多功能智能游泳手环以及游泳状态监测装置及方法与流程

技术特征：

1.一种多功能智能游泳手环，其特征在于，包括呈环状的腕带(1)；所述腕带(1)上设有传感器模块(2)、通信控制模块(3)、显示模块(4)、振动马达模块(5)和/或扬声器模块(6)以及向上述模块供电的电源(7)；通信控制模块(3)与各个模块间相连接并和外部进行通讯；所述传感器模块(2)包括三轴加速度传感器、陀螺仪、心率传感器和血压传感器；其中心率传感器和血压传感器位于腕带(1)的内侧以便紧贴游泳者的手腕内侧；三轴加速度传感器、陀螺仪、通信控制模块(3)、振动马达模块(5)和/或扬声器模块(6)以及电源(7)均内置于腕带(1)内部；显示模块(4)位于腕带(1)外侧。

2.如权利要求1所述的多功能智能游泳手环，其特征在于，腕带(1)外侧上设有一个盛液模块(8)和手柄模块(9)；所述盛液模块(8)包括一个一端开口的盛液管(81)；所述手柄模块(8)包括一个通过转动扣合在盛液管(81)上并与盛液管(81)之间实现密封的手柄(91)；手柄(91)的前端延伸出盛液管(81)设有开口的一端，手柄(91)的前端下方设有与盛液管(81)开口相配的封液阀(92)用于实现盛液管(81)的密封；手柄(91)的末端转动设在盛液管(81)不设开口的一端上；盛液管(81)内部设有与通信控制模块(3)通讯的内置气体压强传感器；内置气体压强传感器由电源(7)供电；盛液管(81)内部装有有色液体，盛液管(81)管壁上还设有用于加入空气且其上设有盖子的增压口(82)；所述手柄(91)通过向腕带(1)外侧转动以实现有色液体的释放。

3.如权利要求2所述的多功能智能游泳手环，其特征在于，通信控制模块(3)还配有位于腕带(1)外侧的学习按钮(10)和查看按钮(11)。

4.如权利要求3所述的多功能智能游泳手环，其特征在于，腕带(1)上还设有射频模块(12)。

5.一种游泳状态监测装置，其特征在于，包括服务器、监控终端以及如权利要求3所述的多个多功能智能游泳手环；所述多功能智能游泳手环的通信控制模块(3)通过无线结点与服务器通讯，服务器通过无线结点与监控终端通讯。

6.一种游泳状态监测方法，采用如权利要求5所述的装置；其特征在于，包括如下步骤：一、将有好友关系的多位游泳用户以及救生员所佩戴的多功能智能游泳手环的标识符存放于服务器的数据库表中，以便服务器在监测到某一用户发生异常时，快速统一地向该用户发出报警信号；

二、某一用户首先设定多功能智能游泳手环为学习模式，开始学习，多功能智能游泳手环将不断采集该用户的运动数据，并通过无线结点发送至服务器，服务器将接收到的数据保存至存储模块；具体过程如下：

传感器模块(2)以Δt秒为采样时间间隔不断采集该用户的运动数据，每一组数据均包括该用户采用某一泳姿时三个方向的加速度数据信息；数据采集过程中，调用通信控制模块(3)将数据发送至服务器；通信控制模块(3)以C秒为间隔，将传感器模块(2)在C秒内采集到的C/Δt组数据打包，并通过连接到的无线结点发送至服务器并予以存储；其中C为Δt的整数倍；当某一泳姿学习完毕后，根据实际情况决定开始下一泳姿的学习或者完成学习；

服务器默认用户的每一次学习过程所使用的泳姿都不相同，i表示用户所使用的第i种泳姿，1≤i≤k，k为用户需要学习泳姿的个数；

多功能智能游泳手环采集到的一组数据可表示为其中表示在t_m时刻第i种泳姿的加速度，分别表示在t_m时刻第i种泳姿的三轴加速度传感器在x、y和z三个方向上的输出值；

表示学习过程中采集到的第i种泳姿的时序数据，可表示为：

三、服务器根据以上学习过程中实时采集到的数据，根据游泳运动生理学规律，确定第i种泳姿周期窗口取值范围，同时考虑到游泳者个体差异，根据多组数据的相似度确定周期窗口T_i的大小，并得到第i种泳姿在一个周期T_i的平均运动规律α_i：

${\mathrm{\α}}_i=\left\{a_{{\mathrm{it}}_1},a_{i(t_1+\mathrm{\Δ}t)},...,a_{i(t_1+(\mathrm{int}\left(\frac{T_i}{\mathrm{\Δ}t}\right)+1\left)\mathrm{\Δ}t\right)}\right\}$

其中，Δt为传感器模块(2)的采样时间间隔，int(*)表示取整函数；

服务器将用户在多种泳姿下的运动周期T_i及运动规律α_i予以保存，并将其作为标准模式；

四、若已完成学习，则用户将多功能智能游泳手环的学习模式关闭，用户进入正常游泳状态，此后多功能智能游泳手环将不断采集用户的时序数据，并通过无线结点发送至服务器；服务器将接收到的时序数据保存至存储模块并对其进行分析；具体工作原理如下：采用时序数据聚类算法，聚类个数为用户学习的泳姿个数k，类中心为k个泳姿的运动规律α_i(1≤i≤k)；根据学习模式中得到的多种泳姿的周期窗口大小T_i可求得一个测量周期窗口T，T＝max{T_i}，采用滑动窗口技术，即将测量周期窗口放在时间序列的起始位置，此时测量周期窗口对应序列上长度为T的一段子序列，然后测量周期窗口向后移，再以序列的第二个点为起始单位，形成另一个长度为T的子序列；依此类推，一共可以得到(C/Δt—T+1)个长度为T的时间子序列，然后对形成的时间子序列与运动规律α_i逐一计算相似度；选定相似性度量后，并根据预先设定相似度阈值，即可确定(C/Δt—T+1)个时间子序列与各类中心α_i的关系；若多个子序列的相似度都大于阈值，则选取归并至相似度最大的类；若相似度都低于阈值，则该数据不能归并至学习过程中所保存的任何一类，那么认为用户可能发生溺水或异常；

五、若服务器判断出用户处于溺水状态或发生异常情况，会立即向用户好友及救生员所佩戴多功能智能游泳手环发出报警信号；多功能智能游泳手环在接收到来自服务器的报警信号后，将调用振动马达模块(5)和/或扬声器模块(6)发出报警信号，同时多功能智能游泳手环的显示模块会将从服务器获取到的位置信息显示给用户好友及救生员。

7.如权利要求6所述的游泳状态监测方法，其特征在于，服务器同时还采集用户的心率、血压以及入水深度，一旦上述三项数据有任意一项超过预先设定的阈值，则立即发出报警信号。

8.如权利要求6或7所述的游泳状态监测方法，其特征在于，当用户意识遇到危险或抽筋时，向外拉开多功能智能游泳手环中的手柄模块(9)，发出主动求救信号，此时盛液模块(8)被打开，释放一种带鲜艳颜色的、易扩散的无害超浓缩液体，同时，内置气体压强传感器通过通信控制模块(3)将盛液模块(8)中的压强信号传输至服务器，服务器通过与预先设定好的阈值作比较，得出该用户处于危险中的结论，向该用户好友及救生员第一时间发送报警信号。

9.如权利要求6或7所述的游泳状态监测方法，其特征在于，所述上传服务器时间间隔C采用2秒，传感器模块(2)采样间隔Δt为0.2秒。

10.如权利要求8所述的游泳状态监测方法，其特征在于，所述上传服务器时间间隔C采用2秒，传感器模块(2)采样间隔Δt为0.2秒。