[发明专利]一种基于物联网的智慧体育公园数据分析系统

权利要求书

1.一种基于物联网的智慧体育公园数据分析系统，其特征在于，包括设置在体育公园跑道上的记录点终端、分布设置在体育公园内的环境监测终端和边缘计算终端；

环境监测终端用于采集体育公园内的环境监测数据，并将采集到的环境监测数据传输到边缘计算终端；

记录点终端用于采集用户跑步记录信息，将采集到的用户跑步记录信息传输到边缘计算终端；

边缘计算终端用于根据接收到的环境监测数据分析当前体育公园内的环境状况，将环境状况分析结果传输到记录点终端；以及用于根据接收到的用户跑步记录信息完成用户跑步统计信息的更新，将更新的用户跑步统计信息传输到记录点终端；

记录点终端还用于显示环境状况分析结果和用户跑步统计信息；

记录点终端包括录入模块、感知打卡模块、通信模块和对应连接的显示终端；

录入模块用于在用户开始跑步时录入初始用户信息；

感知打卡模块用于在用户跑步过程中，感知经过记录点终端的用户的感知用户信息；

通信模块用于将初始用户信息和/或感知用户信息传输到边缘计算终端，以及用于接收由边缘计算终端传输的环境状况分析结果和/或用户跑步统计信息；

显示终端用于显示环境状况分析结果和/或用户跑步统计信息；

边缘计算终端根据接收到的初始用户信息完成用户登记；并根据接收到的感知用户信息判断其是否与已登记用户相匹配，当感知用户信息与已登记用户相匹配时，根据感知用户信息更新该用户的用户跑步统计信息，并将更新的用户跑步统计信息回传至对应的记录点终端；

录入模块包括人脸录入单元；感知打卡模块包括图像采集单元；其中，

人脸录入单元用于采集用户人脸图像，将采集到的用户人脸图像与用户身份信息进行绑定作为初始用户信息；

图像采集单元用于采集经过记录点终端的人脸图像作为感知用户信息；

边缘计算终端包括登记模块、图像处理模块和第一更新模块；

登记模块用于根据接收到的初始用户信息进行登记，将用户人脸图像与用户身份信息进行绑定，并初始化该用户对应的用户跑步统计信息；包括记录用户开始跑步的时间和录入初始用户信息的记录点终端位置信息；

图像处理模块用于对接收到的感知用户信息中的人脸图像进行处理，根据接收到的人脸图像与当前已登记的用户对应的初始人脸图像信息进行匹配识别，识别该人脸图像对应的用户身份信息，获取该感知用户信息与已登记用户的对应关系；

第一更新模块用于根据接收到的感知用户信息中的时间信息和位置信息对对应已登记用户的用户跑步统计信息进行更新；包括根据 感知用户信息中的时间信息和位置信息与当前用户跑步统计信息中记录的时间信息和位置信息计算由上一次更新时刻后用户的跑步距离和跑步时间，并与上一次 更新时刻记录的已跑步时间和跑步距离进行累加，得到当前的用户跑步统计信息；

其中，图像处理模块包括预处理单元和人脸识别单元；

预处理单元用于对获取的人脸图像进行增强处理，获取增强处理后的人脸图像，并根据增强处理后的人脸图像进行分割处理，获取图像中的人脸部分；

人脸识别单元用于根据获取的人脸部分进行特征提取处理，获取人脸部分中的特征参数；根据获取的特征参数与已登录用户对应的初始人脸图像的特征参数进行匹配识别，当识别到存在特征参数的相似度高于设定的标准阈值时，获取该相似的初始人脸图像对应的已登录用户身份信息；

预处理单元中对获取的人脸图像进行增强处理，具体包括：

对获取的人脸图像从RGB颜色空间转换到HSV颜色空间；

针对获取的明度分量V进行自适应亮度调节处理，其中采用的亮度调节函数为：

式中，V′(x,y)表示自适应亮度调节处理后像素点(x,y)处的明度分量值，V(x,y)表示像素点(x,y)处的明度分量值，表示以像素点(x,y)为中心的邻域范围内的邻域像素点的明度分量平均值，V_T表示设定的标准明度分量值，Z₁表示设定的明度特异阈值，ω₁和ω₂分别表示设定的权重因子，其中ω₁+ω₂＝1，ω₁≤ω₂，ω₃和ω₄分别表示设定的权重因子，其中ω₃+ω₄＝1，ω₃≤ω₄；

将人脸图像从HSV颜色空间转换到RGB颜色空间得到亮度调节后的人脸图像；

针对亮度调节后的人脸图像，进一步进行小波分解，得到对应的低频小波系数和高频小波系数；

针对获取的低频小波系数进行自适应滤波增强处理，其中采用的自适应滤波增强函数为：

式中，D′_i,j表示自适应滤波增强处理后的第i尺度第j个低频小波系数，D_i,j表示第i尺度第j个低频小波系数，D_i,m表示第i尺度各低频小波系数的平均值，D_i,σ表示第i尺度各低频小波系数的标准差，α表示设定的整体调节因子，β表示设定的局部调节因子；

针对获取的高频小波系数进行自适应滤波除噪处理，其中采用的自适应滤波除噪函数为：

式中，G′_i,j表示自适应滤波除噪处理后的第i尺度第j个高频小波系数，G_i,j表示第i尺度第j个高频小波系数，γ表示设定的抑制因子，δ表示设定的截断因子，T表示设定的截断阈值；

基于自适应滤波增强处理后低频小波系数和自适应滤波除噪处理后高频小波系数进行重构，得到增强处理后的人脸图像。