一种基于GPS和GIS的中小学生条件监护方法

摘要

本发明公开了一种基于GPS和GIS的中小学生条件监护方法，首先构建GIS数字地图平台，在平台上设定有益目标位置及影响范围、不利目标位置及影响范围、报警条件；然后利用手机GPS实时获取学生的位置信息，根据位置的时间轨迹和报警条件分析判断，做出是否报警的决定，如果报警，则自动通过短信向家长或老师发出报警信息。本发明克服了已经存在的各种监护系统依靠有人监视进行监护的缺点，无需人员监视，即可实现自动监护，适合为自动条件的优点同时在这基础之上还完善了更多、更人性化的功能。由于本发明是灵活的，人性化的，这种设计方式与正处于成长期的青少年叛逆的性格相适应，有助于他们的身心健康，一定能成为广大中小学生的必备安全助手。

说明书

技术领域

本发明属于地理信息系统技术领域，涉及一种监护方法，具体涉及一种基于GPS 和GIS的中小学生条件监护方法。

背景技术

随着经济社会的不断发展，诸多的不良因素影响这广大中小学生的健康成长。而 处于成长期的中小学生性格较为叛逆，自律能力差，缺乏辨别是非能力。所以这不利于我们 的健康成长，给家庭，学校和社会带来了困扰。有不少中学生甚至有出入网吧，酒吧的不良 场所的行为。因此市场上迫切需要一种能保障学生安全、及时向家长反馈信息的智能监护 系统。

现在市场上已经存在的监护系统主要有以下两种：一是以老人/儿童手机、智能手 表、智能手环等穿戴设备等为代表的移动式监护系统，二是建立在校园内的“一卡通”卡务 式固定监护系统。但这些已有的监护系统都存在有不同的缺陷。

预装了GPS模块的老人/儿童手机可以实现对手机用户的定位和防走失等功能，而 且价格相对比较便宜。然而，这些具有价格优势且面向特定用户群体的手机却因为功能单 一、收费业务、交互性和用户体验效果等因素，最终没能得到广大用户群体的青睐。智能手 表、手环等穿戴设备是电子科技产品发展的新趋势，它集科技与时尚于一身，可以用于监测 人体的运动量、睡眠质量、血压、心率等健康指标，得到了广大潮流青年们的热捧。然而，功 能相对齐全的智能穿戴设备具有高昂的价格，而价格相对合理的，在功能上却又大打折扣。 另外，其复杂的使用方法，也并不适用于中小学生用户群体。同时，这些智能穿戴设备由于 屏幕的限制往往不能向用户提供地图服务、导航功能等业务。

卡务式管理系统即是学校为了方便对学生的管理而普遍采用的“一卡通”管理系 统，将其用于进出学校的凭证将可以实现对学生的智能管理。卡务式系统可以方便的记录 学生进出学校的时间，在系统界面可以查找到这些记录信息，但是却不能监督学生在离开 学校以后去了哪里。这就暴露了这一系统的弱点，即灵活性差、监护范围有限、针对性不强、 信息传递不及时。学校相对于社会是一个比较安全的场所，存在的不安全因素也相对较少， 然而卡务式系统只能在这个相对比较安全的范围内起作用，在存在较多不安全因素的社会 上却起不到任何监护作用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供可一种能够自动提示潜在危险因素和不良场 所、自动提醒学生和家长远离学校等特定位置、在必要时刻向学校和家长发出安全警报中 小学生条件监护方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于GPS和GIS的中小学生条件监护方法，其特 征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建GIS数字地图平台，在平台上设定有益目标位置及影响范围、不利目标位置 及影响范围、报警条件；

步骤2：利用手机GPS实时获取学生的位置信息，根据位置的时间轨迹和报警条件分析 判断，做出是否报警的决定。

作为优选，步骤1中所述警报条件分为“靠近警报型”和“远离警报型”两种；所述 “靠近警报型”是根据设置的不利目标位置及影响范围，当学生靠近该不利目标位置的影响 范围边界时，首先向学生发出安全警报，如果在一定时间内学生没有离开则向监护人发出 警报；所述“远离警报型”是根据学校的位置，当学生在不当时间段内离开学校则首先向学 生发出安全警报，如果在一定时间内学生还没有返校则向监护人发出警报。

作为优选，所述方法能根据手机加速度感应模块探测到手机速度及加速度的剧烈 变化，判断学生意外情况的发生，并第一时间通知监护人。

作为优选，所述手机加速度的剧烈变化，是把建立在手机上的传感器坐标系的X、 Y、Z轴坐标转换为以地理北、东、铅垂方向为轴向的坐标，将三个方向的加速度进行转换，判 断手机在垂直方向上的加速度剧烈变化。作为手机姿态的变化分析，利用对时间段内的加 速度数据进行积分运算，得到手机速度和轨迹路径，以此判断持有人是否受到意外冲击和 跌倒。

作为优选，当周围环境意外情况发生时，启动安全区导航功能，根据学生的当前位 置帮助学生寻找离学生最近的安全区域，并提供最近的导航路线。

本发明的有益效果为：

1.灵活性高；

本发明能够自动提示潜在危险因素和不良场所，在必要时刻向学校和家长发出安全警 报。它的警报条件可以根据需要创建、更改和删除，这样家长就能根据实际情况编辑监护条 件，提高了软件的灵活性和自主性，增强了它的适应性。

2.针对性强；

本发明建立在单个学生和家长单线形关系，而不是以学校为中心，建立每个学生与学 校的星形关系，不需要第三方的介入。因而针对性很强，能够确保家长针对自己的孩子做有 效的监护。

本发明并不是简单的对学生进行时时追踪，而是只在特定条件下做必要的安全监 护，不仅节省了家长的精力，也给孩子更多的自主空间，让孩子们能够接受。

3.具有对不可见安全隐患的识别功能；

考虑到一些平时看不到的潜在危险，本发明能识别空气污染，辐射等不可见安全隐患 的辨别能力。对特定的区域标定后，通过函数模型确定隐患区域，本发明就能在学生靠近隐 患区时发出警报。

函数模型是根据危险源类型采用不同的扩散模型。对于辐射源，采用按距离的三 次方衰减模型和安全阈值设定隐患区域；对于化学污染源，根据大气状态采用不同的扩散 模型。由函数模型设定隐患区域可以根据环境部门的监测资料进行。

4.灵敏的加速度感应功能；

由于一些交通事故，跌落等突发情况会引起加速度的剧烈变化，本发明利用加速度感 应模块，就能够在意外情况发生的第一时间通知监护人。

附图说明

图1：本发明实施例的流程图；

图2：本发明实施例的手机加速度路径积分示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不 用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种基于GPS和GIS的中小学生条件监护方法，包括以下 步骤：

步骤1：构建GIS数字地图平台，在平台上设定有益目标位置及影响范围、不利目标位置 及影响范围、报警条件；

本发明通过已有网络地图平台（百度、天地图、Google地图、微软Bing地图）获得地图和 开发工具支持，搭建GIS数字地图平台。通过在网络地图平台上叠加警报条件区域图层。警 报条件分为“靠近警报型”和“远离警报型”两种；“靠近警报型”是根据设置的不利目标位 置及影响范围，当学生靠近该不利目标位置的影响范围边界时，首先向学生发出安全警报， 如果在一定时间内学生没有离开则向监护人发出警报；“远离警报型”是根据学校的位置， 当学生在不当时间段内离开学校则首先向学生发出安全警报，如果在一定时间内学生还没 有返校则向监护人发出警报。

根据实际情况可以将学校等地段设置为“远离警报型”地段，将深水区，网吧等不 良场所设置为“靠近警报型”地段。也可将潜在辐射源，污染源设置为“靠近警报型”地段，设 置警报地段应当尽量以目标区域的中心为基准。

步骤2：利用手机GPS实时获取学生的位置信息，根据位置的时间轨迹和报警条件 分析判断，做出是否报警的决定。

学生的位置信息可以通过网络地图开发工具实现。作为本发明的一个实现范例， 若利用百度地图开发工具，通过一个到LocationManagerclass的引用，提供位置服务，通 过getSystemService方法从activity中获得服务；如果用户的位置发生改变，则通过 requestLocationUpdates方法来获得通知，然后根据用户位置和轨迹与条件区域的相对关 系进行警报判断。在实现接口的MyLocationListener类里，从SharedPreference里获取存 储的位置信息（retrievelocationFromPreferences）。通过计算判断，知道是否真正进入了 某个区域。通过继承BroadcastReceiver的类（ProximityIntentReceiver）来实现对事件的 响应。当proximityalert被触发，会返回一个自定义intent（之前绑定的 locationManager）。在onReceive方法处理事件。

本发明还能根据手机加速度感应模块探测到手机速度及加速度的剧烈变化，判断 学生意外情况的发生，并在第一时间通知监护人。

当学生遇到车祸等紧急情况而引起加速度发生剧烈变化时，通过手机内置的加速 度传感器可以获取这一过程中加速度的变化。通过对加速度传感器读取的参数的处理，软 件可以对监护人是否跌倒或者发生碰撞进行探测。如果发生剧烈碰撞或者跌倒摔伤严重， 本发明将自动向设定的号码发出短信提醒，从而保证了在意外情况发生时能够在第一时间 内通知监护人。

请见图2，本发明将获得的加速度传感器数据通过坐标转换和积分处理，得到该时 间段内手机运动的路径。在这个处理过程中，首先把建立在手机上的三轴坐标系旋转变换 为地理坐标系，即把建立在手机上的传感器坐标系的X、Y、Z加速度转换为地理的北、东、铅 垂方向的加速度。然后对设定时间段内的加速度数据进行积分运算，便可以得到手机加速 度的变化的路径。

本发明通过对加速度传感器数据的积分处理，还可用手机进行地震信息的探测， 自动采集地震时期的加速度变化数据，为研究地震避险提供数据支持。

城市是一个人口高度密集的生活区域，在地震等突发性自然灾害发生的时候怎么 样快速找到离自己最近的空旷区域至关重要。好在每个城市在规划布局的时候都留下了这 样的区域，只是平日里大家很少关注到这些。本发明还提供安全区导航功能，可以在突发事 件发生的时候根据使用者的当前位置帮助使用者寻找距离使用者最近的安全区域，并提供 最近的导航路线。

本发明的创新点为：

1.本发明克服了现有监护性手机、手镯等电子产品不适合这一特殊群体的应用和需要 专人监护的缺点。设计的条件监护区域预设功能，实现对多类型不健康因素空间位置预设 和预警条件的判断。从应用的可行性和先进性方面具有明显优势，实现了家长和老师对孩 子的智能监护。

2.本发明提出了安全区路径规划功能，在地震/火灾等紧急情况发生时，可以向用 户提供附近的安全区位置，并提供到达最近的安全区域的最佳路径。安全区一般是由当地 政府部门在城市规划时设定的供市民躲避自然灾害等突发情况的开阔区域。安全区的空间 信息可以由政府有关部门获取并上传至网络服务器，本发明调用安全区空间信息数据并利 用网络GIS进行路径规划。

3.实现了由GPS、GIS提供的定位功能、地图服务功能和安全监护功能的结合，将多 种功能合为一体，不需要安装太多的软件，从而为手机“减负”，节约内存空间。

4.提出了利用手机传感器感知监护对象健康状态的功能。利用手机自带的加速度 传感器和陀螺仪获取手机的姿态信息，进而感知携带着该手机的用户的状态。这其中利用 了这些传感器的参数，并对这些参数进行一定的数学处理，比如对路径积分等，然后根据处 理的结果和分析、判断用户的当前是否发生跌倒、碰撞等。跌倒的判断可以从加速度、速度、 运动轨迹提取特征量，一方面是出现较大的垂直向下的加速度，另一方面，通过加速度对时 间的一次积分得到手机运行速度的变化。

跌倒的判断依据可以初步设定为

（1）存在一段垂直加速度很高的时段；

（2）在随后一段时间垂直方向加速度接近0；

（3）在垂直加速度很高的时段里，有一段垂直运行路径，其路径由加速度的二次积分得 到。

由于加速度是以固定时间间隔采样的。二次积分可以用数值积分的方法，如直接 对加速度做二次累加，再与采样时间间隔的平方相乘。附图2是将一个手机抛摔后加速度二 次积分后的手机运行轨迹。实用中可以根据应用情况进一步优化判据，以降低误报率。

本发明提供的基于GPS和GIS的中小学生条件监护方法不同于任何一种已经存在 的监护方法，它综合了已经存在的各种监护系统的优点同时在这基础之上还完善了更多、 更人性化的功能。由于本发明是灵活的，人性化的，这种设计方式与正处于成长期的青少年 叛逆的性格相适应，有助于他们的身心健康，一定能成为广大中小学生的必备安全助手。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本 发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权 利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发 明的请求保护范围应以所附权利要求为准。