儿童中小范围安全的智能警报系统设计

(武汉商学院信息工程学院 湖北 武汉 430056)

引言

近年来，儿童中小范围的安全事故频发，电插座、药箱、灶台、阳台、开水机、电梯、水边等处对幼儿都存在着极大的安全隐患，往往家长在孩子附近，也会发生儿童安全事故。由于儿童的生理发育不成熟，行为意识不成熟，也不能象成年人可以进行安全知识教育，故需要借助外力对儿童进行管理。

在2018年中国少年儿童安全自护能力调查报告的数据中，儿童安全自护能力不高，全国仅73分，同时在中小范围的安全，如居家安全，学龄前儿童对安全知识掌握程度仅29.5%。儿童的生理发育并不成熟，难以主观判断部分行为是否危险，故儿童室内安全问题成为亟待解决的儿童安全问题。

市场上同类儿童安全产品都是对稍大年龄的孩子位置的监控、一键求救等功能，针对家长和老师附近的中小范围安全的儿童安全产品尚属空白，急需一套儿童中小范围安全的智能警报系统给以解决。

一、市场同类产品分析

(一)小天才。小天才是专注中国儿童市场，提供引领儿童时尚潮流的智能产品的品牌。目前旗下产品有：电话手表、儿童平板、宝贝电脑以及早教机。其中与儿童安全关联较大的是电话手表，软硬件相结合，利用“小天才”App对手表进行一定控制。可以与孩子实时通话聊天、进行一键定位、一键求救以及拒绝陌生来电等功能。小天才品牌是发展较完善的品牌，注重于儿童的教育、防走失以及防拐骗等方面，但是对于其他方面考虑的并不多，功能和服务也还有可以完善的地方。

(二)神兔侠。它是利用“互联网+”为儿童提供长期持续安全监控产品和高科技云服务平台的一种创新模式。神兔侠的事前预防可利用微型定位器监控孩子的位置，防止孩子离家长过远，并儿童安全专家入驻App，通过“线上安全教育”加强重视。儿童走失时立即开启“五公里紧急预警机制”，并且通过众多社会资源，如商场LED屏幕等。设立地方办事处，提供第一时间的线下帮助。神兔侠是一个发展基本完善的关注儿童走失的网站，也结合有软件与硬件设备，深入儿童走失领域，聚集科技力量和公益力量，保护儿童安全，但目前的宣传推广力度不大，并且发展方面较单一。

(三)阿布跑跑。它是一款家长端应用程序，设计用于儿童和家长，有硬件和软件。硬件主要包括孩子脚底穿的智能鞋垫，家长或老师可以通过应用程序与之连接，从而定位孩子的位置和日常轨迹频率。主要发展也是关注儿童的定位，防止儿童走丢，并且软件的功能不够完善，市面推广力度不大，普及率低。

二、相关技术

(一)便携式传感器。传感器用来采集所感知的信息，并转变为电信号，可通过网络输出到后台进行处理。便携式传感器方便携带，也能对目标的数据信息实现实时的采集，本文中设计的便携式传感器是一种磁敏元件，通过对感知节点的磁场强度感应，不断采集目标的位置数据信息，并将采集到的信息上传给后台进行安全距离判断，最终用户可以通过移动数据终端实时观察到目标的位置信息，以及与周围感知节点的距离。

(二)无线传感网。无线传感网由许多传感器节点、传感网协议组成。ZigBee、Lora、蓝牙技术等都可以组成无线传感网。其优点是不需事先布网、简单、省电、小型化，能够自动组网，且当其中节点失效时网络能够自愈，且厂家提供有成熟的协议栈供开发者调用。基于这些优点，可以采用ZigBee节点连接传感器、感知节点，布置在室内的相应位置，安装组成简单；满足数据传输的相关要求；网络稳定；成本较低；数据传输效率高，是作为室内安全测距系统无线传输数据节点较好的选择。

(三)危险区域感知节点。大多数感知节点是通过数据芯片操纵，用以感知周围实物物理信息的入口。所有物联网中的感知节点都有一个共同的特点，即它们被安装了感知芯片或设备，具有自动感知外部环境变化和通信能力。本文提到的感知节点主要设置成标签的形式，用户可根据实际情况，将微型感知节点放置在指定的地方，传感器利用传感网技术识别感知节点的放置位置，从而采集目标与感知节点的距离信息，并上传移动数据终端。基于传感节点具有微型化，智能化，对应目标专一化等特点，所以极其适合用作数据采集的入口。

三、系统总体结构设计

系统主要采用无线传感器网络技术，通过系统终端设备中的各类传感器来采集目标的位置信息以及与感知节点的距离信息，同时通过无线传感网络将数据传输给系统后台进行分析，以此来避免儿童因无意识行为遇到危险，保障儿童的人身安全。同时，用户可以通过用户移动终端设备实时观察目标距离感知节点的距离。系统总体架构如图所示。

图1 总体结构图

四、功能设计

(一)模块设计。自上而下为四层的，即用户界面层、用户功能层、中间件层和操作系统层的分层结构，具体设计结构如图3-1所示。

图2 功能结构

(二)移动端界面设计。当用户登录APP后，可后台运行，多个距离测控设备可同时在线，用户可点击打开任意一个感知节点，目标与感知节点的距离直接在App上显示。同时也可根据自身实际情况设置数据警告范围，当超过测控距离达到一定警告范围时，警报等级由绿色上升为黄色，并向用户发送黄色预警消息提示，而当目标进一步靠近感知节点，警报等级由黄色上升为红色，并向用户发出弹窗和响铃来通知用户采取相应的措施。

图3 App界面登录 图4 移动数据端访问

图5 定位功能 图6 安全咨询

五、结束语

市场上同类儿童安全产品功能多为对孩子位置监控、一键求救、防走失等功能，针对中小范围安全的儿童安全产品的空白，本文提出了儿童中小范围安全的智能警报系统的设计，主要采用无线传感网络技术，通过便携式的传感节点来采集儿童相距危险区域的位置信息，并能根据实际情况向家长或老师所持的移动终端提供对应的警报等级，达到智能化安全警报的效果，能极大地减小儿童在家长或老师附近中小范围安全事故发生的频率。