[发明专利]一种基于云边协同的学生运动数据监测方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于云边协同的学生运动数据监测系统，其特征在于：包括相互连接的数据采集单元、边缘计算单元和云计算单元，穿戴设备包括体温感知模块、心率感知模块、步数感知模块、蓝牙传输模块和血氧感知模块，所述边缘计算单元包括路由模块一，异常数据检测模块、报警模块、数据同步模块和心跳模块，所述云计算单元包括路由模块二、存储模块、可视化模块、课时管理模块和心跳接收模块。本发明与现有技术相比的优点在于：能够对大规模的运动数据提供低延迟高性能服务，同时能够大大降低了远程通讯的吞吐量。

技术领域

本发明涉及物联网、边缘计算、智慧教育和信息系统技术领域，具体是指一种适用于智慧操场领域，基于边缘计算和云计算协同技术针对学生运动期间产生的实时数据进行监测的方法和系统。

背景技术

随着素质教育日益得到相关部门的重视和全民健身运动的观念深入人心。有相关数据显示，至2020年，体育培训产业的市场规模将超过2000亿元。同时，教育部对青少年的体育教学质量也十分重视，不断提高体育测试成绩在学生入学考试成绩中的占比。运用高科技手段比如物联网和大数据实时量化和监督个体学生的体育锻炼可以更具象地了解学生体育运动情况。

基于此背景，就有了学生体育监测系统，通过使用可穿戴设备获取学生运动的实时数据。一方面学生运动时产生的数据需要进行计算以观察学生健康是否处于正常的状态，对计算的低延迟性要求较高；另一方面所有的运动数据需要进行持久化的存储以进行进一步的课时情况统计和分析等。直接将数据发送到远程服务器进行计算和存储会产生两方面的影响。一是实时产生的大量数据会频繁的向服务器发送请求导致吞吐量较大，服务器承受的压力也会较大；二是使用http协议发送请求然后接收服务器的返回报文需要的时间相对较长，不能保证计算需要的低延迟。为解决上述技术问题亟需一种基于云边协同的学生运动数据监测方法和系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种基于云边协同的学生运动数据监测方法和系统，能够对大规模的运动数据提供低延迟高性能服务，同时能够大大降低了远程通讯的吞吐量。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于云边协同的学生运动数据监测系统，包括相互连接的数据采集单元、边缘计算单元和云计算单元；

所述数据采集单元为穿戴设备，对学生运动时产生的实时数据进行感知和采集，穿戴设备包括体温感知模块、心率感知模块、步数感知模块、蓝牙传输模块和血氧感知模块，所述体温感知模块包括一个温度传感器，所述心率感知模块包括一个光学心率传感器，其中心率用每分钟心跳数(BMP)表示，计算公式为：

其中IBI脉搏间隔由光学心率传感器以光电容积法测量得到；

所述血氧感知模块使用两个发光二极管，所述步数感知模块包括三轴加速度传感器和加速度传感器；

所述边缘计算单元用来接受设备发出的实时数据进行异常检测计算以及缓存和转发，包括路由模块一，异常数据检测模块、报警模块、数据同步模块和心跳模块，所述路由模块一基于MQTT协议完成请求的路由工作，所述异常检测模块包括体温异常检测、血氧异常检测和心率异常检测，如果体温和血氧的数据连续在T个时间单位内均小于或大于预设的阈值范围，则判断学生运动处于非健康状态，调用报警模块。如果每分钟心跳数处于正常的范围之外则立即调用报警模块；

所述报警模块会执行机器自动报警电话拨号当前时段注册的值班老师手机进行通知报警，报警内容包括学生姓名以及报警原因，当前号码无人接听则在预设时段后尝试重新拨打，超过固定次数仍无人接听则机器拨打平台注册的直接上级单位号码；