大学生智能安全服务系统构建的研究

罗校清　程星火　秦凯

【摘 要】随着大学生安全问题的日益增多，本文针对大学生的安全问题提出了一种可穿戴设备的设计概念，从软件支持平台、定位技术、监测技术、硬件模块等方面入手解决技术问题。

【关键词】可穿戴技术；定位技术；传感器；无线体域网

0 引言

随着市场经济深度融入大学校园，学校管辖物理范围扩大化和管理事务复杂化，客觀上给高校安全造成诸多不利因素，从而引发大学生失联、受骗、被抢劫、陷入传销、遭遇性侵犯、交通意外等安全事件屡见不鲜[1]。大学生的安全问题成了学校、家长、政府的关注焦点。三方都在寻找能有效减少出现的大学生安全问题措施。现在设计出一种适合大学生的可穿戴智能安全设备，希望在普及应用后能很好的减少安全问题。当今迅猛发展的科学技术，为解决大学生智能安全设备的研发提供了很好的技术支持。

1 可穿戴设备管理软件支持平台

可穿戴设备要求穿戴方便，体积小，重量轻，功能强大，这就使得穿戴设备的软件和硬件有必要分离开来。智能手机是当代人们常用的通讯工具，使用智能手机作为穿戴设备的管理软件安装平台是最合适的选择。智能手机具有强大的信息处理能力，能快速完成数据处理。宽大的显示屏能清晰完整的显示终端设备所传来的信息和云端反馈数据。强大的通信能力能随时保持与对外联系畅通。智能手机的上网功能能让使用者能更好的运用大数据服务。 Android平台具有良好的开放性和便捷性，采用Android平台的智能手机越来越受到人们的青睐，Android平台在智能手机领域中所扮演的角色也越来越重要。在android平台上开发一款终端软件，用来管理可穿戴设备是最优选择。这款软件要求实现以下基本功能。

（1）实时监测人体体征，将数据显示在手机上并存储到远程服务器。软件通过手机发送指令到穿戴设备上要求获得传感器数据，将获得后的数据在手机显示，并将体征数据上传服务器保存。

（2）通过管理软件获取终端设备GPS信息，连通网络确定使用者位置。随时随地都能获取终端位置。

（3）通过大数据服务给使用者推送各种信息安全提示，不定时进行安全信息提醒，避免意外事件发生。

2 系统网络架构

2.1 定位技术的应用

现在常用的定位技术主要有三种，一种是GPS定位，一种是无线蜂窝定位，一种是WLAN定位。

（1）GPS定位技术是全球开放的无线通信技术标准，具有体积小、功耗低、成本低等优点，基于Android 平台的移动通讯设备的GPS 定位系统具有很高的实用价值。GPS又称全球定位系统，是美国研究开发的卫星导航系统，在太空中有24颗不停运转的卫星。GPS定位是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。用户利用GPS可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的精准定位和轨迹跟踪。GPS定位是全球定位，范围最广，定位精度最高，民用定位能精准到3m，支持定位高速移动物体，但GPS成本高，冷启动时间长。

（2）无线蜂窝定位的有两种方式，一种是基于通讯设备定位，这种定位是通过计算移动通讯设备跟基站的距离来估算位置，另一种是通过通讯设备发送出来的信号来计算位置。无线蜂窝定位速度快，但是精准度不高，在基站不足的地方无法实现定位。

（3）W LAN定位主要应用于室内定位，在无线局域网的环境下，能快速连接到互联网，从而实现快速定位。但W LAN定位精度比较低，只能定位到以AP为中心的100m范围。

综合考虑下优先选择GPS定位作为穿戴设备的定位技术。平时GPS模块发送定位信息给智能手机，由管理软件联网查询获得定位地址，再通过大数据服务获得定位地点的各种环境，比如天气状况，社会治安，该地区存在的安全隐患等等，然后系统将给出相对应合理的安全相关提示信息。当遇到异常情况时，使用人员可以按下急救按钮，穿戴设备立刻发送求救短信和GPS定位信号给指定手机，援救方可根据信号实施精准定位，及时营救。

2.2 无线体域网

无线体域网就是以人体为中心，利用附着在人身上或者身体内部的传感器，通过无线通讯技术，连接个人终端设备甚至连接到互联网的一个小型网络。体域网是一种融合了传感器网络、无线网络通信、生命科学等众多技术，对任何人群都适用且可以在任意时间、任意地点，对人体体征信息进行感知，并能对所感知的监测数据进行分析和处理的新兴技术，已经成为当今科研领域的研究热点[2]。随着科学技术的发展，传感器种类越来越多，可以实现的功能也越来越强大。温湿度传感器可以测量人体体温和外部湿度，当出现温度或湿度过高或都过低时，系统可发出警告。加速度传感器可以测量人体的运动状态，可以测出你跑了多少步，在运动中有没摔倒。还有各种传感器可以测量人体的生理信息，包括血压，心率，脉搏等。通过精密的电子传感器来实现实时监测，前端传感器节点采集到人体体征信息后，通过蓝牙技术将信息发给智能手机做进一步处理。智能手机将数据上传到云端服务器，通过对数据库的数据对比后，最后将反馈信息发送智能设备，给予使用者信息提示。

无线体域网整个系统架构分为三个层次，分别是信息采集层、信息汇聚处理层和云端信息层。信息采集层包含有许多的传感器节点，这些节点可以在体内、体表或者人体周围放置，具有信息采集功能。通过通讯技术将采集到的信息传送给信息处理层，信息汇聚处理层是一个具有信息处理功能的智能设备。一般来说选用的是智能手机，手机软件直接将从各前端信息采集节点处接收监测的体征信息进行处理并显示出来。以 Android 智能手机为汇聚节点，选择了蓝牙作为前端传感器网络的无线通信技术，并结合远程数据服务器，确定了无线体域网系统整体设计方案。云端信息层主要包含一个支持远程数据服务的服务器，主要用来接收智能设备转发来的监测数据，对接收到的监测数据进行对比分析，并将结果反馈给用户以及存入后台数据库。无线体域网远程服务器可以采用 ASP.net来开发、以oracle作为 Web 服务器的后台数据库，开发出用户登录、手机客户端数据处理、后台数据查询功能，保证了整个体域网从数据采集到远程服务器的连通性。endprint

3 硬件结构设计

硬件电路分为电源模块、中央处理器模块、传感器模块、GPS模块、GSM模块。如图1所示。

图1 系统结构框图

3.1 GPS和GSM模块

该模块的功能是用来实现穿戴设备的定位和通信。可穿戴设备内置GPS模块和移动通信模块，用于将GPS模块获得的定位数据通过移动通信模块（gsm/gprs网络）传至智能手机上，从而实现查询终端位置。GSM 是该设备的核心，主要包括将收手机发送的指令，将传感器、定位等信息，发送到手机上[4]。

3.2 传感器模块

该模块的功能是获取人体体征和外部环境信息，运用管理软件对大学生的日常活動进行数据收集、监控与分析。在可穿戴设备设计中设计了一个紧急求救按钮，按下按钮后能实现一键报警。使用者按下按钮后，系统将早已保存好的求救信息发送给设定的手机，实现手动报警。系统也可以根据传感 器收到的数据信息进行自动报警。传感器接收到触发信号传递给中央处理器， 当收到信号的超过警戒值时， 将启动预警， 发送信号给穿戴设备管理软件，提示使用者身体状况处于异常。使用可以手动取消提示。若有消除报警的信号， 表示使用者已经收到消息， 已手动取消报警， 系统即关闭报警电路； 否则， 表示此人需要救助，经 GSM 通信模块将预存的求救短信发送给预先指定的人。在危急情况下，使用者也可以自己手动按下求救按钮来寻求帮助。

3.3 录音存储模块

该模块的功能主要是负责当使用者按下录音按钮时，自动记录随后的声音，形成声音文件并存储起来。也可以设计为自动记录按下按钮后前60秒的声音，通过GSM模块将声音文件发送给指定手机收听和存储。

3.4 电源模块

该模块首选锂离子电池，因为锂离子电池能量密度大，输出功率高，可多次快速充放电，使用寿命长久。通过 micro USB接口充电，循环使用，绿色环保无污染。

4 结束语

随着社会环境的复杂化和科学技术的发展，可穿戴设备的应用与开发将会越来越多，本文的目的就是为可穿戴设备的设计开发提供一些思考方向，希望能通过可穿戴设备的普及来解决大学生的安全管理问题。

参考文献

[1]罗校清.可穿戴技术在大学生管理中的应用[J].中国科技信息，2017，（07）：58-60.

[2]臧达霏.基于基于 Android 的体域网系统设计与实现[D].吉林大学，2014.

[3]张祥军.基于iOS平台的人体跌倒监测系统的设计与实现[D].成都理工大学.

[4]王惠丽，刘志伟，刘颖，孙泽豪，赵滕.基于STM32的智能手表药箱设计[J].科技与创新，2017，（09）：23-24.endprint