一种封闭环境人员活力状态检测分析预警系统及方法

技术领域

本发明涉及一种人员活力状态检测分析预警系统及方法，尤其是涉及一种封闭环境人员活力状态检测分析预警系统及方法。

背景技术

在现代社会生产与工作中，人们的工作压力与日俱增，如何在紧张的封闭式工作环境中保持良好的工作状态，并维持工作环境的适度活跃的氛围，对工作效率的提升、工作者身心健康都非常有意义。

现有技术中常聚焦于检测封闭环境(如办公室或者厂房车间)的人员运动状态，或者工作环境参数，比如温度、湿度、污染情况的检测，却很少关注工作人员或者生产人员本身的活力状况。工作人员或者生产人员的活力状况体现了工作者的生产活力和状态，是评估生产人员是否适应封闭环境，或者在该环境下生产人员是否能够发挥最大活力、创造力的一种指标。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种封闭环境人员活力状态检测分析预警系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种封闭环境人员活力状态检测分析预警系统，该系统包括依次连接的活力检测模块、活力分析模块和展示预警模块，所述的活力检测模块包括分布在被测封闭环境中的用于检测表征人员活力状态的多种状态指标的传感器，所述的活力分析模块根据活力检测模块的检测结果进行处理得到封闭环境中人员活力状态情况，所述的展示预警模块对活力分析模块的处理结果进行展示并对异常情况进行报警。

活力检测模块还包括路由器和无线发送子模块，所述的传感器均连接路由器，所述的路由器通过无线发送子模块连接活力分析模块。

活力检测模块中的传感器包括用于检测环境参数的传感器、用于检测人员活动情况的传感器以及用于检测人员与环境中的设备之间的交互状态的传感器。

所述的活力分析模块包括数据处理子模块以及与所述的无线发送子模块匹配的无线接收子模块，所述的数据处理子模块连接无线接收子模块。

所述的数据处理子模块包括存储单元、指标计算单元和综合活力计算单元；

所述的存储单元用于存储各个传感器的测量数据以及判断各项状态指标所属状态等级的阈值条件数据；

所述的指标计算单元根据各类传感器的测量数据以及存储单元存储的对应状态指标的阈值条件数据得到该状态指标的状态等级；

所述的综合活力计算单元根据各状态指标的状态等级计算得到整个封闭环境人员活力状态的综合活力状态等级。

所述的展示预警模块包括用于分别展示各项状态指标状态情况的单指标状态展示单元、用于指示综合活力状态情况的综合指示单元以及用于在某项状态指标或综合活力的处于异常状态时进行报警的报警单元。

所述的报警单元包括声光报警和图表展示报警。

一种采用上述的封闭环境人员活力状态检测分析预警系统进行检测分析预警的方法，该方法包括如下步骤：

(1)选取封闭环境中的检测点，在检测点分别布置不同的传感器用于测量不同的状态指标；

(2)活力分析模块获取所有传感器测量的数据并进行数据分析得到整个封闭环境的人员活力状态情况；

(3)展示预警模块对活力分析模块得到的人员活力状态情况进行展示并对异常情况进行报警。

所述的步骤(2)具体为：

首先，对于某一类状态指标，活力分析模块根据传感器测量的数据进行统计并与设定的阈值参数进行对比得到该状态指标的状态等级；

其次，活力分析模块根据各状态指标的状态等级计算得到整个封闭环境人员活力状态的综合活力状态等级。

所述的步骤(3)具体为：展示预警模块将各状态指标的状态等级以及综合活力等级分别进行展示，同时，当各状态指标的状态等级或综合活力等级为异常状态时触发报警。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明设置活力检测模块，通过表征人员活力状态的多种状态指标的传感器检测多种状态指标从而进行封闭式环境的人员活力状态情况的评判，并适时进行报警，提示异常情况，进而更好地保证工作人员的工作状态。

(2)本发明设置的传感器不仅仅考虑到环境参数，也考虑人员活动情况，同时还考虑人员与环境中的设备之间的交互状态，从而从不同的方便全面描述封闭环境中工作人员的活力状况，从而对封闭环境及工作人员的工作健康状况进行评估和度量，并在适当时机发出警报，提示环境与人员的异常状况，进而更好地保证工作人员的工作状态，以及与封闭的工作环境的正常交互状态。

(3)本发明设置的活力分析模块可以对不同状态指标进行状态等级计算，同时根据不同状态指标计算综合活力值进而得到综合活力等级，进而通过展示预警模块进行展示，方便人员了解异常状态时的真正原因，从而进行主动调整，达到人员活力状态检测分析预警的真正目的，使得封闭环境的活力状态尽快恢复正常。

附图说明

图1为本发明封闭环境人员活力状态检测分析预警系统的结构框图。

图中，0为被测封闭环境，1为活力检测模块，2为活力分析模块，3为展示预警模块，11为传感器，12为路由器，13为无线发送子模块，21为无线接收子模块，22为数据处理子模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种封闭环境人员活力状态检测分析预警系统，该系统包括依次连接的活力检测模块1、活力分析模块2和展示预警模块3，活力检测模块1包括分布在被测封闭环境0中的用于检测表征人员活力状态的多种状态指标的传感器11，活力分析模块2根据活力检测模块1的检测结果进行处理得到封闭环境中人员活力状态情况，展示预警模块3对活力分析模块2的处理结果进行展示并对异常情况进行报警。

活力检测模块1还包括路由器12和无线发送子模块13，传感器11均连接路由器12，传感器11通过直接或间接的方式与路由器12连接，其中间接连接是指各检测点之间的传感器11之间进行相互通信并连接至路由器12，比如在采用ZIGBEE方式组网，各个检测点之间的传感器11互相通信，同时与路由器12通信连接。

路由器12通过无线发送子模块13连接活力分析模块2。活力检测模块1中的传感器11包括用于检测环境参数的传感器、用于检测人员活动情况的传感器以及用于检测人员与环境中的设备之间的交互状态的传感器。活力检测模块1中的传感器11可以大致分为上述三类，实际应用时可根据具体情况选择其中的1种或2种或3种。

活力检测模块1用于检测封闭环境内人员活动状况，人员活动状况可以视作该封闭环境人员活力的表征。该模块由多个检测点和一个或多个路由器12构成，检测点和路由器12的数量取决于该封闭环境的空间大小和信息采集的数量和复杂程度，信息检测点越多，空间越开阔，需要的检测点就越多，需要管理的检测点越多，通过路由器12的数据量也会相应增加。

活力检测模块1检测的数据包括环境参数包括温度、湿度等等这些环境参数；人员活动情况比如可以包括其活动信息和发出的声音；人员与环境中的设备之间的交互状态，比如办公室环境下的办公设备(座椅、咖啡机，空调风扇，电脑、打印机)的使用状态，声音以及图像等等，或者在工厂车间环境下加工设备的开动与操作信息、排风扇、空调，噪声、温度与图像等等。这些设备或装置与工作人员交互的信息越多，就越能够全面反应该环境下人员活动状况。各个检测点分布于封闭环境的不同位置，按照各个检测点检测的活力参量性质的不同分为两类。如果是检测该环境内工作人员的移动状态，那么这类检测点应该分布在工作人员经常停留的区域；如果是检测该环境内工作人员使用或与之交互的设备，比如打印机、咖啡机，那么这类检测点应该分布在这些设备附近，或者以有线或无线的方式与之连接。

各个检测点之间、检测点与路由器12之间，可以通过有线或者无线的方式相互传递信息。每一个检测点就是一台嵌入式设备，其部件包括：采集信息的传感器11，用于计算的微处理器以及信息发送装置。路由器12也是一台嵌入式设备，其功能在于：(1)向各个检测点传递开启和关闭信息；(2)接收各个检测点的信息；(3)发送信息给活力分析模块2的接收器。检测点与路由器12之间、各个检测点之间、路由器12与活力分析模块2的接收器之间的信息发送和接收，可以通过无线的方式，或者有线的(标准总线)方式完成。

活力分析模块2包括数据处理子模块22以及与所述的无线发送子模块13匹配的无线接收子模块21，所述的数据处理子模块22连接无线接收子模块21。数据处理子模块22包括存储单元、指标计算单元和综合活力计算单元；存储单元用于存储各个传感器11的测量数据以及判断各项状态指标所属状态等级的阈值条件数据；指标计算单元根据各类传感器11的测量数据以及存储单元存储的对应状态指标的阈值条件数据得到该状态指标的状态等级；综合活力计算单元根据各状态指状态等级计算得到整个封闭环境人员活力状态的综合活力等级。

展示预警模块3包括用于分别展示各项状态指标状态情况的单指标状态展示单元、用于指示综合活力状态情况的综合指示单元以及用于在某项状态指标或综合活力的处于异常状态时进行报警的报警单元。报警单元包括声光报警和图表展示报警。展示预警模块3实现方式包含多种：比如通过计算机屏幕，以数据可视化的方式展示状态指标等级或综合活力等级以及预警；或者，通过LED指示灯柱显示活力指标，用声音或者灯光的预警。

一种采用封闭环境人员活力状态检测分析预警系统进行检测分析预警的方法，该方法包括如下步骤：

(1)选取封闭环境中的检测点，在检测点分别布置不同的传感器11用于测量不同的状态指标；

(2)活力分析模块2获取所有传感器11测量的数据并进行数据分析得到整个封闭环境的人员活力状态情况；

(3)展示预警模块3对活力分析模块2得到的人员活力状态情况进行展示并对异常情况进行报警。

步骤(2)具体为：

首先，对于某一类状态指标，活力分析模块2根据传感器11测量的数据进行统计并与设定的阈值参数进行对比得到该状态指标的状态等级；

活力分析模块2根据各状态指标的状态等级计算得到整个封闭环境人员活力状态的综合活力状态等级。

步骤(3)具体为：展示预警模块3将各状态指标的状态等级以及综合活力等级分别进行展示，同时，当各状态指标的状态等级或综合活力等级为异常状态时触发报警。

本实施例针对办公室这样的封闭环境进行人员活力状态检测，本实施例设置2大类传感器11，包括用于检测人员活动情况的传感器以及用于检测人员与环境中的设备之间的交互状态的传感器，对人员活动情况的检测包括人员活动信息和发出的声音；对人员与环境中的设备之间的交互状态检测包括办公人员的座椅以及办公区的饮水机。这个模块检测的信息来自多个检测点：对人员活动信息和声音的检测，可以是来自分布于办公室的多个检测点的运动传感器和声音传感器；对座椅和饮水机的检测，是通过安装在座椅和饮水机的传感器来获取其工作信息的，分别采用用于测量座椅移动的传感器、座椅负重信息的传感器，饮水机的开关信息等等。当然，在方案具体实施中，检测的人员和设备信息并不限于此，比如检测人员的身体坐、卧和站立的姿态等等，检测饮水机的使用时间、饮品的种类、用量等等。各个检测点的信息通过通信模块发送到路由器12，由路由器12统一将多个检测点的数据发送给活力分析模块2。注意：各个检测点的数据都是时间序列数据，也就是说，每个检测点记录的每一个数据都是与该数据产生的时间相关联的，该数据记录的是该时间点发生的动作或者行为。

该实施例中，对人员声音，通过模拟声音传感器来检测，对办公人员的座椅负重，使用柔性压电震动传感器来检测，饮水机的使用状态信息使用微动开关检测开关信息。这样，各个检测点包括上述传感器11、微处理器Arduino Uno和遵从Zigbee通信协议、且兼容Arduino的XBee无线传输模块，各个检测点检测到的信息由Zigbee通信模块发送到路由器12，由路由器12统一将多个检测点的数据发送给活力分析模块2。考虑到Zigbee组网的技术特点，每个XBee无线传输模块都有终端和路由器12的功能，所以活力分析模块2也包含XBee无线传输模块。采集信号的路由功能和发送接收功能均由XBee模块完成。因此该系统中即包含了3个状态指标，包括声音状态指标、座椅负重状态指标以及饮水机使用状态指标。

各个检测点的数据都是时间序列数据。比如，人员声音记录数据，表达为声音强度值的时间序列：

230，时间点1；

128，时间点2；

169，时间点3；

...，...

245，时间点t；

类似地，座椅负重状态和饮水机开关状态是数字量，可以表示为数字值的时间序列，其中T表示有负重，F表示无负重：

T，时间点1；

F，时间点2；

T，时间点3；

...，...

F，t。

活力分析模块2将收到的检测点数据进行统计处理，通过对单位时间发生动作或者行为的次数(座椅的负重，饮水机的开启和关闭)或者强度(声音大小)的分析，发现并记录在一定时间间隔内(小时，天，周或者月)各个类别数据的发生规律。办公室环境的人员活力状态体现为各个检测点信息的规律或者信息的综合规律。信息的综合是指各个检测点记录的多种信息或者各个检测点的等级评价信息以某种方式进行融合，得到一个包含多个检测点来源的数据的汇总信息，这个信息综合反应了该封闭环境的人员活力状况。

活力分析模块2：将收到的检测点数据进行统计处理，发现个类别数据的规律。这个模块也包含了能够进行运算和分析的计算机，这里的计算机可以是常见的单片机，或者也可以是常规的个人计算机。总之，单片机或者计算机接收到XBee无线传输模块传来的检测点信息之后，进行分析。

活力分析模块2根据测得的声音强度序列得到某一时段的声音强度平均值，并与预先存取的阈值进行比较，将状态指标的状态等级分为非常活跃、活跃、一般、不活跃和非常不活跃5个等级，每个等级对应一个阈值范围，从而通过比较得到声音状态指标的状态等级。同理对于其他状态等级也可做同样的操作。对于状态指标的状态等级可以根据需要进行划分。

同时，对于饮水机或座椅负重状态等级所涉及的阈值范围可以考查一月之内饮水机或者座椅每天开关状态的规律，统计每小时内人均饮水机开关次数的长期规律，然后通过相应规律来设定每一时段对应不同指标等级的具体阈值，比如对于饮水机开关次数工作日周一到周五的规律如表1下，可以以表1为参考，比如在13:00～14:00时段，若人均开关次数大于3则为过于活跃等级，人均开关次数为2.3～3则为活跃等级，人均开关次数为2.3～2则为一般等级，人均开关次数小于2则为不活跃等级，同时可以设定当处于过于活跃或不活跃则为异常状态，可以进行报警。这些报警条件均可以根据实际情况合理设置。

表1每小时内人均饮水机开关次数

同样地，记录单位时间(考虑到声音强度变换较为频繁，因此这里可以设置为每十分钟作为一个时间段)声音强度数据的平均值，记录此规律信息变化规律，将此作为正常的声音规律信息，并将此规律信息用作判断未来活力状态的依据。

综上，可以分别考查各个检测量，比如分别考查座椅负重、声音强度和饮水机开关的正常和异常情况作为判断活力状态的依据；或者，综合考查座椅负重、声音强度和饮水机开关的总体正常异常状况，作为办公室环境的人员活力状态的综合指标。这里，综合考查是指各个检测点记录的多种信息以某种方式进行融合，得到一个包含多个检测点来源的数据的汇总信息，这个信息综合反应了该封闭环境的人员活力状况。这里，我们将各个时间段(10分钟，30分钟或者一小时)的正常异常状况进行投票，当判断为正常的检测量个数大于判断为异常的检测量个数时，这一时间段就判断为正常，否则判断为异常。或者为各个状态判定值赋以权重，再作和，得到综合活力指标。

展示预警模块3：在考查活力状态结束后，就可以通过这个功能模块进行活力状态的展示和预警。这个模块的功能与前面的活力分析模块2不同，但在物理上是可以与之处于同一个系统比如同处于一台个人计算机的。计算机屏幕就承担了展示预警的功能；当然，也可以与活力分析模块2相分离，这时，这个模块可以是一套带有单片机的嵌入式系统，这个系统至少要包含扬声器和用于显示的屏幕或者灯柱。对于异常状态，该模块及时发出声、光警报；对于常规的活力状态，通过灯光色彩或者灯柱高度来表达目前办公室的活力状态；或者进一步，以图形图表的形式展示办公室的活力状态，这样，不仅仅包括总体活力状体，也包括了各个检测点的活力状态，比如：声音强度、座椅负重和饮水机开关，这样，大家也可以通过这些细节了解办公室活力状态正常或者异常的原因，从而主动调整状态，使得这一封闭环境的活力状态尽快恢复正常。

在本实施例中，声音强度、座椅负重和饮水机开关状态都是时间序列，声音强度值是0～255的模拟量，座椅负重和饮水机开关状态都是0或者1的开关量。持续监测该环境一段时间(比如连续一个月的测量)之后，考查三类时间序列，会发现三类检测量的变化规律，具体地：在这一个月之中，每个工作日的每个小时内，声音的平均强度值的范围，每个休息日的每个小时内，声音的平均强度值的范围，比如在工作日9:00到10:00声音强度的平均值是120。同理，也可以发现：在这一个月之中，每个工作日的每个小时内，座椅负重和饮水机开关的平均次数范围，每个休息日的每个小时内，座椅负重和饮水机开关的平均次数范围，比如在工作日9:00到10:00座椅负重的人均平均次数是3.5，饮水机开关的人均平均次数是2.7。从而可以上述检测数据设定各个状态指标的状态等级。

因为权利要求提到了状态等级，上文标黄处又举例说明了非常活跃、活跃、一般、不活跃和非常不活跃5个等级，那么为了支持这一说法，建议下面是不是可以这样写：

声音强度状态指标的4个状态等级的阈值条件分别为：非常活跃：大于180，活跃：140～180，一般：100～140，不活跃：60～100，非常不活跃：小于60；

座椅负重状态指标的4个状态等级的阈值条件分别为：非常活跃：大于5，活跃：3.9～5，一般：3.1～3.9，不活跃：1～3.1，非常不活跃：小于1；

饮水机开关次数状态指标的4个状态等级的阈值条件分别为：非常活跃：大于5.0，活跃：3.0～5.0，一般：2.4～3.0，不活跃：1～2.4，非常不活跃：小于1。

当检测到声音强度为145时，则此时声音强度这一状态指标的状态等级为活跃状态。

设定上述各状态指标的状态等级为“一般”时为0度异常，状态等级为“活跃”以及“不活跃”时为1度异常，状态等级为“非常活跃”以及“非常不活跃”时为2度异常。

在进行综合活力等级评定时，根据各状态指标的状态等级对应的异常度得到综合活力值异常度：如采集的状态数据表明，声音强度状态指标为2度异常，座椅负重状态指标为2度异常，饮水机开关未0度异常，那么加权计算综合活力值异常度为：(2+2+0)/3＝1.3，说明目前是1.3度异常。我们认为该环境下声音指标对活力影响较大，那么就可以为声音状态等级赋以较高权重，比如为声音赋以50％权重，为其他两个状态指标赋以25％权重，那么，按照上面的各个状态指标的等级数据，计算如下：2*0.5+2*0.25+0*0.25＝1.5，说明目前综合活力值异常度为1.5度。设定综合活力等级为综合活力值异常度即可，便能得到整个环境的综合活力等级，进而信息图表展示。同时可以设定当某一项状态指标状态等级处于2度异常时进行报警，设定当综合活力等级为超过1.2时进行报警。

实施例2

本实施例针对仓库这样的封闭环境进行人员活力状态检测，与实施例1不同之处在于：活力检测模块1至少要检测人和仓储空间两部分内容：对人员的检测包括其活动信息和发出的声音；对设备的检测包括仓库中的移动设备(比如自动小车AGV)的运行状态以及仓库里各个存储单元“空”或“满”的存储状态。这个模块检测的信息来自多个检测点：对人员活动信息和声音的检测，可以是来自分布于仓库中的多个检测点的运动传感器和声音传感器；对AGV和存储单元的检测，是通过安装在AGV和存储单元的传感器来获取其工作信息的，比如AGV的移动、负重信息，存储单元的“空”或“满”的信息等等。当然，在方案具体实施中，检测的人员和设备信息并不限于此，比如检测人员的身体坐、卧和站立的姿态等等，检测仓库货架的使用效率情况，货架上货品的内容信息等等。各个检测点的信息通过通信模块发送到路由器12，由路由器12统一将多个检测点的数据发送给活力分析模块2。注意：各个检测点的数据都是时间序列数据，也就是说，每个检测点记录的每一个数据都是与该数据产生的时间相关联的，该数据记录的是该时间点发生的动作或者行为。

活力分析模块2将收到的检测点数据进行统计处理，通过对单位时间发生动作或者行为的次数(AGV的负重，开启和关闭)或者强度(声音大小)的分析，发现并记录在一定时间间隔内(小时，天，周或者月)各个类别数据的发生规律。从而通过上述规律制定各个状态指标的状态等级的阈值范围。

展示预警模块3与活力分析模块2在功能上不同，在物理结构上可以处于一台嵌入式设备或者电脑之内，表现为集成到一个软件的两个功能。活力分析模块2得到的规律信息可以在展示预警模块3中进行展示，显示当前仓库的活力状态信息，并对异常信息进行预警。对仓库活力状态信息的展示可以是直接展示各个检测点的信息，因为一些检测点的信息：比如人员移动状况，可以直接表达人员的活力状态；而另一些活力状态可以通过活力分析模块2间接获得，比如通过AGV的工作状态确定人员活动状况，从而间接了解人员活力状况。