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基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法及系统

申请号 CN202410199343.9 申请日 2024-02-22 公开(公告)号 CN117939405A 公开(公告)日 2024-04-26
申请人 福寿康智慧医疗养老服务(上海)有限公司; 发明人 袁翔; 吴海斌; 江增世; 刘怡珺; 张瑞; 朱文锋;
摘要 本 发明 涉及巡房监测技术领域,提出一种基于蓝牙信标和 机器学习 的智能巡房监测方法及系统。该方法通过在关键区域部署蓝牙信标设备来发射 信号 ,并在养老院工作人员的移动设备中安装接收信号应用程序。应用程序捕获信号数据并将其上传至中央 服务器 ,服务器内运行的机器学习模型对这些数据进行处理和分析,实现人员身份识别、人员 定位 和追踪。通过精确监测工作人员在养老院的 位置 、移动路径和 停留时间 ,以确定服务人员是否正常完成巡房任务。本发明能够确保充分的照护 覆盖 范围,准确的监测工作人员巡房过程,为养老院提供了一种提高巡房 质量 和安全管理 水 平的解决方案,并为管理层提供详细的数据支持,以便于更好地规划资源和改进服务质量。
权利要求

1.一种基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法,其特征在于,包括下列步骤:
在巡房区域内布置蓝牙信标设备;
提供工作人员的身份识别模型;
提供巡房区域的房间指纹定位模型;
提供工作人员设备,所述工作人员设备上设有用于巡房监测的应用程序;
在工作人员携带工作人员设备进行巡房时,由所述应用程序在寻访过程中扫描蓝牙信标信号并记录蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值,并且记录工作人员的行走模式及手势数据;
由所述身份识别模型根据工作人员的行走模式及手势数据对工作人员的身份进行识别;以及
由所述房间指纹定位模型根据蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值确定工作人员在巡房过程中的位置数据。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法,其特征在于,提供身份识别模型包括下列步骤:
采集步态数据,其中使用传感器记录工作人员在一段时间内的步态数据,将采集到的步态数据表示为时间序列G={g1,g2,...,gT},其中gt表示第t个时间点的步态数据;
采集手势数据,其中使用传感器记录工作人员在一段时间内的手势数据,将采集到的手势数据表示为时间序列M={m1,m2,...,mT},其中mt表示第t个时间点的手势数据;
对采集到的步态数据进行预处理,其中包括去除噪声以及归一化处理,预处理后的步态数据表示为下式:
对采集到的手势数据进行预处理,其中包括去除噪声以及归一化处理,预处理后的手势数据表示为下式:
使用时序模型从预处理后的步态数据中提取时序特征,将步态特征表示为下式:
使用时序模型从预处理后的手势数据提取时序特征,将手势特征表示为下式:
为每个工作人员的步态和手势数据标注对应的身份标签,身份标签集合表示为{1,
2,...,K},其中K表示工作人员的数量;
将步态特征与手势特征进行融合,其中使用特征融合方法将两个特征向量连接起来,表示为F={f1,f2,...,fT};以及
使用机器学习算法对融合后的特征以及身份标签进行训练,将训练得到的身份识别模型表示为MID。
3.根据权利要求1所述的基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法,其特征在于,提供巡房区域的房间指纹定位模型包括下列步骤:
收集N个房间内多个位置处蓝牙信标的接收信号强度指示值,其中每个房间收集M个位置的强度指示值,以X(i,j)表示第i个房间的第j个位置的信号强度值;
对收集到的强度指示值进行预处理,其中包括去除异常值以及归一化处理,归一化处理表示为下式:
其中,Xnorm(i,j)表示归一化后的第i个房间的第j个位置的信号强度值,min(X)和max(X)分别表示矩阵X中的最小值和最大值。
使用主成分分析对预处理后的数据进行降维以提取特征矩阵,其中以Y(i,j)表示第i个房间的第j个位置的降维后的特征矩阵;以及
使用支持向量机算法对提取的特征矩阵Y进行训练,其中将输入的特征矩阵Y与对应的房间编号进行关联以构造指纹定位模型,支持向量机算法的优化问题表示为下式:
T
subjecttoyi(wxi+b)≥1‑ξi,ξi≥0
其中,w表示超平面的法向量,b表示超平面的截距,C表示正则化参数,xii表示松弛变量,N表示样本数量,yi表示样本的房间编号,xi表示样本的特征向量。
4.根据权利要求3所述的基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法,其特征在于,构造巡房区域的房间指纹定位模型还包括:
使用测试数据集计算训练后的房间指纹定位模型的准确率、召回率以及F1分数指标以评估房间指纹定位模型的性能。
5.根据权利要求2所述的基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法,其特征在于,由所述身份识别模型根据工作人员的行走模式及手势数据对工作人员的身份进行识别包括:
在巡房过程中由应用程序周期性地记录工作人员的步态和手势数据;
对采集到的步态和手势数据进行预处理,得到 和
从预处理后的步态和手势数据中提取特征,得到FG和FM。
将步态特征FG与手势特征FM进行融合表示为下式:
F={f1,f2,...,fT};
使用训练得到的身份识别模型MID对融合后的特征F进行预测以得到工作人员的身份标签。
6.根据权利要求1所述的基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法,其特征在于,还包括:
根据工作人员在巡房过程中的位置数据校验巡房位置是否正确,当巡房位置异常时进行告警;
根据工作人员在巡房过程中的位置数据判断巡房时间是否达到阈值,当巡房时间没有达到阈值时进行告警;
根据工作人员的身份识别结果判断巡房人员是否被替代,当判断巡房人员被替代时进行告警;以及
当巡房位置正确,巡房时间达到阈值,并且巡房人员未被替代时,判断巡房情况正常。
7.一种基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测系统,其特征在于,包括:
蓝牙信标设备,其布置在巡房区域内;
工作人员设备,其上设有用于巡房监测的应用程序,其中由工作人员携带工作人员设备进行巡房,其中所述应用程序在寻访过程中扫描蓝牙信标信号并记录蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值,并且记录工作人员的行走模式及手势数据;
身份识别模,其被配置为根据工作人员的行走模式及手势数据对工作人员的身份进行识别;
房间指纹定位模块,其被配置为根据蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值确定工作人员在巡房过程中的位置数据;以及
监测模块,其被配置为根据工作人员在巡房过程中的位置数据校验巡房位置是否正确,当巡房位置异常时进行告警,根据工作人员在巡房过程中的位置数据判断巡房时间是否达到阈值,当巡房时间没有达到阈值时进行告警,根据工作人员的身份识别结果判断巡房人员是否被替代,当判断巡房人员被替代时进行告警,并且当巡房位置正确,巡房时间达到阈值,并且巡房人员未被替代时,判断巡房情况正常。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有机器可读指令,其特征在于,所述机器可读指令在被处理器执行时执行根据权利要求1‑6之一所述的方法的步骤。
9.一种计算机系统,其特征在于,包括:
处理器,其被配置为执行机器可读指令;以及
存储器,其被存储有机器可读指令,所述机器可读指令在被处理器执行时执行根据权利要求1‑6之一所述的方法的步骤。

说明书全文

基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法及系统

技术领域

[0001] 本发明总的来说涉及巡房监测技术领域。具体而言,本发明涉及一种基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法及系统。

背景技术

[0002] 随着老龄化社会的来临,养老院作为特殊的社会服务机构,其服务质量和管理效率日益受到重视。特别是在巡房监测方面,需要确保每个住户都能得到适时适度的关注和服务。传统的人工巡房监测存在着效率低下、信息不透明的问题,而市场上现有的巡房监测方法存在着监测精度低、无法监测替代巡房、系统部署复杂、成本高等问题。
[0003] 现有的养老院巡房监测方法多依赖于人工记录监测或是巡房人员携带一个定制的设备,在指定位置通过设备和部署在周围环境中的定位识别设备通信完成打卡,基于设备签到一类技术的巡房监测方法,但是这些方法往往存在明显的局限性。手工记录虽然简单,但耗时耗,容易出错,并且缺乏记录的透明度,不易于数据整合和历史追踪。而设备打卡签到等类似技术虽然实现了一定程度的自动化,但受制于地理空间布局,设备信号范围有限,导致监测数据不准确,精度低;对于复杂和大面积的空间布局,系统部署、调试将更为复杂,精度更难以保证,成本也会更高;另外也难以对巡房人员轨迹做到追踪、难以检测代替他人巡房的行为。
[0004] 具体来说,现有的巡房监测方法仍存在以下问题:
[0005] (1)人工监测缺乏记录的透明度。监测护理人员是否准时巡房需要另一位工作人员的核实,很难提供完整透明的记录,记录的真实性依赖于监测人员的诚实和细心。
[0006] (2)无法监测替代巡房行为。巡房人员如果使用他人的设备替代他人巡房签到,现有的系统无法识别。因为大多现有的系统通过签到打卡设备信息来确认巡房人员身份,只要拿到他人签到打卡设备即可替代他人巡房签到,现有系统对此无法识别。
[0007] (3)系统部署复杂.市场上现有基于设备签到这种方案实现的监测系统涉及到复杂的系统部署和维护。一般需要在每个房间部署定位识别设备,部署设备数量大,会根据需要部署的区域面积成比倍增。因为需要部署在房间的这些设备必须能够正常通信,所以布局需要精心规划以覆盖全部关键巡检区域。另外巡房人员也需要随身携带定制的签到打卡设备,这些设备通常是专设计的,与现有的智能设备(如智能手机和平板电脑)兼容性较差,使用时需要专门的技术培训,需要专业知识来设置和保养,这些都极大增加了系统部署的复杂性。
[0008] (4)巡房判定不够智能准确。现有的巡房监测系统是通过判定巡房人员是否在巡房区域完成打卡签到动作来实现的,如果工作人员巡房后忘记打卡则系统判定工作人员没有完成巡房任务,从而导致误判。如果巡房人员没有真正的巡房,只是打卡签到,系统也会认为巡房人员完成巡房。
[0009] (5)定位精度低。在现有巡房监测系统中,定位精度通常局限于设备的有效覆盖范围,加上不同区域空间环境条件各异、物理障碍物、信号干扰等,这就导致定位精度准确度很难得到保证。
[0010] (6)成本较高。市场上现有基于设备签到这种方案实现的监测系统需要部署的设备比较多,包括每个房间的定位设备和人员使用的签到设备等,这些设备还需要日常维护保养,另外还需要额外的系统集成开发成本,这种部署复杂、部署设备多的系统会导致高额的成本。

发明内容

[0011] 为至少部分解决现有技术中的上述问题,本发明提出一种基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法,包括下列步骤:
[0012] 在巡房区域内布置蓝牙信标设备;
[0013] 提供工作人员的身份识别模型;
[0014] 提供巡房区域的房间指纹定位模型;
[0015] 提供工作人员设备,所述工作人员设备上设有用于巡房监测的应用程序;
[0016] 在工作人员携带工作人员设备进行巡房时,由所述应用程序在寻访过程中扫描蓝牙信标信号并记录蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值,并且记录工作人员的行走模式及手势数据;
[0017] 由所述身份识别模型根据工作人员的行走模式及手势数据对工作人员的身份进行识别;以及
[0018] 由所述房间指纹定位模型根据蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值确定工作人员在巡房过程中的位置数据。在本发明一个实施例中规定,构造身份识别模型包括下列步骤:
[0019] 采集步态数据,其中使用传感器记录工作人员在一段时间内的步态数据,将采集到的步态数据表示为时间序列G={g1,g2,...,gT},其中gt表示第t个时间点的步态数据;
[0020] 采集手势数据,其中使用传感器记录工作人员在一段时间内的手势数据,将采集到的手势数据表示为时间序列M={m1,m2,...,mT},其中mt表示第t个时间点的手势数据;
[0021] 对采集到的步态数据进行预处理,其中包括去除噪声以及归一化处理,预处理后的步态数据表示为下式:
[0022]
[0023] 对采集到的手势数据进行预处理,其中包括去除噪声以及归一化处理,预处理后的手势数据表示为下式:
[0024]
[0025] 使用时序模型从预处理后的步态数据中提取时序特征,将步态特征表示为下式:
[0026]
[0027] 使用时序模型从预处理后的手势数据提取时序特征,将手势特征表示为下式:
[0028]
[0029] 为每个工作人员的步态和手势数据标注对应的身份标签,身份标签集合表示为{1,2,...,K},其中K表示工作人员的数量;
[0030] 将步态特征与手势特征进行融合,其中使用特征融合方法将两个特征向量连接起来,表示为F={f1,f2,...,fT};以及
[0031] 使用机器学习算法对融合后的特征以及身份标签进行训练,将训练得到的身份识别模型表示为MID。
[0032] 在本发明一个实施例中规定,提供巡房区域的房间指纹定位模型包括下列步骤:
[0033] 收集N个房间内多个位置处蓝牙信标的接收信号强度指示值,其中每个房间收集M个位置的强度指示值,以X(i,j)表示第i个房间的第j个位置的信号强度值;
[0034] 对收集到的强度指示值进行预处理,其中包括去除异常值以及归一化处理,归一化处理表示为下式:
[0035]
[0036] 其中,Xnorm(i,j)表示归一化后的第i个房间的第j个位置的信号强度值,min(X)和max(X)分别表示矩阵X中的最小值和最大值。
[0037] 使用主成分分析对预处理后的数据进行降维以提取特征矩阵,其中以Y(i,j)表示第i个房间的第j个位置的降维后的特征矩阵;以及
[0038] 使用支持向量机算法对提取的特征矩阵Y进行训练,其中将输入的特征矩阵Y与对应的房间编号进行关联以构造指纹定位模型,支持向量机算法的优化问题表示为下式:
[0039]
[0040] subject toyi(wTxi+b)≥1‑ξi,ξi≥0
[0041] 其中,w表示超平面的法向量,b表示超平面的截距,C表示正则化参数,xii表示松弛变量,N表示样本数量,yi表示样本的房间编号,xi表示样本的特征向量。
[0042] 在本发明一个实施例中规定,构造巡房区域的房间指纹定位模型还包括:
[0043] 使用测试数据集计算训练后的房间指纹定位模型的准确率、召回率以及F1分数指标以评估房间指纹定位模型的性能。
[0044] 在本发明一个实施例中规定,由所述身份识别模型根据工作人员的行走模式及手势数据对工作人员的身份进行识别包括:
[0045] 在巡房过程中由应用程序周期性地记录工作人员的步态和手势数据;
[0046] 对采集到的步态和手势数据进行预处理,得到 和
[0047] 从预处理后的步态和手势数据中提取特征,得到FG和FM。
[0048] 将步态特征FG与手势特征FM进行融合表示为下式:
[0049] F={f1,f2,...,fT};
[0050] 使用训练得到的身份识别模型MID对融合后的特征F进行预测以得到工作人员的身份标签。
[0051] 在本发明一个实施例中规定,所述的基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法还包括:
[0052] 根据工作人员在巡房过程中的位置数据校验巡房位置是否正确,当巡房位置异常时进行告警;
[0053] 根据工作人员在巡房过程中的位置数据判断巡房时间是否达到阈值,当巡房时间没有达到阈值时进行告警;
[0054] 根据工作人员的身份识别结果判断巡房人员是否被替代,当判断巡房人员被替代时进行告警;以及
[0055] 当巡房位置正确,巡房时间达到阈值,并且巡房人员未被替代时,判断巡房情况正常。
[0056] 本发明还提出一种基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测系统,包括:
[0057] 蓝牙信标设备,其布置在巡房区域内;
[0058] 工作人员设备,其上设有用于巡房监测的应用程序,其中由工作人员携带工作人员设备进行巡房,其中所述应用程序在寻访过程中扫描蓝牙信标信号并记录蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值,并且记录工作人员的行走模式及手势数据;
[0059] 身份识别模,其被配置为根据工作人员的行走模式及手势数据对工作人员的身份进行识别;
[0060] 房间指纹定位模块,其被配置为根据蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值确定工作人员在巡房过程中的位置数据;以及
[0061] 监测模块,其被配置为根据工作人员在巡房过程中的位置数据校验巡房位置是否正确,当巡房位置异常时进行告警,根据工作人员在巡房过程中的位置数据判断巡房时间是否达到阈值,当巡房时间没有达到阈值时进行告警,根据工作人员的身份识别结果判断巡房人员是否被替代,当判断巡房人员被替代时进行告警,并且当巡房位置正确,巡房时间达到阈值,并且巡房人员未被替代时,判断巡房情况正常。
[0062] 本发明还提出一种计算机可读存储介质,其上存储有机器可读指令,其特征在于,所述机器可读指令在被处理器执行时执行根据所述方法的步骤。
[0063] 本发明还提出一种计算机系统,包括:
[0064] 处理器,其被配置为执行机器可读指令;以及
[0065] 存储器,其被存储有机器可读指令,所述机器可读指令在被处理器执行时执行根据所述的方法的步骤。
[0066] 本发明通过在关键区域部署蓝牙信标设备来发射信号,并在养老院工作人员的移动设备中安装接收信号应用程序。应用程序捕获信号数据并将其上传至中央服务器,服务器内运行的机器学习模型对这些数据进行处理和分析,实现人员身份识别、人员定位和追踪。通过精确监测工作人员在养老院的位置、移动路径和停留时间,以确定服务人员是否正常完成巡房任务。本发明能够确保充分的照护覆盖范围,准确的监测工作人员巡房过程,为养老院提供了一种提高巡房质量和安全管理平的解决方案,并为管理层提供详细的数据支持,以便于更好地规划资源和改进服务质量。
[0067] 本发明至少具有如下有益效果:
[0068] (1)提高了监测精度。通过精密的机器学习模型,能够实现对巡房人员准确定位,提升监测活动的准确性。
[0069] (2)实现了智能化巡房。通过自动化记录和监测巡房过程,无需人工打卡签到,也杜绝了工作人员忘记打卡时误判为未巡房的情况,提高服务人员的工作效率,智能判断巡房人员身份,准确识别工作人员是否真正完成巡房任务。
[0070] (3)有效防止替代巡房行为。基于通过工作人员的行走模式动作生物特征进行认证是否是本人巡房,使得替代巡房几乎不可能。
[0071] (4)成本效益高。使用普及的蓝牙技术和智能设备,降低了技术投入和维护成本。
[0072] (5)易于部署和扩展。由于不依赖专用硬件,并且部署简单、部署设备少,只需要能够覆盖巡房区域的蓝牙信标设备即可,系统易于在现有养老院环境中部署和扩展。
[0073] (6)能够提供数据驱动的决策支持。所有的巡房数据最终均有留存,可用于后期分析巡房的质量,支持管理层进行数据驱动的决策。附图说明
[0074] 为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征,将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解,这些附图只描绘本发明的典型实施例,因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中,为了清楚明了,相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
[0075] 图1示出了实现根据本发明的系统和/或方法的计算机系统的示意图。
[0076] 图2示出了本发明一个实施例中一个基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法的流程示意图。
[0077] 图3示出了本发明一个实施例中一个基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测系统的模块示意图。

具体实施方式

[0078] 应当指出,各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出,而不一定是比例正确的。在各附图中,给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
[0079] 在本发明中,除非特别指出,“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外,“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系,而在一定情况下、如在颠倒产品方向后,也可以转换为“布置在…下或下方”,反之亦然。
[0080] 在本发明中,各实施例仅仅旨在说明本发明的方案,而不应被理解为限制性的。
[0081] 在本发明中,除非特别指出,量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
[0082] 在此还应当指出,在本发明的实施例中,为清楚、简单起见,可能示出了仅仅一部分部件或组件,但是本领域的普通技术人员能够理解,在本发明的教导下,可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外,除非另行说明,本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如,可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征,所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
[0083] 在此还应当指出,在本发明的范围内,“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等,而是允许一定的合理误差,也就是说,所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推,在本发明中,表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
[0084] 另外,本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出,各方法步骤可以以不同顺序执行。
[0085] 下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
[0086] 图1示出了实现根据本发明的系统和/或方法的计算机系统100。如非特殊说明,根据本发明的方法和/或系统可以在图1所示的计算机系统100中执行以实现本发明目的,或者本发明可以在多个根据本发明的计算机系统100中通过网络、如局域网或因特网分布式地实现。本发明的计算机系统100可以包括各种类型的计算机系统、例如手持式设备、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费者电子设备、网络PC、小型机、大型机、网络服务器、平板计算机等等。
[0087] 如图1所示,计算机系统100包括处理器111、系统总线101、系统存储器102、视频适配器105、音频适配器107、硬盘驱动器接口109、光驱接口113、网络接口114、通用串行总线(USB)接口112。系统总线101可以是若干种总线结构类型的任一种,例如存储器总线或存储器控制器、外围总线以及使用各类总线体系结构的局部总线。系统总线101用于各个总线设备之间的通信。除了图1中所示的总线设备或接口以外,其它的总线设备或接口也是可设想的。系统存储器102包括只读存储器(ROM)103和随机存取存储器(RAM)104,其中ROM 103例如可以存储用于在启动时实现信息传输的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)数据,而RAM 104用于为系统提供存取速度较快的运行内存。计算机系统100还包括用于对硬盘110进行读写的硬盘驱动器109、用于对诸如CD‑ROM之类的光介质进行读写光驱接口113等等。硬盘110例如可以存储有操作系统和应用程序。驱动器及其相关联的计算机可读介质为计算机系统100提供了计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。计算机系统100还可以包括用于图像处理和/或图像输出的视频适配器105,其用于连接显示器106等输出设备。计算机系统100还可以包括用于音频处理和/或音频输出的音频适配器
107,其用于连接扬声器108等输出设备。此外,计算机系统100还可以包括用于网络连接的网络接口114,其中网络接口114可以通过诸如路由器115之类的网络装置连接到因特网
116,其中所述连接可以是有线或无线的。另外,此外,计算机系统100还可以包括用于连接外围设备通用串行总线接口(USB)112,其中所述外围设备例如包括键盘117、鼠标118以及其它外围设备、例如麦克、摄像头等。
[0088] 当本发明在图1所述的计算机系统100上实现时,可以确保充分的照护覆盖范围,准确的监测工作人员巡房过程,为养老院提供了一种提高巡房质量和安全管理水平的解决方案,并为管理层提供详细的数据支持,以便于更好地规划资源和改进服务质量。
[0089] 此外,可以把各实施例提供为可包括其上存储有机器可执行指令的一个或多个机器可读介质的计算机程序产品,这些指令在由诸如计算机、计算机网络或其他电子设备等的一个或多个机器执行时,可以引起一个或多个机器执行根据本发明的各实施例的操作。机器可读介质可以包括但不限于软盘、光盘、CD‑ROM(紧致盘只读存储器)和磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁或光卡、闪速存储器或适用于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。
[0090] 此外,可以作为计算机程序产品下载各实施例,其中可以经由通信链路(例如,调制解调器和/或网络连接)由载波或其他传播介质实现和/或调制的一种或多种数据信号把程序从远程计算机(例如,服务器)传输给请求计算机(例如,客户机)。因此,在此所使用的机器可读介质可以包括这样的载波,但这不是必需的。
[0091] 图2示出了本发明一个实施例中一个基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测方法的流程示意图。如图2所示,该方法包括:
[0092] S1、部署蓝牙信标。可以在养老院走廊的前后两端分别部署两个蓝牙信标设备,其中可以根据实际情况增加或者减少信标的数量,保证蓝牙信标信号覆盖到整个巡房区域即可。这些设备将发射特定ID的信号,以提供定位和监测功能。
[0093] S2、构造身份识别模型。收集工作人员在一段时间内的走路步态、以及查房时的手部动作行为数据。为每个工作人员建立一个行为特征库,并使用收集到的数据通过机器学习对其进行训练,以构造工作人员身份识别模型。
[0094] S3、构造指纹定位模型。在每个房间的多个位置采集蓝牙信标的接收信号强度指示(RSSI)值。这些数据点将构成该房间的信号指纹,并为每个数据点指定一个标签,例如房间编号。使用采集到的每个房间的信号指纹数据通过机器学习训练指纹定位模型。
[0095] S4、提供工作人员设备。工作人员携带一台配备蓝牙功能的移动设备,例如智能手机或智能手表。该设备安装了用于查房监测的应用App。
[0096] S5、信标信号接收。当工作人员巡房时,运行在工作人员设备上的应用程序将周期性地扫描周围的蓝牙信标信号,并记录信标的ID和接收到的信号强度(RSSI)。
[0097] S6、巡房轨迹识别。在工作人员在巡房过程中,设备上App将周期性接收到的信号强度(RSSI)发送给指纹定位模型,以确定工作人员当前的精确位置,最终将工作人员巡房过程的位置数据进存入后台数据库,方便后期绘制巡房轨迹及其他校验处理。
[0098] S7、巡房身份识别。工作人员在巡房过程中,设备上App将行走模式及手势数据发送给经过训练的工作人员身份识别模型,以识别当前巡房工作人员的身份,最终将身份识别后的数据存入后台数据库,用于后期对巡房人员巡房是否由他人替代做出判别。
[0099] S8、构造监测系统。监测系统从后台数据库中读取数据,对数据进行校验,判断每个巡房位置是否正确,即在有效的房间区域巡房,如果巡房位置数据不正确则提示巡房区域异常告警。巡房位置正确再判断巡房人员在房间内停留的时间是否达到指定阈值,如果没有达到指定阈值则视为巡房时间不够,触发相应告警提示。巡房时间达到阈值再判断巡房人员身份是否是他人替代,如果是他人替代则系统发出他人替代巡房告警,以上监测都通过的情况下则巡房正常。
[0100] 图3示出了本发明一个实施例中一个基于蓝牙信标和机器学习的智能巡房监测系统的模块示意图。如图3所示,该系统包括。
[0101] 蓝牙信标设备,其布置在巡房区域内;
[0102] 工作人员设备,其上设有用于巡房监测的应用程序,其中由工作人员携带工作人员设备进行巡房,其中所述应用程序在寻访过程中扫描蓝牙信标信号并记录蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值,并且记录工作人员的行走模式及手势数据;
[0103] 身份识别模块,其被配置为根据工作人员的行走模式及手势数据对工作人员的身份进行识别;
[0104] 房间指纹定位模块,其被配置为根据蓝牙信标的ID及接收信号强度指示值确定工作人员在巡房过程中的位置数据;以及
[0105] 监测模块,其被配置为根据工作人员在巡房过程中的位置数据校验巡房位置是否正确,当巡房位置异常时进行告警,根据工作人员在巡房过程中的位置数据判断巡房时间是否达到阈值,当巡房时间没有达到阈值时进行告警,根据工作人员的身份识别结果判断巡房人员是否被替代,当判断巡房人员被替代时进行告警,并且当巡房位置正确,巡房时间达到阈值,并且巡房人员未被替代时,判断巡房情况正常。
[0106] 下面具体说明本方法和/或系统的各模型的算法。
[0107] 其中指纹定位模型算法包括下列步骤:
[0108] (1)数据收集:收集每个房间的多个位置处蓝牙信标的接收信号强度指示(RSSI)值。设有N个房间,每个房间收集M个位置的信号强度数据。收集到的数据表示为矩阵X,其中X(i,j)表示第i个房间的第j个位置的信号强度值。
[0109] (2)数据预处理:对收集到的数据进行预处理,例如去除异常值、归一化等。可以使用以下公式对数据进行归一化:
[0110]
[0111] 其中,Xnorm(i,j)表示归一化后的第i个房间的第j个位置的信号强度值,min(X)和max(X)分别表示矩阵X中的最小值和最大值。
[0112] (3)特征提取:使用主成分分析(PCA)对预处理后的数据进行降维,提取特征。假设降维后的特征矩阵为Y,其中Y(i,j)表示第i个房间的第j个位置的特征值。
[0113] (4)模型训练:使用支持向量机(SVM)算法对提取的特征矩阵Y进行训练。训练过程中,将输入的特征矩阵Y与对应的房间编号进行关联,以建立指纹定位模型。
[0114] SVM的目标是找到一个超平面,将不同房间的特征向量分开。可以使用以下公式表示SVM的优化问题:
[0115]
[0116] subject toyi(wTxi+b)≥1‑ξi,ξi≥0
[0117] 其中,w是超平面的法向量,b是超平面的截距,C是正则化参数,xii是松弛变量,N是样本数量,yi是样本的房间编号,xi是样本的特征向量。
[0118] (5)模型评估:使用测试数据集对训练好的模型进行评估,计算模型的准确率、召回率、F1分数等指标,以评估模型的性能。
[0119] 身份识别算法包括下列步骤:
[0120] (1)数据收集,其中包括:
[0121] 步态数据收集,其中使用传感器(如加速度计)记录工作人员在一段时间内的步态数据。假设采集到的步态数据为一个时间序列,表示为 其中gt表示第t个时间点的步态数据;以及
[0122] 手势数据收集,其中使用传感器(如陀螺仪)记录工作人员在一段时间内的手势数据。假设采集到的手势数据为一个时间序列,表示为M={m1,m2,...,mT},其中mt表示第t个时间点的手势数据。
[0123] (2)数据预处理,其中包括:
[0124] 步态数据预处理,其中对采集到的步态数据进行预处理,例如去除噪声、归一化处理等。假设预处理后的步态数据表示为:
[0125]
[0126] 手势数据预处理,其中对采集到的手势数据进行预处理,例如去除噪声、归一化处理等。假设预处理后的手势数据表示为:
[0127]
[0128] (3)特征提取,其中包括:
[0129] 步态特征提取,从预处理后的步态数据中提取有用的特征。可以使用时序模型(如循环神经网络)提取时序特征。假设步态特征表示为:
[0130]
[0131] 手势特征提取,从预处理后的手势数据中提取有用的特征。可以使用时序模型(如循环神经网络)提取时序特征。假设手势特征表示为
[0132]
[0133] (4)模型训练,其中包括:
[0134] 数据标注,其中为每个工作人员的步态和手势数据标注对应的身份标签。假设标签集合为{1,2,...,K},其中K表示工作人员的数量。
[0135] 特征融合,其中将步态特征和手势特征进行融合,得到最终的特征表示。可以使用特征融合方法,例如将两个特征向量连接起来,表示为F={f1,f2,...,fT}。
[0136] 模型训练,其中使用机器学习算法(如支持向量机、决策树随机森林等)对特征和标签进行训练。假设训练得到的身份识别模型为MID。
[0137] (5)身份识别,其中包括:
[0138] 数据采集,巡房人员设备上的应用程序周期性地记录工作人员的步态和手势数据。
[0139] 数据预处理,对采集到的步态和手势数据进行预处理,得到 和
[0140] 特征提取,从预处理后的步态和手势数据中提取特征,得到FG和FM。
[0141] 特征融合,将步态特征FG和手势特征FM进行融合,得到最终的特征表示。可以使用特征融合方法,例如将两个特征向量连接起来,表示为下式:
[0142] F={f1,f2,...,fT}
[0143] 身份识别,使用训练得到的身份识别模型MID对融合后的特征F进行预测,得到工作人员的身份标签。
[0144] 数据处理模块算法可以包括:
[0145] (1)初始化,其中包括训练指纹定位模型,训练身份识别模型以及初始化。
[0146] (2)将工作人员设备上的应用程序配置为当工作人员巡房时执行下列动作:
[0147] 扫描周围的蓝牙信标信号作为扫描结果;根据扫描结果处理信标信号,其中提取信标ID生成信标ID列表,并且提取信号强度生成信号强度列表;进行巡房轨迹识别,根据指纹定位模型基于信标ID列表以及信号强度列表确定当前位置;进行巡房身份识别,其中获取行走模式以及手势数据,并且通过工作人员身份识别模型基于行走模式以及手势数据进行身份识别;存储数据至后台数据库,其中包括存储轨迹数据以及身份数据。
[0148] (3)将监测系统配置为执行下列动作:
[0149] 从后台数据库读取数据,其中包括读取轨迹数据以及读取身份数据;根据轨迹数据校验巡房位置是否正确,当巡房位置异常时进行告警;根据轨迹数据判断巡房时间是否达到阈值,当巡房时间没有达到阈值时进行告警;根据身份数据判断巡房人员是否被替代,当判断巡房人员被替代时进行告警;当巡房位置正确,巡房时间达到阈值,并且巡房人员未被替代时,判断巡房情况正常。
[0150] 相对于现有技术,本发明至少能够解决如下技术问题:
[0151] (1)相较于现有技术,本发明的智能巡房监测方法通过利用普遍存在的智能手机或其他便携式设备捕获蓝牙信标设备信号,发射蓝牙信号的蓝牙信标设备也只需在关键的区域位置部署,不需要每个房间都部署,从而实现易于部署、成本低的优势。
[0152] (2)本发明结合机器学习,通过在不同巡房区域位置收集大量的信号数据训练出指纹定位模型,大大提高了巡房人员巡房过程中的定位精度和系统智能化。
[0153] (3)本发明通过在巡房人员使用的手机设备上安装相关的应用App,通过App实时追踪和监测服务人员的行动路径是否进入巡房区域以及在巡房区域停留的时间,从而判断巡房任务是否完成,全程不需要巡房人员签到的动作,使系统对巡房是否完成判定更加智能和准确。
[0154] (4)本发明利用机器学习技术通过对工作人员的行走模式、查房手势动作等生物特征数据训练得到人员身份识别模型,通过人员身份识别模型判断是否是本人,从而杜绝了他人代替查房的可能。
[0155] 总的来说,本发明提出了一种融合蓝牙信标技术和机器学习算法的智能巡房监测方法。其中分布安装低功耗的蓝牙信标于养老院各关键位置(比如走廊两端),只要蓝牙信标信号能覆盖到即可,并不需要保证每个落都要能接收到很强的信号。另外配有用于信号接收和处理的移动设备端应用程序。巡房人员设备捕获信标发射的信号,形成综合信号指纹用于辨识不同区域。收集的信号数据被发送到中央服务器,通过训练有素的机器学习模型进行处理。模型经过大量实际环境数据训练后,得到指纹定位模型,通过该模型能够精确预测工作人员的具体位置,并提供他们的移动轨迹。另外根据不同人员设备收集的走路步态、手部动作等数据通过机器模型训练学习处理,得到人员身份识别模型,用于辨别巡房过程中的人员身份。整套系统的部署和操作简便,无需专业的技术背景,便于养老院管理团队快速上手,并进行日常监测活动。
[0156] 尽管上文描述了本发明的各实施例,但是,应该理解,它们只是作为示例来呈现的,而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是,可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此,此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制,而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
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