大學生智能安全服務系統構建的研究

羅校清　程星火　秦凱

【摘 要】隨著大學生安全問題的日益增多，本文針對大學生的安全問題提出了一種可穿戴設備的設計概念，從軟件支持平臺、定位技術、監測技術、硬件模塊等方面入手解決技術問題。

【關鍵詞】可穿戴技術；定位技術；傳感器；無線體域網

0 引言

隨著市場經濟深度融入大學校園，學校管轄物理范圍擴大化和管理事務復雜化，客觀上給高校安全造成諸多不利因素，從而引發大學生失聯、受騙、被搶劫、陷入傳銷、遭遇性侵犯、交通意外等安全事件屢見不鮮[1]。大學生的安全問題成了學校、家長、政府的關注焦點。三方都在尋找能有效減少出現的大學生安全問題措施。現在設計出一種適合大學生的可穿戴智能安全設備，希望在普及應用后能很好的減少安全問題。當今迅猛發展的科學技術，為解決大學生智能安全設備的研發提供了很好的技術支持。

1 可穿戴設備管理軟件支持平臺

可穿戴設備要求穿戴方便，體積小，重量輕，功能強大，這就使得穿戴設備的軟件和硬件有必要分離開來。智能手機是當代人們常用的通訊工具，使用智能手機作為穿戴設備的管理軟件安裝平臺是最合適的選擇。智能手機具有強大的信息處理能力，能快速完成數據處理。寬大的顯示屏能清晰完整的顯示終端設備所傳來的信息和云端反饋數據。強大的通信能力能隨時保持與對外聯系暢通。智能手機的上網功能能讓使用者能更好的運用大數據服務。 Android平臺具有良好的開放性和便捷性，采用Android平臺的智能手機越來越受到人們的青睞，Android平臺在智能手機領域中所扮演的角色也越來越重要。在android平臺上開發一款終端軟件，用來管理可穿戴設備是最優選擇。這款軟件要求實現以下基本功能。

（1）實時監測人體體征，將數據顯示在手機上并存儲到遠程服務器。軟件通過手機發送指令到穿戴設備上要求獲得傳感器數據，將獲得后的數據在手機顯示，并將體征數據上傳服務器保存。

（2）通過管理軟件獲取終端設備GPS信息，連通網絡確定使用者位置。隨時隨地都能獲取終端位置。

（3）通過大數據服務給使用者推送各種信息安全提示，不定時進行安全信息提醒，避免意外事件發生。

2 系統網絡架構

2.1 定位技術的應用

現在常用的定位技術主要有三種，一種是GPS定位，一種是無線蜂窩定位，一種是WLAN定位。

（1）GPS定位技術是全球開放的無線通信技術標準，具有體積小、功耗低、成本低等優點，基于Android 平臺的移動通訊設備的GPS 定位系統具有很高的實用價值。GPS又稱全球定位系統，是美國研究開發的衛星導航系統，在太空中有24顆不停運轉的衛星。GPS定位是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。用戶利用GPS可以在全球范圍內實現全天候、連續、實時的精準定位和軌跡跟蹤。GPS定位是全球定位，范圍最廣，定位精度最高，民用定位能精準到3m，支持定位高速移動物體，但GPS成本高，冷啟動時間長。

（2）無線蜂窩定位的有兩種方式，一種是基于通訊設備定位，這種定位是通過計算移動通訊設備跟基站的距離來估算位置，另一種是通過通訊設備發送出來的信號來計算位置。無線蜂窩定位速度快，但是精準度不高，在基站不足的地方無法實現定位。

（3）W LAN定位主要應用于室內定位，在無線局域網的環境下，能快速連接到互聯網，從而實現快速定位。但W LAN定位精度比較低，只能定位到以AP為中心的100m范圍。

綜合考慮下優先選擇GPS定位作為穿戴設備的定位技術。平時GPS模塊發送定位信息給智能手機，由管理軟件聯網查詢獲得定位地址，再通過大數據服務獲得定位地點的各種環境，比如天氣狀況，社會治安，該地區存在的安全隱患等等，然后系統將給出相對應合理的安全相關提示信息。當遇到異常情況時，使用人員可以按下急救按鈕，穿戴設備立刻發送求救短信和GPS定位信號給指定手機，援救方可根據信號實施精準定位，及時營救。

2.2 無線體域網

無線體域網就是以人體為中心，利用附著在人身上或者身體內部的傳感器，通過無線通訊技術，連接個人終端設備甚至連接到互聯網的一個小型網絡。體域網是一種融合了傳感器網絡、無線網絡通信、生命科學等眾多技術，對任何人群都適用且可以在任意時間、任意地點，對人體體征信息進行感知，并能對所感知的監測數據進行分析和處理的新興技術，已經成為當今科研領域的研究熱點[2]。隨著科學技術的發展，傳感器種類越來越多，可以實現的功能也越來越強大。溫濕度傳感器可以測量人體體溫和外部濕度，當出現溫度或濕度過高或都過低時，系統可發出警告。加速度傳感器可以測量人體的運動狀態，可以測出你跑了多少步，在運動中有沒摔倒。還有各種傳感器可以測量人體的生理信息，包括血壓，心率，脈搏等。通過精密的電子傳感器來實現實時監測，前端傳感器節點采集到人體體征信息后，通過藍牙技術將信息發給智能手機做進一步處理。智能手機將數據上傳到云端服務器，通過對數據庫的數據對比后，最后將反饋信息發送智能設備，給予使用者信息提示。

無線體域網整個系統架構分為三個層次，分別是信息采集層、信息匯聚處理層和云端信息層。信息采集層包含有許多的傳感器節點，這些節點可以在體內、體表或者人體周圍放置，具有信息采集功能。通過通訊技術將采集到的信息傳送給信息處理層，信息匯聚處理層是一個具有信息處理功能的智能設備。一般來說選用的是智能手機，手機軟件直接將從各前端信息采集節點處接收監測的體征信息進行處理并顯示出來。以 Android 智能手機為匯聚節點，選擇了藍牙作為前端傳感器網絡的無線通信技術，并結合遠程數據服務器，確定了無線體域網系統整體設計方案。云端信息層主要包含一個支持遠程數據服務的服務器，主要用來接收智能設備轉發來的監測數據，對接收到的監測數據進行對比分析，并將結果反饋給用戶以及存入后臺數據庫。無線體域網遠程服務器可以采用 ASP.net來開發、以oracle作為 Web 服務器的后臺數據庫，開發出用戶登錄、手機客戶端數據處理、后臺數據查詢功能，保證了整個體域網從數據采集到遠程服務器的連通性。endprint

3 硬件結構設計

硬件電路分為電源模塊、中央處理器模塊、傳感器模塊、GPS模塊、GSM模塊。如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

3.1 GPS和GSM模塊

該模塊的功能是用來實現穿戴設備的定位和通信?？纱┐髟O備內置GPS模塊和移動通信模塊，用于將GPS模塊獲得的定位數據通過移動通信模塊（gsm/gprs網絡）傳至智能手機上，從而實現查詢終端位置。GSM 是該設備的核心，主要包括將收手機發送的指令，將傳感器、定位等信息，發送到手機上[4]。

3.2 傳感器模塊

該模塊的功能是獲取人體體征和外部環境信息，運用管理軟件對大學生的日常活動進行數據收集、監控與分析。在可穿戴設備設計中設計了一個緊急求救按鈕，按下按鈕后能實現一鍵報警。使用者按下按鈕后，系統將早已保存好的求救信息發送給設定的手機，實現手動報警。系統也可以根據傳感 器收到的數據信息進行自動報警。傳感器接收到觸發信號傳遞給中央處理器， 當收到信號的超過警戒值時， 將啟動預警， 發送信號給穿戴設備管理軟件，提示使用者身體狀況處于異常。使用可以手動取消提示。若有消除報警的信號， 表示使用者已經收到消息， 已手動取消報警， 系統即關閉報警電路； 否則， 表示此人需要救助，經 GSM 通信模塊將預存的求救短信發送給預先指定的人。在危急情況下，使用者也可以自己手動按下求救按鈕來尋求幫助。

3.3 錄音存儲模塊

該模塊的功能主要是負責當使用者按下錄音按鈕時，自動記錄隨后的聲音，形成聲音文件并存儲起來。也可以設計為自動記錄按下按鈕后前60秒的聲音，通過GSM模塊將聲音文件發送給指定手機收聽和存儲。

3.4 電源模塊

該模塊首選鋰離子電池，因為鋰離子電池能量密度大，輸出功率高，可多次快速充放電，使用壽命長久。通過 micro USB接口充電，循環使用，綠色環保無污染。

4 結束語

隨著社會環境的復雜化和科學技術的發展，可穿戴設備的應用與開發將會越來越多，本文的目的就是為可穿戴設備的設計開發提供一些思考方向，希望能通過可穿戴設備的普及來解決大學生的安全管理問題。

參考文獻

[1]羅校清.可穿戴技術在大學生管理中的應用[J].中國科技信息，2017，（07）：58-60.

[2]臧達霏.基于基于 Android 的體域網系統設計與實現[D].吉林大學，2014.

[3]張祥軍.基于iOS平臺的人體跌倒監測系統的設計與實現[D].成都理工大學.

[4]王惠麗，劉志偉，劉穎，孫澤豪，趙滕.基于STM32的智能手表藥箱設計[J].科技與創新，2017，（09）：23-24.endprint