基于物联网的室内老年人监护系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于物联网的室内老年人监护系统，其特征在于，该系统包括若干音频信号采集装置和监护服务端；所述音频信号采集装置置于房间的不同位置，所有音频信号采集装置不能够置于同一平面中，将装置底部紧贴于放置面，放置面平整；所述音频信号采集装置包括箱体和置于箱体内的第一通信模块、控制单元和信号放大模块；箱体的表面嵌有麦克风模块；所述第一通信模块与控制单元相连；麦克风模块经信号放大模块与控制单元相连；所述麦克风模块包括声音探头、驻极体电容传声器和供电电路，声音探头固定于箱体的底部，紧贴放置的物体，声音探头与驻极体电容传声器相连，供电电路为驻极体电容传声器提供电源；所述声音探头将采集的音频信息传递到驻极体电容传声器，驻极体电容传声器将音频信号转化为电信号，经过信号放大模块进行放大，经由第一通信模块发送到监护服务端；所述监护服务端包括第二通信模块和数据分析模块，所述第二通信模块与第一通信模块进行通信，所述数据分析模块接收音频信号采集装置采集的音频信号，通过能量比定位方法对声源进行定位，从而实现老年人的室内监护；所述能量比定位方法利用不同位置音频信号采集装置采集信号的能量差异来估计声源的位置，具体如下：假设音频信号采集装置Xi在房间内的坐标为(xi,yi,zi)，声源S的坐标为(x,y,z)，根据能量随传播距离衰减的比例关系有表达式：其中，E1为音频信号采集装置X1的能量，E2为音频信号采集装置X2的能量，d1为音频信号采集装置X1与声源S之间的距离，d2为音频信号采集装置X2与声源S之间的距离；令则故当r≠1时，整理可知上式为球面方程，圆心坐标C12(u,v,w)和半径R为：故根据四个音频信号采集装置的窗口能量比即可确定被监测者的三维空间位置。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的室内老年人监护系统，其特征在于，所述声音探头为医用听诊头和橡胶软管组成的一体结构或麦克风。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的室内老年人监护系统，其特征在于，所述数据分析模块在定位之后，还包括对声源类型的判断，具体如下：a)对声源类型进行建模：通过音频信号采集装置采集室内各种发声情况的声源时域信号，基于傅里叶变换或小波变化方法得到声源信号的频域信息，根据声源信号不同频率下的功率谱密度大小得到该声源信号标准频率，最终建立各种发声情况与标准频率的声音模型；所述各种发声情况包括脚步声、跌倒声、叹息声、呼救声、物体碰撞声；b)对声源类型进行判断：通过音频信号采集装置实时采集室内声源的时域信号，将时域信号转化为频域信息，根据声源信号不同频率下的功率谱密度大小得到该声源信号标准频率，将标准频率与声音模型相结合从而判断发声情况。4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的室内老年人监护系统，其特征在于，该系统还包括警报模块，所述警报模块与控制单元相连，当数据分析模块判断声源的发声情况为紧急情况时，向音频信号采集装置发送信息，控制单元启动警报模块，发出报警声寻求附近人的帮助，同时监护服务端向监护者发送报警信息，达到及时监护的效果；所述紧急情况为老年人跌倒、呼救。5.根据权利要求3所述的一种基于物联网的室内老年人监护系统，其特征在于，所述数据分析模块在声源类型的判断后，还包括脚步识别与路径绘制，具体为：当数据分析模块判断音频信号采集装置采集的发声情况为脚步声时，实时提取脚步声并存储在数据库中，根据数据库中的脚步声按时间顺序绘制老年人的行走路线；当数据分析模块识别出另外的脚步声时，对不同的脚步声进行定位及路径绘制，从而对进入室内的陌生人进行监控，保障老人安全；当两个路径在同一时间节点上相交时，说明两人相遇，记录该时间节点，从而为事后侦察判断提供依据。6.一种基于物联网的室内老年人监护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)安置音频信号采集装置；将n个(n≥4)音频信号采集装置置于房间的不同位置，所有音频信号采集装置不能够置于同一平面中，将装置底部紧贴于放置面，放置面必须平整以便声音能够很好的传递；(2)音频信号的采集与传输；打开音频信号采集装置，开始接收被监测者的音频信号，被观测者的行为发出的音频信号经由空气、地面传播到音频信号采集装置，通过声音探头将采集的音频信息传递到驻极体电容传声器，驻极体电容传声器将音频信号转化为电信号，经过信号放大模块进行放大，经由第一通信模块发送到监护服务端；(3)声源定位；监护服务端的数据分析模块接收音频信号采集装置采集的音频信号，通过能量比定位方法对声源进行定位，从而实现老年人的室内监护；所述能量比定位方法利用不同位置音频信号采集装置采集信号的能量差异来估计声源的位置，具体如下：假设音频信号采集装置Xi在房间内的坐标为(xi,yi,zi)，声源S的坐标为(x,y,z)，根据能量随传播距离衰减的比例关系有表达式：其中，E1为音频信号采集装置X1的能量，E2为音频信号采集装置X2的能量，d1为音频信号采集装置X1与声源S之间的距离，d2为音频信号采集装置X2与声源S之间的距离；令则故当r≠1时，整理可知上式为球面方程，圆心坐标C12(u,v,w)和半径R为：故根据四个音频信号采集装置的窗口能量比即可确定被监测者的三维空间位置。7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的室内老年人监护方法，其特征在于，所述步骤(3)声源定位之后，还包括步骤(4)对声源类型进行判断的步骤，具体如下：(4.1)对声源类型进行建模：通过音频信号采集装置采集室内各种发声情况的声源时域信号，基于傅里叶变换或小波变化方法得到声源信号的频域信息，根据声源信号不同频率下的功率谱密度大小得到该声源信号标准频率，最终建立各种发声情况与标准频率的声音模型；所述各种发声情况包括脚步声、跌倒声、叹息声、呼救声、物体碰撞声；(4.2)对声源类型进行判断：通过音频信号采集装置实时采集室内声源的时域信号，将时域信号转化为频域信息，根据声源信号不同频率下的功率谱密度大小得到该声源信号标准频率，将标准频率与声音模型相结合从而判断发声情况。8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的室内老年人监护方法，其特征在于，当数据分析模块判断声源的发声情况为紧急情况时，启动警报模块，发出报警声寻求附近人的帮助，同时监护服务端向监护者发送报警信息，达到及时监护的效果；所述紧急情况为老年人跌倒、呼救。9.根据权利要求7所述的一种基于物联网的室内老年人监护方法，其特征在于，所述步骤(4)对声源类型进行判断之后，还包括脚步识别与路径绘制步骤，具体如下：当数据分析模块判断音频信号采集装置采集的发声情况为脚步声时，实时提取脚步声并存储在数据库中，根据数据库中的脚步声按时间顺序绘制老年人的行走路线；当数据分析模块识别出另外的脚步声时，对不同的脚步声进行定位及路径绘制，从而对进入室内的陌生人进行监控，保障老人安全；当两个路径在同一时间节点上相交时，说明两人相遇，记录该时间节点，从而为事后侦察判断提供依据。10.根据权利要求6所述的一种基于物联网的室内老年人监护方法，其特征在于，当音频信号采集装置数量超过四个时，采用以下不同的方式确定声源的位置：a)任意选取四个音频信号采集装置，即共有种音频信号采集装置选择方法；求取每一种采集方法下的声源信号的空间位置，求取各空间位置的平均值，以此作为最终的声源信号的位置；或者，b)任意选取四个音频信号采集装置，即共有种音频信号采集装置选择方法；求取每一种采集方法下的声源信号的空间位置，求取各空间位置的方均根，以此作为最终的声源信号的位置。