利用位置监测提高儿童安全的方法与流程

本发明属于移动安全领域，具体涉及一种利用移动设备对儿童的活动进行监测，提高其人身安全的方法。
背景技术：
：随着城市化的发展，越来越多的人们进入城市生活和工作，城市在为人们带来便利的同时，儿童的安全也面临着越来越大的挑战。我国每年因意外而死亡的儿童超过20万，其中绝大部分死于交通意外。而目前已有的安全保障措施大多是基于人工门卫和视频监控，但人工门卫对于儿童的通行存在着不可避免的疏忽，而且无论是部署于小区、街道、还是学校内的视频监控系统均存在死角；监控的主要目的是防范窃贼或者违法违规行为，但并不能有保障儿童的安全，因此，需要一种能实时查看儿童位置，并及时提醒儿童远离危险源的监控方式。据统计，截至2016年6月，中国的手机移动上网用户达到了6.56亿，智能手机和智能手表日益普及，性能越来越高，网络的覆盖越来越广，从而为基于移动设备的儿童安全监护提供了可能。技术实现要素：本发明根据现有技术的不足，提出了一种具有在途安全功能和区域安全功能的监测方法。当儿童独自上学或者外出时，家长可以通过在途安全功能得到儿童的实时运行轨迹。儿童在固定场所活动，如在小区或者广场玩耍时，监护人可以通过区域安全功能给儿童限定活动区域，从而提高监护的安全性。本发明解决其技术问题所采用的关键点是：使用GPS采集儿童位置信息和状态信息。与预先设置的安全或危险区域比较判断儿童是否处于危险。当儿童处于危险区域时，语音提醒儿童注意安全并采取相应措施。儿童端通过万维网服务器将采集到的信息传到家长端。家长端将接收的位置信息显示在地图上，当儿童状态异常时语音提醒家长，使家长及时采取相应的措施。本发明基于移动设备的儿童安全监护系统Kidsguard，该系统由家长端，儿童端和中转服务器端三部分组成。家长端应用程序安装在父母的移动设备上，例如手机、平板电脑等，儿童端应用程序安装在儿童的移动设备上，例如手机、智能手表等。家长端和儿童端应用程序分别完成不同的功能，在系统工作时，儿童端实时采集地址坐标信息发送给家长端，家长端收集这些地址坐标信息，并在地图上绘制出儿童实时的运行轨迹；当儿童端的移动设备探测到儿童行为发生异常行为时，会在儿童端发出语音告警信号警告儿童，或者向家长端发送一条文本告警信号提醒父母。服务器端完成儿童和父母之间信息中转的功能，以便儿童和父母之间通过网络（移动网络或者WiFi）进行通信，建立通信链接用于传输信息。Kidsguard系统的结构如图1所示。本发明将儿童安全场景划分为在途安全模式和区域安全模式，在途安全模式通过监测儿童在路途中实时运行轨迹，区域安全模式通过划定活动区，限定儿童的活动范围，及时在儿童端进行语音提醒及对安全风险向父母告警功能，使监护人在儿童单独行动时实时获取其位置和状态，主动预防安全风险，从而提高儿童监护的安全性。具体是：在途安全模式针对于儿童行走在道路上的场景，家长可以查看儿童实时的运动轨迹，如果儿童行走偏离道路或者轨迹出现异常时能及时的发出语音告警信号警告儿童，父母也可以得到系统提醒的儿童的当前状态以及状态是否有异常，从而使父母能够快速的采取必要措施。在途安全功能分别由儿童端和家长端两部分来实现，具体如下：1）家长端步骤（1-1）在中转服务器上进行注册和登陆，建立家长端与中转服务器之间的连接，如果注册失败则会显示“注册失败”，如果登陆失败则会显示“登陆超时”。如果成功则会显示“登陆成功”。步骤（1-2）设置进行通信的儿童端的账户名称，并设置与服务器之间通信的时间间隔为三秒。初始化地图，并显示儿童的初始位置。步骤（1-3）处理从儿童端接收的信息。根据以下情况进行处理：将接收到的位置信息显示在地图上并显示儿童运动轨迹，通过按钮可以控制是否获取儿童当前状态信息，并语音播报状态信息。当儿童状态异常时（异常状态包括偏离正常路线过远，速度过快等），语音提醒家长。2）儿童端步骤（2-1）首先在中转服务器上进行注册和登陆，建立家长端与中转服务器之间的连接，如果注册失败则会显示“注册失败”，如果登陆失败则会显示“登陆超时”。如果成功则会显示“登陆成功”。步骤（2-2）设置进行通信的家长端的账号名称，并设置与服务器之间进行通信的时间间隔为三秒。初始化地图，并显示自己的位置。步骤（2-3）监测儿童的位置和状态信息，根据以下情况处理：2-a.通过计算儿童与划定路线中心的距离判断儿童是否偏离路线，如果偏离路线则语音警告儿童返回正确道路上。2-b.判断儿童是否在报警点附近（警报点的选择即一些红绿灯路口和路边的危险区域），当儿童在警报点附近时则语音提醒儿童注意安全。检测儿童运动速度，判断其是否在快速奔跑，并提醒儿童注意安全。当儿童速度为车速时，则儿童可能处于危险，短信提醒家长。区域安全模式中安全区域是一个多边形区域，父母会通过给儿童划分安全区域，限制儿童只能在此区域内活动，以保障儿童的安全。例如，当儿童在小区内活动时，通过设置小区的大小为安全区域，可以保证儿童不会移动到小区以外。区域安全功能在儿童端实现，具体如下：步骤1：在地图上设置一个安全区域，限定儿童只能在该区域活动，以保障儿童安全。步骤2：采集儿童位置信息，根据以下情况进行处理：2-a.计算儿童与安全区域边缘的距离，当小于阈值时，语音提醒儿童勿跨越安全区域。2-b.当儿童离开安全区域时，语音警告儿童返回安全区域。本发明具有以下优点：1）提出一种普适安全监测方法，可以随时随地监测儿童的位置和状态，并且成本低廉、使用方便。2）根据儿童的活动特点，提出了一种具有主动安全特点的移动监护系统，从而主动提示可能的潜在安全风险，避免危险的发生。3）本发明使用中转服务器建立儿童端和家长端的连接，通过移动网络或WiFi保证信息的实时发送。附图说明图1Kidsguard系统体系结构图；图2在途模式下的家长端流程图；图3在途模式下的儿童端流程图；图4区域安全模式下的流程图；图5语音提醒和告警流程图；图6距离预设道路最短距离图。具体实施方式利用位置监测提高儿童安全的方法包括如下步骤：1.在途安全模式1）家长端技术方案的流程，参见图2和图5。步骤（1-1）使用IMMyself.register()和IMMyself.login()函数在中转服务器上进行注册和登陆，建立家长端与中转服务器之间的连接，如果注册失败则会显示“注册失败”，如果登陆失败则会显示“登陆超时”。如果成功则会显示“登陆成功”。步骤（1-2）设置进行通信的儿童端的账户名称，并设置与服务器之间通信的时间间隔。初始化地图，首先初始化Android的LocationClient类，该类用来发起定位，然后注册MyLocationListener监听函数，在onReceiveLocation()方法中调用getLatitude()和getLongitude()方法获得当前位置坐标的经纬度信息。步骤（1-3)使用publicvoidonReceiveText(Stringtext,StringfromCustomUserID,longserverActionTime)接受从儿童端发来的信息。根据以下情况进行处理：将接收到的位置信息显示在地图上并通过drawline()函数画出儿童的运动轨迹，通过按钮可以控制是否获取儿童当前状态信息，并使用speak()方法语音播报状态信息。当儿童状态异常时，语音提醒家长。2）儿童端技术方案流程，参见图3和图5。步骤（2-1）首先使用IMMyself.register()和IMMyself.login()函数在中转服务器上进行注册和登陆，建立家长端与中转服务器之间的连接，如果注册失败则会显示“注册失败”，如果登陆失败则会显示“登陆超时”。如果成功则会显示“登陆成功”。步骤（2-2）使用IMMyself.setCustomUserID()设置进行通信的家长端的账号名称，并设置与服务器之间进行通信的时间间隔。首先初始化Android的LocationClient类，该类用来发起定位，然后注册MyLocationListener监听函数，在onReceiveLocation()方法中调用getLatitude()和getLongitude()方法获得当前位置坐标的经纬度信息。步骤（2-3）通过IMMyself.sendText(location.getLatitude()+""+location.getLongitude(),CUID,3,null)向家长端发送状态信息，通过监测儿童的位置和状态信息，根据以下情况处理：2-3-a.通过closestTwoPointDis(LatLngpt)函数计算儿童当前坐标与划定路线中心的距离并通过ifDanger(LatLngpt)判断儿童是否偏离路线，如果偏离路线则语音警告儿童返回正确道路上。2-3-b.判断儿童是否在报警点附近（警报点的选择即一些红绿灯路口和路边的危险区域），当儿童在警报点附近时则语音提醒儿童注意安全。通过安卓的speed()方法检测儿童运动速度，判断其是否在快速奔跑，利用Android的TextToSpeech类的speak()方法去实现语音播报和提醒功能并提醒儿童注意安全。当儿童速度为车速时，则儿童可能处于危险，短信提醒家长。2.区域安全模式，如图4所示。步骤1：用Drowploygon()在地图上画一个安全区域，限定儿童只能在该区域活动，以保障儿童安全。步骤2：调用getLatitude()和getLongitude()方法获得当前位置坐标的经纬度信息，根据以下情况进行处理：2-a.使用closestTwoPointDis(LatLngpt)计算儿童与安全区域边缘的距离，当小于阈值时，语音提醒儿童请勿跨越安全区域。2-b.当儿童离开安全区域时，利用Android的TextToSpeech类的speak()方法去实现语音播报和提醒功能，语音警告儿童返回安全区域。对于其中判断儿童偏离道路的距离具体如下：用一条折线代表道路，儿童在道路附近活动可以建模为坐标点到这条折线的距离不能超过设定阈值。于是就转化成了点到折线的最大距离的数学问题。找到坐标点最近的两个点，并且保证夹在两点中间，求出这三个点围成的三角形的高即为点到折线的最短距离。具体算法为：首先将折线上的关键坐标点按照经纬度大小排序，找到坐标点分别都夹在经度和纬度之间的两个点，然后将这四个点以及中间的所有点与坐标点比较求出与坐标点最近的两个点构成三角形，最后求得的三角形的高度即为坐标点到折线的最短距离。由于距离很近，所以球面坐标产生的误差忽略不计。再将得到的最短距离与预先设置好的阈值进行比较，如果大于阈值，表明儿童所处位置已超过道路附近安全距离，家长端就会产生报警信息通知父母。算法分析如图6，M点为当前儿童的坐标点，A、B、C、D和E分别问折线上的折点。首先将所有折点按照经度和纬度分别按大小排序；然后找出点M被两点所夹纬度最小的点D和E，同理找出点M被两点所夹经度最小的点C和D；接着找出M到C、D和E距离最小的两个点D和E；最后求出M、D和E所围成的三角形的高MN即为点到折线的最短距离。当折线很长折点很多的时候此算法有较高的效率。实验环境在实际环境下测试了Kidsguard系统的实时度和精度。儿童端测试所用手机为华为H60-L02，运行内存为3G，Android版本为4.4.2，家长端测试所用手机为MI5，运行内存为3G，Android版本为6.0，实验地点为杭州电子科技大学校内。对于实时性，通过儿童端每三秒向家长端发送一条信息，发送100次，记录下从儿童端发送到家长端收到位置坐标信息的时间，在两种网络下不同延迟时间内接收信息次数，实验结果如表1所示。表1实时度实验表接收耗时(s)0-11-23-44-55-66-7移动网络8194114WiFi8671006实验结果表明，移动网络和WiFi对实时度的影响基本一致，WiFi对数据传输较稳定，但是丢包率略大于移动网络，与其网络的畅通率有直接关系。家长端接收时间基本在儿童端发送数据后的0-3秒之间，实时接收率在95%左右，可以满足实时性的要求。实时性与网络状态有很大的关系，不同的网络状态接收时间和实时接收率也不同。目前主流的智能手机定位方式可以分为三类：GPS定位、基站定位和混合定位。根据手机定位的三类模式进行了精度测试实验，实验分别根据WiFi、移动网络和GPS信号的开关状态来测量精度。在校园里随机找5个测试点，且测试点之间的距离足够远，然后分别改变WiFi、蜂窝网络和GPS的开关，然后比较地图定位点与实际测试点相差的距离作为精度误差，取平均值作为最终的精度，精度的单位是米，实验结果如表2所示。对于定位精度的测试，实验结果表示，在打开GPS的情况下定位精度在2-10米，如果只使用WiFi或者基站定位，那么定位误差就会很大，误差可能达到百米以上。所以为了追求较高的精度，应该打开GPS，WiFi和移动网络对精度的影响不是特别大，在GPS打开有网络的情况下定位精度可达2-5米，另外，周围的WiFi热点越多定位越准确。表2定位精度实验WiFi开关移动网络开关GPS开关测试点1精度测试点2精度测试点3精度测试点4精度测试点5精度平均精度ONONON433233ONONOFF89151079.8ONOFFON435564.6ONOFFOFF432619173728.4OFFONON634454.4OFFOFFON911991210OFFONOFF1257261312346.2OFFOFFOFF无法定位无法定位无法定位无法定位无法定位无法定位当前第1页1 2 3