外出安全管理系统及信息传输方法与流程

1.本发明属于学生安全管理技术领域，特别涉及外出安全管理系统及信息传输方法。


背景技术：

2.学生管理问题一直一个是社会普遍关注的问题，特别是涉及到学生的安全问题，更是学生管理问题中的重中之重。
3.传统的是通过人工巡查、检查的方式进行学生管理。随着技术的快速发展，越来越多的智能管理设备、系统慢慢研发并投入学生管理项目中。
4.申请号为201611008288.2的专利申请公开了一种智能学生安全管理系统，该申请的系统包括智能手环、校园終端、考勤終端、家庭終端、服务器终端，通过这些单元之间的信号传输实现对学生进出学校、进出教室、进出家里的信息进行识别，并将信息传输至教师和家长的手机中。
5.申请号为201710757326.2的专利申请公开了学生离校管理系统，该申请的系统包括控制管理端、云存模块和1个以上的智能移动终端，控制管理端安装在学校的管理机房内。该申请的系统能够在学生离校管理的过程中，可以通过智能移动终端智能手机保持与学校管理系统、监控者、管理者保持实时联系和提供安全保障救助。
6.但是，这些系统都需要依附于学校管理端实现对学生的管理，且主要是用于学校的终端管理，基本都需要网络支持，且管理系统设置较为复杂。对于学校需要组织学生外出活动的情况，现有的这种固定的学校管理系统显然是无法实现对学生的安全管理的。


技术实现要素：

7.本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供外出安全管理系统及信息传输方法。
8.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
9.外出安全管理系统，包括：
10.管理终端，所述管理终端为移动式终端；
11.若干个与管理终端无线连接的子终端，该子终端间隔性刷新携带者的状态信息并发送至管理终端；
12.所述管理终端能接收、识别并处理载有子终端发送的状态信息的无线信号，当任一所述子终端的状态信息触发危险指令时，所述管理终端能向携带者反馈所述危险指令。
13.进一步的，还包括与管理终端无线连接的智能终端，所述智能终端具有操作和读取所述管理终端接受到的来自子终端发送的状态信息的权限。
14.进一步的，所述智能终端包括显示模块，所述显示模块能显示管理终端接受到的来自子终端发送的状态信息。
15.进一步的，所述智能终端还包括控制指令模块，所述控制指令模块能生成读取、调
取、调整管理终端接受到的来自子终端发送的状态信息的控制指令，所述控制指令模块也能生成向子终端写入预设信息的控制指令。
16.进一步的，所述子终端包括：
17.跌落监控模块，该跌落监控模块能监控子终端携带者跌倒时的状态信息的变化并触发跌落危险指令；
18.落水监控模块，该落水监控模块能监控子终端携带者落水时的状态信息的变化并触发落水危险指令；
19.电子围栏模块，该电子围栏模块能监控子终端携带者位置的状态信息的变化，并当携带者位置的状态信息超出管理终端设定的电子围栏范围时触发出范围危险指令。
20.进一步的，所述子终端还包括一键sos救援模块，所述一键sos救援模块包括信息储存单元、语音单元，所述信息储存单元储存有通过控制指令写入的预设信息，所述语音单元能读取信息储存单元中储存的救助信息并通过扬声器进行播放。
21.进一步的，所述预设信息为子终端携带者的救助信息。
22.进一步的，所述管理终端设定的电子围栏包括虚拟围栏和现实围栏，所述虚拟围栏的范围限制于以管理终端为圆心、无线连接的有效距离为半径划定的圆之内，所述现实围栏的范围限制于管理终端现实位置所在单位范围之内。
23.进一步的，所述管理终端现实位置所在单位范围载自离线地图。
24.本发明还提供了该外出安全管理系统的信息传输方法，包括如下步骤：
25.对待传输的状态信息进行帧头封装，以封装了帧头的数据对应的二进制字串计算得到校验位，编码；
26.将编码后的数据通过无线传输介质进行传输；
27.接收数据后，识别数据是否封装有对应的帧头，若无则丢弃该数据，若识别到对应的帧头，则接收该数据；
28.将接收到的完整的数据对应的进制字串进行校验计算，并将结果与校验位比对，若一致则解码并处理该数据，若否则丢弃该数据。
29.本发明的有益效果为：本发明设置为便携式的管理终端和子终端，通过无线传输的方式进行数据传输，从而可以通过管理终端实时监控到子终端的状态信息，当对应的子终端的状态信息触发危险信号时，可以及时警示管理者进行救助，从而大大提高外出时管理者管理的便捷性和及时性，避免安全事故发生。该外出安全管理系统尤其适用于老师带学生外出写生、踏春的状况，同时也可用于与该场景类似的状况。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例
32.本实施例提出了一种外出安全管理系统，主要用于老师带学生外出后的安全管理，该系统包括智能终端、管理终端和子终端，管理终端和子终端均为便携式电子部件，子
终端由学生佩戴，且每个学生佩戴的子终端均对应该学生的个人信息，管理终端有带队的老师携带，管理终端与所有子终端均可进行无线通信，智能终端也由带队的老师携带，智能终端仅与管理终端进行无线通信。
33.本实施例系统中的无线通信主要采用例如现有的数字微波传输完成，对应的智能终端、管理终端和子终端内均安装有用于实现无线通信的数字信号处理、数字调制解调、信号接收、发送、天线等模块。当然也可以采用除数字微波传输方式以外的方式实现，如传统的模拟微波传输以及cofdm。
34.子终端在工作时会间隔性刷新携带者的状态信息并发送至管理终端，该间隔为固定时长，如在跌落监控模块中需要采集加速度值，该加速度值是通过单片机每100ms读取一次；同样在跌落监控模块中需要把采集气压值，该气压值通过单片机每500ms读取一次。
35.管理终端在工作时能接收、识别并处理载有子终端发送的状态信息的无线信号，当任一所述子终端的状态信息触发危险指令时，所述管理终端能向携带者反馈所述危险指令。该危险指令指代某一监测信息的竖直变化量超过预设临界值或落入预设阈值内，如落水监控模块是用于监测学生的落水情况，对应的设置有电阻检测器，当学生落水后电阻检测器从干燥状态变成浸没在水中，其阻值变化的量远远超过了预设临界值，则该状态下便会触发危险指令，管理终端便会接收到该危险指令的反馈，从而及时对落水学生进行救援。
36.智能终端在整个系统中也起到了很重要的作用，该智能终端具有操作和读取所述管理终端接受到的来自子终端发送的状态信息的权限，即子终端向管理终端发送的状态信息可以被智能终端读取并显示，智能终端还能调取所有子终端向管理终端发送的状态信息以及任一子终端向管理终端发送的所有状态信息，智能终端还能通过命令控制向任一子终端内输入预设信息。智能终端调取的状态信息可通过显示模块进行显示，智能终端通过命令控制向任一子终端内输入预设信息的功能由控制指令模块实现，该控制指令模块实现输入预设信息的过程包括：调出控制界面——输入预设信息——传输预设信息——预设信息写入，预设信息写入是对应于子终端的过程，子终端内对应设置有存储该预设信息的存储模块。
37.上述的子终端内具体包括跌落监控模块、落水监控模块、电子围栏模块和一键sos救援模块。跌落监控模块能监控子终端携带者跌倒时的状态信息的变化并触发跌落危险指令；落水监控模块能监控子终端携带者落水时的状态信息的变化并触发落水危险指令；电子围栏模块能监控子终端携带者位置的状态信息的变化，并当携带者位置的状态信息超出管理终端设定的电子围栏范围时触发出范围危险指令。
38.跌落监控模块包括加速度监测单元和气压监测单元。该加速度监测单元可以读取xyz三个轴的加速度，通过单片机每100ms读取一次加速度值，将这一次的值减去上一次的值，若差大于200，计数器加一。若差值大于500，标志位置1。每采集20次后，计算计数器的值，若等于0，则为静止状态，若大于0小于12，则为走，若大于12则为跑步。
39.在静止状态下，不同姿态对于的xyz轴的加速度不同。采集下三轴的加速度：
[0040] xyz姿态采集阈值2500><<站立采集阈值2500<><左侧卧采集阈值2500<<>后仰
采集阈值2500><>右侧卧采集阈值2500>><前趴
[0041]
该气压监测单元可以读取所在位置高度的气压值，高度h与气压p的关系为：
[0042]
h＝44300*(1
‑
p/1013251/5.256)
[0043]
计算500毫秒内高度的变化值。
[0044]
同时结合气压监测单元与加速度监测单元的监测结果判断跌落状态，若高度变化大于1米且加速度值变化大于500，即可判断跌落。若只用气压计，有风或者空气流动会使气压值突然变化很大；若只用加速度计，在水平方向运动剧烈时会引起加速度变化大。
[0045]
落水监控模块包括电阻监测单元，电阻监测单元所监测的阻值会受所处环境的影响，如在干燥空气中的阻值要远小于在水中的阻值，从而产生阻值差额，每500ms读取一次阻值进行计算判断。
[0046]
电子围栏模块包括定位单元，该定位单元可以基于现有北斗卫星导航系统或gps或glonass实现定位并获取位置信息(包括经度、维度信息)。该电子围栏模块包括虚拟围栏和现实围栏，其中虚拟围栏由以管理终端为圆心、无线连接的有效距离或老师设定的距离为半径划定的圆来确定，现实围栏的范围则直接由管理终端现实位置所在单位的围栏确定，例如老师带学生参观动物园，则老师可以通过智能终端来设定该动物园的有效范围为现实围栏的范围，而该现实围栏的范围可以从离线地图中加载。
[0047]
电子围栏模块的现实围栏功能实现过程如下，老师预先在智能终端上设定目标地点，并读取该地点所在单位的地图信息，根据地图信息上的单位的有效边界生成现实围栏；并将该现实围栏的信息写入管理终端；子终端的电子围栏模块获取其对应的位置信息，并将位置信息对应的经度、维度信息发送至管理终端，管理终端接收到子终端的经度、维度信息后在现实围栏中定位；若子终端的位置超出现实围栏的范围，则判定携带该子终端的学生脱离管控，触发危险指令，由管理终端向老师发生警报，同时老师也可以通过智能终端获取更精确的信息，如学生的信息、脱离时间、脱离现实围栏的位置。
[0048]
该现实围栏实现的前提条件是，所生成的现实围栏范围不能超出无线传输的极限距离。
[0049]
电子围栏模块的虚拟围栏功能实现过程如下，老师达到目的地后，设定安全半径，并基于管理终端的位置和安全半径生成一个圆形的虚拟围栏；子终端的电子围栏模块获取其对应的位置信息，并将位置信息对应的经度、维度信息发送至管理终端，管理终端接收到子终端的经度、维度信息后在虚拟围栏中定位；若子终端的位置超出虚拟围栏的范围，则判定携带该子终端的学生脱离管控，触发危险指令，由管理终端向老师发生警报，同时老师也可以通过智能终端获取更精确的信息，如学生的信息、脱离时间、脱离现实围栏的位置。
[0050]
当然，该虚拟围栏实现的前提条件是，所设定的安全半径不能超出无线传输的极限距离。
[0051]
一键sos救援模块包括信息储存单元、语音单元，所述信息储存单元储存有通过控制指令写入的预设信息，所述语音单元能读取信息储存单元中储存的救助信息并通过扬声器进行播放。当学生确实走丢后，无法找到老师或同学，可以通过一键sos救援模块进行求救，学生端的设备上设有对应于该一键sos救援模块的触发按键，只要长按触发按键，语音单元就会从信息储存单元中读取关于学生的信息及求救话术，并通过语音单元播放出来。
这样，附近的人便可以帮助走丢的学生寻找老师或同行的学生。当然，为了进一步确保学生的安全，一键sos救援模块还可以设置报警单元，长按触发按键也会同时出发紧急报警功能。
[0052]
本实施例同时提供了该外出安全管理系统的信息传输方法。
[0053]
该方法包括如下步骤：
[0054]
对待传输的状态信息进行帧头封装，以封装了帧头的数据对应的二进制字串计算得到校验位，编码；
[0055]
将编码后的数据通过无线传输介质进行传输；
[0056]
接收数据后，识别数据是否封装有对应的帧头，若无则丢弃该数据，若识别到对应的帧头，则接收该数据；
[0057]
将接收到的完整的数据对应的进制字串进行校验计算，并将结果与校验位比对，若一致则解码并处理该数据，若否则丢弃该数据。
[0058]
下面将结合具体的设置对上述步骤进行说明。
[0059]
(1)无线传输的编解码:
[0060]
数据格式包括：帧头，数据长度，命令号，数据，校验位
[0061]
例如电子围栏模块中虚拟围栏对应的数据编码如下：
[0062][0063]
子终端传输的状态信息对应的数据编码如下：
[0064][0065]
管理终端及智能终端的控制指令信息对应的数据编码如下：
[0066][0067]
更具体的以“eb 9a 0b b0 11 26 98 66 32 0f a5 e7 a4 d3 73”这个数据信息为例：
[0068]
eb 9a为帧头，用于判断接收到的数据是否是所需的数据。
[0069]
0b是数据长度，代表数据长12个字节(精度4个，纬度4个，半径2个)
[0070]
b0是命令号，代表电子围栏设置命令，b1代表位置信息发生，b2代表命令查询
[0071]
11 26 98 66代表经度。
[0072]
32 0f a5 e7代表纬度。
[0073]
a4 d3代表半径。
[0074]
73代表校验位，用来确定数据是否正确。
[0075]
(2)数据传输的具体程序：
[0076]
接收到的数据是连绵不断的，一次会有很多数据。
[0077]
首先判断帧头是否为eb 9a。如果是，去接收到的第三位数据(例子中的0b)，可获得数据长度x，取后续的x 1个数据，即可在一堆数据中取到所需的命令的全部数据。其中这x个数据在校验成功后。即可认为是正确数据，供程序进行使用和判断。将这一命令的所有数据取得后，进行一系列运算，算出的值即为最后一位校验位(实例中的73)。
[0078]
发送时，除了校验位外所有的数据都是人工定义和设置的，校验位是通过自己定义的某种算法进行计算生成的，然后将他们打包发出去。接收取得数据后，现将校验位前的所有数据再次通过算法进行计算，若所得值与接收到的校验位一样，即说明校验成功，数据可用。之后即可根据通讯协议上的规则对数据进行解析，获得需要的命令。
[0079]
本实施例还将对校验算法进行进一步说明。
[0080]
1.将需要校验的所有数据转化为二进制数，然后将其转换为多项式g(x)。如：1a——00011010——0*x7 0*x6 0*x5 1*x4 1*x3 0*x2 1*x1 0*x0＝x4 x3 x
[0081]
2.将g(x)*x8＝x
12
x
11
x9＝h(x)
[0082]
3.将h(x)除x8 x2 x1 x0得：
‑
x6‑
2*x5‑
2*x4‑
2*x3‑
x2‑
x
[0083]
4.分别将系数除2取余。如：1/2取余＝1；2/2取余＝0
[0084]
5.得到新多项式：x6 x2 x＝1*x6 0*x5 0*x4 0*x3 1*x2 1*x1 0*x0得到新系数1,0,0,0,1,1,0
[0085]
6,将1000110转换为16进制即为0x46
[0086]
这个46即为我们所求的校验位。
[0087]
转化到程序算法中，通过异或进行迭代计算：
[0088]
如：1a——00011010；x8 x2 x1 x0——100000111
[0089]
将1a左移8位＝0001101000000000
[0090]
然后进行异或迭代：(从两个的头为1的位置开始)
[0091]
0001101000000000
[0092]
100000111
[0093]
——————————
[0094]
＝0101001110000
[0095]
100000111
[0096]
——————————
[0097]
＝001001001000
[0098]
100000111
[0099]
————————————————
[0100]
＝0001000110
[0101]
(只有7位无法与100000111异或，迭代结束)
[0102]
因此1000110＝0x46位校验位。
[0103]
本发明中采用的无线传输是采用微波作为信号数据传输的载体，容易被同波段或临近波段的微波干扰，因此采用封装和校验码的双重验证方式对所传输接收的数据进行识别和校验，可以避免无关信号的干扰。
[0104]
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0105]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。