离子电池，直径为20mm，厚度3.2mm，放电电流可达40ma；用于判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，若吻合，则自动连接至安卓终端，开启光源模块进行生理信号采集，若不吻合则继续进行判断，同时负责控制生理信号采集时长的定时模块ⅰ、用于提供照射人体皮肤血管处光线的光源模块，本实施例的光源模块为led灯，其发出的光线类型为绿色光；将人体心脏跳动和心跳间隙导致的对光线不同的吸收量转化为电信号的光电信号转换模块，本实施例中光电信号转换模块为光电传感器，其采样频率为fs＝25hz；以及将采集的生理信号传输给安卓终端的数据传输模块ⅰ；所述安卓终端可以是基于安卓操作系统的手机或平板电脑，包括用于判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，监测时间在管理模块中预先进行设置，若吻合，则开启安卓终端wifi和2g/3g/4g网络开关，等待接收可穿戴设备传送过来的生理信号的定时模块ⅱ、对可穿戴设备传送过来的生理信号进行滤波去噪处理的信号处理模块、对经过信号处理模块处理后的生理信号提取能有效表征人体心理压力生理参数的参数提取模块、利用参数提取模块提取的生理参数判别人体心理压力状态的智能分析决策模块、根据智能分析决策模块的判断结果，通过语音方式提醒用户关注压力监测结果的语音模块、帮助处于压力状态下的用户进行调节与放松的治疗模块、为用户提供交互式的管理界面进行事务管理的管理模块、用于实现安卓终端和高并发云平台数据交互的数据传输模块ⅱ；所述高并发云平台包括关系型数据库、文档存储服务器、web服务器以及web客户端和语音识别服务器。
其中，所述数据传输模块ⅰ还具有网络管理功能，用于管理可穿戴设备连接到的wifi，当可穿戴设备和安卓终端处于同一局域网下时，将采集的生理信号传输给安卓终端。
其中，所述信号处理模块中的滤波器为带通滤波器，包括分别用于提取心跳信号和呼吸信号的两种具有不同频率响应的带通滤波器。
其中，所述智能分析决策模块从文档存储服务器下载预先训练好的智能分析决策模型来对用户的压力状态进行判断，根据智能分析决策模块的判断结果，语音模块通过加载存储在安卓终端的提醒类语音消息提醒用户关注压力监测结果，所述提醒类语音消息包括但不限于“您的心理状态正常，请继续保持”以及“请注意，您可能处于压力状态下，请注意调节放松”；
若所述智能分析决策模块的判断结果是处于压力状态，语音模块同时加载存储在安卓终端的询问类语音消息，询问用户是否需要进行心理压力调节及放松，同时以音频方式录制用户的回答，上传至语音识别服务器；用于询问的语音包括但不限于“您正处于压力状态下，是否需要进行调节及放松”；语音识别服务器进行语音识别，将识别结果返回治疗模块，若识别结果为“需要”、“是”等肯定性回答，则治疗模块启动，引导用户进行调节放松；
治疗模块辅助用户调节放松结束后，语音模块加载存储在安卓终端的询问类语音消息，询问用户治疗效果，同时以音频方式录制用户的回答，上传至语音识别服务器；用于询问治疗效果的语音包括但不限于“您觉得调节放松是否有效？哪个项目最有效？哪个项目效果不好？”；
治疗模块从文档存储服务器加载治疗素材到本地，治疗素材包括背景音乐以及图片、视频中的一个或多个；治疗模块的启动和停止受语音识别服务器识别结果的自动控制和用户的人工控制。
其中，安卓终端通过2g/3g/4g网络与高并发云平台进行数据交互，将原始生理信号、信号处理模块处理后的生理信号上传到文档存储服务器，将附加时间戳的生理参数上传到关系型数据库，将用户的语音上传至语音识别服务器，将用户的个人信息、账号信息上传至关系型数据库；从文档存储服务器下载更新后的智能分析决策模型和治疗素材。
其中，所述管理模块的事务管理包括个人信息管理、账号管理以及可穿戴设备管理；个人信息管理包括填写及修改年龄、职业；账号管理包括修改用户名、登录密码，绑定或解绑手机、邮箱，账号退出及切换；可穿戴设备管理包括绑定及解绑可穿戴设备以及设置监测时间。
其中，所述关系型数据库用于存储用户信息以及提取到的生理参数，所述用户信息包括账号、密码、手机、邮箱；所述生理参数包括呼吸频率、心率以及心率变异性，本实施例中的心率变异性采用心跳间期的低频功率和高频功率的比值衡量；每组生理参数附加时间戳和压力状态标签进行存储，时间戳是该组生理信号对应的监测时间；压力状态标签指智能分析决策模块的分析结果。
其中，所述web服务器和web客户端完成对智能分析决策模块中智能分析决策模型的在线学习以及更新；web客户端为系统管理人员提供交互界面，包括“更新智能分析决策模型”控件；当系统管理人员按下“更新智能分析决策模型”的控件时，web服务器进行响应，根据时间戳从关系型数据库中加载新增加的带标签的生理特征参数，组合成规模更大的训练集，重新进行智能分析决策模型的训练；训练完毕后，将更新后的模型传送到文档存储服务器，并且向安卓终端发送“更新模型”的通知。
其中，所述语音识别服务器搭载了hmm-gmm语音识别模型，实现人机交互的实时语音识别；若安卓终端的智能分析决策模块的识别结果为有心理压力，语音模块向用户进行语音提醒之后，继续以语音方式询问用户“是否需要进行调节及放松”，用户的回答被语音模块以语音的方式录制并上传至语音识别服务器，语音识别服务器识别后将识别结果传送给治疗模块，若识别结果为“需要”、“是”等表示肯定的词语，则治疗模块启动，引导用户进行放松调节；治疗模块辅助用户调节放松结束后，语音模块询问用户治疗效果，用户的回答被语音模块以语音的方式录制并上传至语音识别服务器，语音识别服务器识别后将识别结果传送到文档存储服务器，用于调整治疗素材。
实施例2：
本实施例提供了一种基于可穿戴设备和安卓终端的心理压力监护方法，所述方法的流程图如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：安卓终端的定时模块ⅱ判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，若不吻合，继续进行判断，若吻合，则开启安卓终端wifi和2g/3g/4g网络开关，等待接收可穿戴设备传送过来的生理信号；同时，可穿戴设备的定时模块ⅰ判断当前系统时间是否与用户预先设定的监测时间吻合，若不吻合，继续判断，若吻合，则自动连接至安卓终端，开启光源模块进行生理信号采集；
步骤2：光电信号转换模块将人体心脏跳动和心跳间隙导致的对光线不同的吸收量转化为电信号；
步骤3：采集一段时间后，可穿戴设备的数据传输模块ⅰ通过局域网将生理信号传送给安卓终端，同时光源模块停止；
步骤4：信号处理模块对接收到的生理信号进行滤波去噪处理；
步骤5：参数提取模块从处理后的生理信号提取生理参数；
步骤6：智能分析决策模块识别出人体压力状态；
步骤7：数据传输模块ⅱ将原始生理信号、处理后的生理信号及附加时间戳的生理参数上传至高并发云平台；
步骤8：语音模块加载提醒类语音消息，向用户报告压力监测结果；
步骤9：若智能分析决策模块的分析结果为有压力，语音模块加载询问类语音消息，询问用户是否进行调节放松，以语音方式录制用户的回答并上传语音识别服务器；若智能分析决策模块的分析结果为正常，则本次监护结束，返回步骤1；
步骤10：语音识别服务器进行语音识别，将识别结果返回治疗模块，若识别结果为“需要”、“是”等肯定性回答，则治疗模块启动，引导用户进行调节放松；否则，本次监护结束，返回步骤1；
步骤11：治疗结束后，语音模块加载询问类语音消息，询问用户治疗效果，以语音方式录制用户的回答并上传到语音识别服务器；
步骤12：语音识别服务器进行语音识别，将识别结果传送到文档存储服务器，用于调整治疗素材，本次监护结束，返回步骤1。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。