智慧生命體征監(jiān)測床墊系統(tǒng)
1系統(tǒng)概述
智慧生命體征監(jiān)測床墊是一種通過物聯(lián)網(wǎng)傳感技術在人睡眠時對其生命體征實施監(jiān)測的新型管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以防范突發(fā)疾病死亡和偵測生理、心理異常罪犯為目標，通過生命體征數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測智能識別罪犯可能存在的多種異常情況。
2需求分析
掌握罪犯生命體征數(shù)據(jù)積極防范罪犯意外死亡是當前監(jiān)獄管理中的重要課題。
針對特護罪犯需要加強健康監(jiān)測的需求，本項目擬采用智能生命體征監(jiān)測床墊來實現(xiàn)相關功能。
生命體征監(jiān)測床區(qū)別于傳統(tǒng)胸牌式生命體征偵測的不同在于：
1、數(shù)據(jù)更準確：通過胸牌監(jiān)測生命體征需要讓胸牌緊貼手腕的特定位置，因此需要罪犯隨時給出予主動配合，否則無法獲取準確數(shù)據(jù)甚至無法檢測到數(shù)據(jù)。而監(jiān)測床則在罪犯就寢時對其健康數(shù)據(jù)進行采集，無須罪犯特意配合即可采集。因此數(shù)據(jù)較胸牌式更為準確。
2、數(shù)據(jù)更客觀：胸牌式監(jiān)測系統(tǒng)由于只能在罪犯配合的情況下才能采集到較為準確的數(shù)據(jù)。而罪犯的活動都會影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)無法反映健康的本質(zhì)情況。而罪犯睡覺后處于無意識狀態(tài)下，獲取的數(shù)據(jù)更接近罪犯本體情況，更適用于管理。
3、作用更突出：由于白天罪犯成群活動且有民警現(xiàn)場管理，因此發(fā)生突發(fā)疾病后能夠得到及時救治。而在夜間，缺少有效互助和監(jiān)督的情況下突發(fā)疾病更容易導致嚴重的后果。而監(jiān)測床墊在衣間不間斷地監(jiān)測每名特護罪犯的身休狀況，當生理指數(shù)超過限值后能夠立即發(fā)出報警從而給夜間防范突發(fā)疾病致死的發(fā)生提供有益的幫助。
3系統(tǒng)設計
3.1系統(tǒng)設計參照指標
無線通信頻率433MHz，非此頻段的定位系統(tǒng)需提供省、部級（含）以上權威機構出具的檢測報告證明空中通訊協(xié)議需采用非Bluetooth/WIFI（802.11a/b/g/n）/3G/4G 的私有通訊協(xié)議
3.2工作原理
系統(tǒng)由前端監(jiān)測床墊、無線通信設備以及后端的系統(tǒng)軟件和服務器組成。其中，無線通信設備可與人員定位系統(tǒng)共用，避免重復投資。
床墊中內(nèi)置微振傳感器，可以在免接觸的狀態(tài)下獲取人體傳遞出來的心跳和呼吸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)獲取后能夠以無線方式上傳至服務器并在服務器端對數(shù)據(jù)進行分析后實現(xiàn)通過客戶端軟件對異常情況的主動報警和提示。
3.3初步功能設計
1、系統(tǒng)基本功能
1)心率偵測
罪犯躺在智能床上時，系統(tǒng)可以準確采集到罪犯的心率數(shù)據(jù)。
2)呼吸偵測
罪犯的每次呼吸都會被傳感器識別并在系統(tǒng)中進行記錄，從而形成呼吸數(shù)據(jù)記錄。
2、睡眠狀態(tài)偵測功能
1)入睡狀態(tài)偵測
系統(tǒng)能夠依據(jù)罪犯的當前心率、呼吸數(shù)據(jù)準確分析出床上的罪犯是否處于入睡狀態(tài)。
2)翻身狀態(tài)偵測
罪犯翻身時會引起相關體征數(shù)據(jù)的變化，系統(tǒng)通過分析可以準確識別出罪犯翻身。
3)體動狀態(tài)偵測
罪犯睡眠期間身體姿勢細微變化時會引導體征數(shù)據(jù)的變化，系統(tǒng)通過分析可以準確識別出罪犯無意識地體動行為。
4)離床狀態(tài)偵測
罪犯起身時會產(chǎn)生特定的數(shù)據(jù)體現(xiàn)，系統(tǒng)通過分析可以準確識別出罪犯離床行為。

3、體征數(shù)據(jù)基本分析
由于每個人的年齡不同、體質(zhì)不同、生活習慣不同，因此對于采集到的體征數(shù)據(jù)需要依據(jù)個人進行單獨分析才能客觀反映出每個人的基本生理情況。
目前監(jiān)獄已實行定床定鋪管理。因此系統(tǒng)可以結(jié)合定床定鋪規(guī)定對每名罪犯的基本體征數(shù)據(jù)進行分析。可分析的項目有：
1)平均心跳速度
系統(tǒng)依據(jù)特定罪犯在睡眠狀態(tài)下的歷史心率數(shù)據(jù)自動分析，計算出該罪犯的心跳速度范圍。平均心跳速度的分析結(jié)果為一個區(qū)間值域，代表了該罪犯的正常心率范圍。
2)平均呼吸頻率
系統(tǒng)依據(jù)特定罪犯在睡眠狀態(tài)下的歷史呼吸數(shù)據(jù)自動分析，計算出該罪犯的呼吸頻率范圍。平均呼吸頻率的分析結(jié)果為一個區(qū)間值域，代表了該罪犯的正常呼吸頻率范圍。
3)平均入睡速率
系統(tǒng)通過對上床和入睡狀態(tài)的偵測自動記錄特定罪犯的每次入睡速度。再通過對歷史入睡速度數(shù)據(jù)進行自動分析，計算出該罪犯的平均入睡速率范圍。平均入睡速率的分析結(jié)果為一個區(qū)間值域，代表了該罪犯正常狀態(tài)下從上床后直至進入睡眠狀態(tài)所用的平均時間。
4)平均睡眠時間
系統(tǒng)通過入睡狀態(tài)的偵測可以獲知特定罪犯的入睡時間和起床時間，從而得到每次睡眠的時長數(shù)據(jù)。再通過對歷史數(shù)據(jù)的分析可以計算出特定罪犯的平均睡眠時間。平均睡眠時間的分析結(jié)果為一個區(qū)間值域，代表了罪犯每天的平均睡眠時長。
5)平均體動次數(shù)
系統(tǒng)通過對翻身狀態(tài)的偵測可以獲知特定罪犯每次睡眠中的翻身記錄。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析可以計算出該罪犯的平均體動次數(shù)。平均體動次數(shù)的分析結(jié)果為一個區(qū)間值域，代表了該罪犯在睡眠狀態(tài)下的平均翻身次數(shù)。
6)平均起夜次數(shù)
系統(tǒng)通過對起身狀態(tài)的偵測可以獲知特定罪犯的正常起夜次數(shù)。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析可以計算出該罪犯的平均起夜次數(shù)。平均起夜次數(shù)代表了該罪犯的習慣性起夜規(guī)律。
4、異常提示、報警功能
系統(tǒng)自動依據(jù)生命體征值的變化監(jiān)測每名罪犯的活動行為。當出現(xiàn)重要或異常情況時系統(tǒng)將異常情況以提示和報警兩種方式進行發(fā)布，使民警能夠快速識別。
1)夜間離床提示
當罪犯夜間離床時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警提示并彈出該監(jiān)室的監(jiān)控視頻供民警查看。夜間離床報警可以根據(jù)需要設置為只有重點關注對象離床才報警或所有罪犯離床時都進行報警。其中重點關注對象與勤務管理平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動同步。
2)頻繁離床提示
當罪犯在設定的一段時間內(nèi)頻繁起身并達到一定數(shù)量時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警提示并彈出該監(jiān)室的監(jiān)控視頻供民警查看。時段長度和起身次數(shù)閾值可統(tǒng)一設置。
3)長時間未入睡人員提示
當罪犯在設定的時間內(nèi)依然未能入睡時，系統(tǒng)自動發(fā)出提示信息。民警點擊提示后系統(tǒng)調(diào)取罪犯所在監(jiān)室的監(jiān)控視頻供民警查看。
4)多人同時離床提示
當兩名以上罪犯同時或在極短時間內(nèi)先后離床時，系統(tǒng)自動發(fā)出提示信息。民警點擊提示信息后系統(tǒng)調(diào)取罪犯所在監(jiān)室的監(jiān)控視頻供民警查看。
5)低電提示
由于本項目使用的智能床墊是使用內(nèi)置電池供電的，因此需要對電量偏低的情況進行提示，使民警盡快更換電池。智能床能夠主動偵測電池電量，當電量偏低時，智能床主動發(fā)出低電量報警信息。
6)數(shù)據(jù)連接故障提示
本項目中智能床使用無線方式上傳狀態(tài)數(shù)據(jù)和報警信息。系統(tǒng)會自動監(jiān)測各設備間的數(shù)據(jù)通信狀態(tài)，如設備失聯(lián)系統(tǒng)立即提示。
7)離床超時報警
當罪犯離開床鋪超過一定時間未上床休息時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警提示并彈出該監(jiān)室的監(jiān)控視頻供民警查看。離床超時時間可以統(tǒng)一設置。
8)心跳和呼吸突變報警
當罪犯的心跳或呼吸突然變快或變慢且數(shù)據(jù)連續(xù)超過該人員的平均心率和呼吸值域時。系統(tǒng)自動發(fā)出報警并彈出該監(jiān)室的監(jiān)控視頻供民警查看。
9)設備盒打開報警
當罪犯打開設備盒時，智能床立即發(fā)出報警信號。系統(tǒng)聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)彈出該監(jiān)室的監(jiān)控視頻供民警查看。