一种青少年安全单车系统技术方案

一种青少年安全单车系统，包括安装在单车上的下位机，设置在总控中心的服务器，以及设置在客户端和通讯设备上的移动端；下位机包括控制模块，以及与控制模块连接的电源模块、陀螺仪传感器模块、定位模块、开关锁模块、语音模块和通信模块；当系统启用时，定位模块和陀螺仪传感器模块向控制模块传输单车的状态信息，再由通信模块将数据上传至服务器，客户端可通过账号登录查看对应的数据；当采集数据异常时，控制模块触发语音模块报警，且服务器将异常数据转发到与单车对应的移动端；客户端用于账号登录，录入单车的规划路线和查看单车的实时位置。本发明专利技术实现了监测单车安全状态以及安全提醒的功能，让家长随时能够查看青少年的骑行状态是否安全。行状态是否安全。行状态是否安全。

【技术实现步骤摘要】
一种青少年安全单车系统


[0001]本专利技术涉及自行车安全系统
，具体涉及一种青少年安全单车系统。

技术介绍

[0002]自行车是我国交通出行的主要形式之一，其中12周岁以上的青少年也是自行车主力的一部分，它解决了大部分青少年独自出行的交通问题。学校作为青少年高频率出行的地点之一，其中往返的交通安全问题也非常重要，大多数青少年选择自行车来解决上学和放学的出行问题，锻炼身体的同时又能缓解家长日常生活的交通压力。但是根据安全生产协会的统计报告得出，在城市道路中，有40％的交通事故均与自行车有关，而且自行车在交通出行中处于弱者地位，所以在自行车事故中有人伤亡的占比很大。
[0003]虽然自行车很好的解决了青少年上学和放学的交通问题，但是其中存在的安全隐患很受家长关注。家长担心青少年在上学途中是否遇到摔倒和碰撞等安全问题。
[0004]传统的单车跌倒检测依赖于场景，大部分都是通过录像拍摄来判断是否有事故发生。这种方式存在一定的局限性，只能在人员聚集的场景下实现，而在人员稀少的地方，缺少摄像头的部署和维护，不容易判断是否有事故发生。也不能第一时间告知家长状态，缺乏一定的实时性。
[0005]另，在骑行途中是否偏离规划路线，是否按时到达学校等等问题。目前市场上暂无解决此类情况的设备，家长不能随时查看青少年的出行状态是否安全，所以如何监测青少年单车安全状态成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述提出的无法监测单车安全性的技术问题，本技术方案提供了一种青少年安全单车系统，通过陀螺仪传感器模块检测单车有没有受到摔倒和碰撞，通过定位模块检测单车的实时位置，可以有效的监控单车的安全；能有效的解决上述问题。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种青少年安全单车系统，包括固定安装在单车上的下位机，设置在总控中心用于整合多辆单车信息的服务器，以及设置在客户端和通讯设备上的移动端；所述的下位机包括控制模块，以及与控制模块连接的电源模块、陀螺仪传感器模块、定位模块、开关锁模块、语音模块和通信模块；当系统启用时，定位模块和陀螺仪传感器模块向控制模块传输单车的状态信息，再由通信模块将数据上传至服务器，客户端可通过账号登录查看对应的数据；控制模块利用植入的碰撞检测算法和偏航检测算法进行判断，当单车被碰撞或者偏航时，控制模块触发语音模块报警，同时，服务器将异常数据转发到与单车对应的移动端；客户端用于账号登录，录入单车的规划路线和查看单车的实时位置。
[0009]进一步的，所述的下位机安装在单车座椅后下端，陀螺仪传感器模块采用mup6050传感器，采集单车三轴加速度和三轴角速度，并进行碰撞检测判断。
[0010]进一步的，所述碰撞检测判断的具体操作步骤包括：
[0011]步骤1：数据采集，并对采集到的原始数据进行特征提取；采用mpu6050传感器进行数据采集，采集频率为50ms，对采集到的一个动作时域内的数据进行特征提取；设置采集数据的时域长度3s，特征值分别选取三轴加速度最大值，均值，方差，以及三轴角速度最大值，均值，方差作为网络模型的输入特征，并利用min
‑
max标准方式进行归一化处理，将处理后的样本按照8：2的比例划分为训练集和测试集，为后续的网络训练做准备；
[0012]步骤2：建立碰撞检测模型；首先，利用训练集对不同碰撞类型进行定义和标签；然后根据输入和输出的数据维度确定BP神经网络模型，并通过训练集对BP神经网络进行训练；最后，得到最优解模型的权重和偏置；
[0013]步骤3：通过训练好的模型对测试集进行状态识别；通过分类器进行状态分类，并与标签对比，取概率最大的输出结果为测试集数据的碰撞状态，验证模型的性能，测试模型的有效性，并通过微调从而确定网络的最终参数；
[0014]步骤4：碰撞强度判断；碰撞强度判断状态时识别完成之后，进行碰撞强度判断，判断依据为阈值判断；操作完成。
[0015]进一步的，步骤2所述对不同碰撞类型进行定义和标签是通过模拟单车正常行驶过程中被碰撞过程中，加速度传感器和陀螺仪传感器获取到的样本数据，所述采集的样本数据分为五类并定义标签：单车正常行驶的状态为0，前面被碰撞的状态为1，后边被碰撞的状态为2，左边碰撞的状态为3，右边被碰撞的状态为4；将五种状态分别取100个样本构成数据集，进行归一化处理。
[0016]进一步的，步骤2所述根据输入和输出的数据维度确定BP神经网络模型的具体操作方式是：首先根据训练样本的数据维度确定输入层的神经元个数；其次根据实验数据缩减数据维度；最后根据状态种类确定输出维度；
[0017]进一步的，步骤2所述通过训练集对BP神经网络进行训练是将训练集输入到深度神经网络模型中，训练过程主要分为两步：a：前向传播b：反向传播；
[0018]所述的前向传播是将输入的特征向量最为输入的神经元，通过隐藏层，确定其权重和偏置，经过激活函数非线性话之后进入输出层，确定其权重和偏置，经过分类器输出状态结果，本质上是来求误差；
[0019]所述的反向传播是根据前向传播得到的误差，将误差逐层反向传播至输入层，每层的神经元会根据该误差对权重参数进行更新，从而完成整个神经网络的训练。
[0020]进一步的，步骤4所述的碰撞强度判断是在状态判断完成之后进行，根据计算结果与阈值的比较，判断碰撞强度为轻度，中度以及重度三个种类。
[0021]进一步的，所述当单车被碰撞后，控制模块判断为异常状态，通信模块会将异常信息发送至服务器；当服务器收到单车状态异常信息时，将报警信息发送给单车对应的移动端联系家长，同时会触发单车的报警模块进行报警。
[0022]进一步的，所述的客户端采用安装在手机或平板或电脑上的APP，APP内设置有GPS定位系统，家长在GPS定位系统中录入单车的航路点，并求出航路点的最小外接矩阵存放在数据库中，规划路线；所述的定位模块采用GPS模块，GPS定位系统采集GPS模块的位置，当服务器收到GPS模块的定位信息超出最小外接矩阵时，将偏航信息发送给移动端。
[0023]进一步的，所述的通信模块采用GPRS传输模块；所述的电源模块采用锂电池，通过充电接口进行充电，为整个下位机装置进行供电；所述的开关锁模块用于单车的防盗。
[0024]有益效果
[0025]本专利技术提出的一种青少年安全单车系统,与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术使得家长能够在APP和移动端监测单车的运行轨迹和是否受到撞击，从而了解青少年在上学和放学途中骑行单车的状态是否安全。系统根据青少年单车运动数据分析，向家长发送单车异常状态的提醒，以便家长能够及时了解学生出行状况，有效判断青少年的骑行路线是否偏离规划路线，在骑行途中是否遇到摔倒和碰撞等情况。能从技术上解决无法监测青少年单车安全状态的问题
[0027](2)本专利技术可以低成本的在低人口密度场景有效检测单车状态，实时获取单车状态数据。同时提高了传统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种青少年安全单车系统，其特征在于：包括固定安装在单车上的下位机，设置在总控中心用于整合多辆单车信息的服务器，以及设置在客户端和通讯设备上的移动端；所述的下位机包括控制模块，以及与控制模块连接的电源模块、陀螺仪传感器模块、定位模块、开关锁模块、语音模块和通信模块；当系统启用时，定位模块和陀螺仪传感器模块向控制模块传输单车的状态信息，再由通信模块将数据上传至服务器，客户端可通过账号登录查看对应的数据；控制模块利用植入的碰撞检测算法和偏航检测算法进行判断，当单车被碰撞或者偏航时，控制模块触发语音模块报警，同时，服务器将异常数据转发到与单车对应的移动端；客户端用于账号登录，录入单车的规划路线和查看单车的实时位置。2.根据权利要求1所述的一种青少年安全单车系统，其特征在于：所述的下位机安装在单车座椅后下端，陀螺仪传感器模块采用mup6050传感器，采集单车三轴加速度和三轴角速度，并进行碰撞检测判断。3.根据权利要求2所述的一种青少年安全单车系统，其特征在于：所述碰撞检测判断的具体操作步骤包括：步骤1：数据采集，并对采集到的原始数据进行特征提取；采用mpu6050传感器进行数据采集，采集频率为50ms，对采集到的一个动作时域内的数据进行特征提取；设置采集数据的时域长度3s，特征值分别选取三轴加速度最大值，均值，方差，以及三轴角速度最大值，均值，方差作为网络模型的输入特征，并利用min
‑
max标准方式进行归一化处理，将处理后的样本按照8：2的比例划分为训练集和测试集，为后续的网络训练做准备；步骤2：建立碰撞检测模型；首先，利用训练集对不同碰撞类型进行定义和标签；然后根据输入和输出的数据维度确定BP神经网络模型，并通过训练集对BP神经网络进行训练；最后，得到最优解模型的权重和偏置；步骤3：通过训练好的模型对测试集进行状态识别；通过分类器进行状态分类，并与标签对比，取概率最大的输出结果为测试集数据的碰撞状态，验证模型的性能，测试模型的有效性，并通过微调从而确定网络的最终参数；步骤4：碰撞强度判断；碰撞强度判断状态时识别完成之后，进行碰撞强度判断，判断依据为阈值判断；操作完成。4.根据权利要求3所述的一种青少年安全单车系统，其特征在于：步骤2所述对不同碰撞类型进行定义和标签是通过模拟单车正常行驶过程中被碰撞过程中，加速度传感器和陀螺仪传感器获取到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虎，王俊，刘衷煜，叶茂青，张佳昕，屈浩阳，施赛菲，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：