本发明涉及校园安全技术领域，特别是一种校园学生安全定位预警系统及方法。
背景技术：
中小学校园一直以来就是事故频发的场所，尤其是近几年来，中小学校园里的安全事故频频发生，严重的还会伤害到学生的性命，给许多家庭和社会带来了不可估量的损失，因此中小学校园的安全管理是教学过程当中的一件重中之重事项。中小学校园的安全管理是一个比较复杂的事务，学生人员密集，活跃度高，自控力比较弱，容易产生大量管理盲区，不仅耗费较高的管理成本，更重要的是学生的安全无法得到可靠保障。
中国专利CN105160811A公开了一种校园安全预警报警系统，包括服务器、学生终端和报警器，学生终端佩戴在学生手腕上，通过学生终端采集学生位置信息，通过比对来对学生状态进行分析，当出现异常时发出报警。中国专利CN104021646A公开了一种基于互联网的全方位学生安全防护预警系统，包括通过无线网络相互通信的服务器、学生终端和家长终端，学生终端设置有GPS定位装置、温度传感器和脉搏检测仪，同样可采集学生的学生位置信息。上述两系统中的定位都是通过GPS定位装置进行学生位置信息的采集，只能进行粗略定位，无法区分精确范围；另外，学生信息的采集大多是静态的定位，无法对其运动趋势进行采集，这也就导致上述两项技术仅能进行定位的采集，无法进行风险的分析预测。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是提供一种校园学生安全定位预警系统及方法，不仅能够实现学生位置信息的采集，还能够对学生群体的运动状态进行判断，并做出风险预判，进一步提高校园安全保障。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种校园智能安全分析预警系统，包括若干佩戴在学生身上具有2.4G网络传输功能的定位传感器、若干分布在校园内用于采集定位传感器发送到的无线信号的2.4G采集器、设置在校园内与2.4G采集器通过有线网络进行数据通讯的采集网关以及对学生位置信息以及运动趋势进行分析并进行风险预判的云平台服务器，所述定位传感器与2.4G采集器之间通过无线网络进行数据通讯，2.4G采集器与采集网关之间以及采集网关与云平台服务器之间通过有线网络进行数据通信，所述云平台服务器的输出端连接用于接受报警信息的报警接收设备。
上述校园智能安全分析预警系统，所述定位传感器包括传感器主控电路、数据采集电路以及无线收发电路，数据采集电路包括分别与传感器主控电路输入端连接的采集心率的光电反射式模拟传感器采集电路、温度PT100传感器采集电路以及位置信息采集电路；传感器主控电路与无线收发电路连接。
上述校园智能安全分析预警系统，所述2.4G采集器包括采集器主控电路、无线收通信电路以及以太网接口电路，所述无线收通信电路与定位传感器的无线收发电路通过无线网络进行通讯，采集器主控电路与无线收通信电路连接，采集器主控电路的输出端连接以太网接口电路的输入端。
一种校园智能安全分析预警方法，具体包括以下步骤：
A.在每个学生身上佩戴一个定位传感器，并按校园结构部署2.4G采集器和采集网关，相邻2.4G采集器之间的距离为10~20m，在监控室内安装云平台服务器；采用通讯线缆连接采集器和采集网关以及采集网关与云平台服务器；在云平台服务器中录入采集器以及采集网关的位置信息，并绑定云平台服务器与报警接收设备；
B.设定定位传感器、2.4G采集器以及采集网关的数据上传频率；
C.启动各设备运行，各2.4G采集器发送位置信号，定位传感器接收到所在区域内2.4G采集器的RSSI值后，将接收到各2.4G采集器的的信号强度RSSI值、2.4G采集器编号和定位传感器自身编号作为数据包一起发送给当前连接的信号最强的2.4G采集器，并按照定位传感器数据上传频率发送数据；
D.2.4G采集器按照上传频率把接收到的各定位传感器的数据整合成数据包通过有限网络传输给所属区域内的采集网关；
E.采集网关统计辖区内所有2.4G采集器所采集的定位传感器数据以及定位传感器在不同2.4G采集器之间进行切换的情况，来判断定位传感器分布的密集度和运动趋势，并将采集的数据和初步分析的结构通过有线网络传输给云平台服务器；
F.云平台服务器接收到来自采集网关上报的初步分析结果和采集数据，并根据事先录入的2.4G采集器位置信息、学校的安全预警规则等数据进行风险分析，如果判断某个2.4G采集器所在区域有相关风险，就产生一条报警通知，并且把此条报警通知推送到绑定的报警接收设备上。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明通过快速准确的对校园内学生分布情况和运动趋势进行采集和统计，预测由于群体性的人员聚集和频繁流动、人员个体长时间停留等情况而导致可能出现的安全风险，并产生报警通知，便于校园管理者采取有效措施避免安全事故发生，提高了校园安全保障。本发明的应用，从定位传感器采集的异常趋势发生到报警接收设备收到通知只需要3-5秒钟，这样效率是目前其他系统无法实现的；而且本发明应用于校园中，无需管理人员频繁巡查就可以覆盖校园的较大面积，减少了管理盲区，降低了管理成本。
附图说明
图1为本发明的拓扑图；
其中：1.定位传感器，2.采集器，3.采集网关，4.云平台服务器，5.报警接收设备。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种校园智能安全分析预警系统，其拓扑结构如图1所示，包括定位传感器、2.4G采集器、采集网关、云平台服务器以及报警接收设备；定位传感器与2.4G采集器之间通过无线网络进行数据通讯，2.4G采集器与采集网关之间以及采集网关与云平台服务器之间通过有线网络进行数据通信。
其中，定位传感器具有2.4G网络传输功能，每个学生佩戴一个，用于采集学生的位置、生理等数据并传输给2.4G采集器。本发明中，定位传感器包括传感器主控电路、数据采集电路以及无线收发电路，数据采集电路包括分别与传感器主控电路输入端连接的采集心率的光电反射式模拟传感器采集电路、温度PT100传感器采集电路以及位置信息采集电路；传感器主控电路与无线收发电路连接。
2.4G采集器分布在校园内，用于采集定位传感器发送到的无线信号。包括采集器主控电路、无线收通信电路以及以太网接口电路，所述无线收通信电路与定位传感器的无线收发电路通过无线网络进行通讯，采集器主控电路与无线收通信电路连接，采集器主控电路的输出端连接以太网接口电路的输入端。
采集网关设置在校园内，与2.4G采集器以及云平台服务器通过有线网络进行数据通讯；包含采集网关主控电路和有线通信电路。传感器主控电路、采集器主控电路以及采集网关主控电路相同，都包含单片机和分别与该单片机相连的电源电路、硬件时钟、flash存储器电路。
云平台服务器用于对学生位置信息以及运动趋势进行分析并进行风险预判；包含连接互联网的计算机、管理服务软件、数据库，其中管理服务软件内置多种风险评估算法，数据库用于存储采集到的数据和分析结果数据。
报警接收设备用于接受云平台服务器输出的报警信息，可以为智能手机等。
基于上述校园智能安全分析预警系统的预警方法，具体包括以下步骤。
A.在每个学生身上佩戴一个定位传感器，并按校园结构部署2.4G采集器和采集网关，相邻2.4G采集器之间的距离为10~20m，2.4G采集器主要安装在教室、楼道上下楼处、其他重要或狭窄的路口等地方；在监控室内安装云平台服务器；采用通讯线缆连接采集器和采集网关以及采集网关与云平台服务器；在云平台服务器中录入采集器以及采集网关的位置信息，并绑定云平台服务器与报警接收设备。
B.设定定位传感器、2.4G采集器以及采集网关的数据上传频率。定位传感器的数据上传频率一般是0.1秒的间隔，这样可以在快速运动状态下更精准判断传感器佩戴者的运动趋势；2.4G采集器的数据上传频率一般那位1秒。
C.启动各设备运行，各2.4G采集器发送位置信号，定位传感器接收到所在区域内2.4G采集器的RSSI值后，将接收到各2.4G采集器的的信号强度RSSI值、2.4G采集器编号和定位传感器自身编号作为数据包一起发送给当前连接的信号最强的2.4G采集器，并按照定位传感器数据上传频率发送数据。
D.2.4G采集器按照上传频率把接收到的各定位传感器的数据整合成数据包通过有限网络传输给所属区域内的采集网关。
E.采集网关统计辖区内所有2.4G采集器所采集的定位传感器数据以及定位传感器在不同2.4G采集器之间进行切换的情况，来判断定位传感器分布的密集度和运动趋势，并将采集的数据和初步分析的结构通过有线网络传输给云平台服务器。采集网关中设置有缓存，如果遇到互联网不通的情况，可以缓存2.4G采集器上报的数据，等网络恢复以后再把缓存数据传送给云平台服务器。如果学校规模比较大，2.4G采集器数量多，可以设置多个采集网关并分区域管理不同的采集器，这样相比传输到服务器再处理的效率高，网络延迟干扰小，并且在计算分析大量传感器运动趋势时的反应速度更快，能达到亚秒级。
F.云平台服务器接收到来自采集网关上报的初步分析结果和采集数据，并根据事先录入的2.4G采集器位置信息、学校的安全预警规则等数据进行风险分析，如果判断某个2.4G采集器所在区域有相关风险，就产生一条报警通知，并且把此条报警通知推送到绑定的报警接收设备上。校园管理者通过报警接收设备查看报警信息，可以快速赶到风险区域进行处置，避免引发安全事故和造成严重后果。