阅读说明：本技术 一种智能坐姿监控管理系统和方法 (Intelligent sitting posture monitoring and management system and method ) 是由 周成接 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能坐姿监控管理系统和方法,其特征是,包括：装有高度测量装置的升降桌椅；用于采集并上传桌椅高度数据的采集终端；根据各组桌椅的学生身高进行大数据分析计算得出适合该组桌椅的高度数据,将计算得到的高度数据与检测得到的高度数据进行比对的大数据平台。借助该系统和方法可以针对每一个学生的身高提供科学的课桌椅高度参数,并能监控各组课桌椅的高度变化,有助于校方和监管部门预防、降低学生出现近视和驼背的情况,充分发挥升降式桌椅预防近视、驼背的功能。(The invention discloses an intelligent sitting posture monitoring and managing system and method, which are characterized by comprising the following steps: a lifting table and chair provided with a height measuring device; the acquisition terminal is used for acquiring and uploading the height data of the table and the chair; and the big data platform is used for analyzing and calculating the big data according to the heights of the students of all the groups of tables and chairs to obtain height data suitable for the groups of tables and chairs and comparing the calculated height data with the detected height data. By means of the system and the method, scientific desk and chair height parameters can be provided for the height of each student, the height change of each group of desk and chair can be monitored, the system is beneficial to prevention of a school and a supervision department, the situations of myopia and humpback of the students are reduced, and the function of preventing the myopia and humpback of the lifting desk and chair is fully exerted.)

一种智能坐姿监控管理系统和方法

技术领域

本发明涉及一种教学辅助系统，更具体地说，它涉及一种智能坐姿监控管理系统和方法。

背景技术

教育是提高国民素质的有效手段，我国的中小学生数量位居世界前列，国家和国民对孩子的教育越来越重视。

目前，我国大多数的中小学校的课桌椅为传统的固定式结构——即课桌和椅子的高度是不可调节的，由于学生的身高不一，有时身高甚至存在明显差距，这就导致统一高度的课桌座椅并不能很好地适配一些学生的身高。导致了学生的近视率和驼背率不断增加。

申请号为201310073916.5的中国专利公开了一种带有升降装置的学生预防近视眼课桌椅，该课桌椅的桌子和椅子的高度均可调节，学生可以根据自己的身高来自行调节课桌椅的高度，从而能让自己以较为舒适的坐姿学习。但是，能够使学生保持正确的坐姿的课桌椅高度需要科学的数据为参考——即学生的身高、课桌的高度、椅子的高度这三者是相互关联的，学生在调节课桌椅高度的高度使完全是根据自己的习惯和喜好来调节，并没有科学的数据来参考，这种“盲调”的方式并不能使所有的学生将课桌椅调节至与自己身高合适的高度，并不能充分发挥升降式课桌椅降低近视率和驼背率的功能。

基于上述原因，急需设计一种针对于升降式课桌椅的智能坐姿监控管理系统和方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种智能坐姿管理系统和方法，借助该系统和方法可以针对每一个学生的身高提供科学的课桌椅高度参数，并能监控各组课桌椅的高度变化，有助于校方和监管部门预防、降低学生的近视率和驼背率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种智能坐姿监控管理系统，包括：

升降桌，其装有用于测量其桌面高度的第一测距传感器；

升降椅，其装有用于测量其椅面高度的第二测距传感器；

采集终端，其与桌椅编号对应，其与第一测距传感器和第二测距传感器通信连接，用于接收第一测距传感器和第二测距传感器输出值，并对输出值进行处理，将处理得到的桌椅高度数据上传至大数据平台；

大数据平台，其存储有各组课桌椅的学生身高数据，其与采集终端通信连接，用于接收采集终端上传的桌椅数据，并根据桌椅数据中的编号信息调取该组桌椅的学生身高数据，根据该学生的身高数据进行计算分析，得出适合该学生身高的座椅高度数据，并将计算分析得出的桌椅高度数据与采集到的桌椅高度数据进行比对，当两组数据有差异时发出提示信息。

作为优选方案：所述升降桌上还装有用于测量学生身体与桌面之间的水平距离的第三测距传感器，所述第三测距传感器与所述采集终端通信连接。

作为优选方案：所述升降桌上还装有用于拍摄学生面部的桌面摄像头，所述桌面摄像头与所述采集终端通信连接。

作为优选方案：所述升降桌上还装有用于显示桌椅高度的显示屏。

作为优选方案：所述采集终端包括微处理单元，还包括与微处理单元连接的电源模块和通信模块。

作为优选方案，所述大数据平台包括：

学生信息存储单元，其存储有各个学生的个人信息，包括姓名、身高和座位号数据；

数据模型存储单元，其存储有不同身高的坐姿数据模型；

计算分析单元，其根据座位号数据对应的学生身高数据，通过身高数据和坐姿数据模型进行计算分析，得出该适合座位号的学生身高的座椅高度数据；

比对提醒单元，其将计算分析得到的各个座位号的桌椅高度数据与采集得到的该座椅高度数据进行比对，当数据不一致时生成提醒信息。

作为优选方案：所述大数据平台还包括面部识别单元，所述面部识别单元用于对学生的面部图像进行识别，所述学生信息存储单元内还存储有学生的面部图像数据。

一种智能坐姿监控管理方法，包括以下步骤：

S1、对每一组升降式桌椅进行编号，并在每组座椅上加装用于检测其桌面高度和椅面高度的检测装置；

S2、将学生的学号与桌椅编号一一对应，采集学生的身高数据，建立包含有学号、桌椅号和身高数据的学生个人信息，将学生个人信息存储于学生信息数据库；

S3、根据各组桌椅的学生身高，利用坐姿模型进行计算分析，得出适合该组座椅的学生身高的参考桌面高度和椅面高度数据；

S4、借助检测装置的测量，将各组桌椅的桌面高度和椅面高度调节至参考高度；

S5、调节完成后，利用检测装置对每一组桌椅的桌面高度和椅面高度进行持续测量获得监测数据；

S6、将每组桌椅的高度监测数据与该组桌椅的高度参考数据进行比对，当两组数据出现的偏差超过阈值时生成提示信息。

作为优选方案：还包括监测学生身体与桌面之间的水平距离的步骤，该步骤通过在桌子上加装测距装置，以测量学生身体与桌面之间的水平距离，并将测得的水平距离与参考距离进行比较，当两者的偏差超过阈值时生成提示信息。

作为优选方案：还包括监测学生出勤状态的步骤，该步骤通过在桌面上加装摄像装置，在上课时段拍摄学生面部图像，以判断学生是否正常出勤，当判断学生未正常出勤时，则生成缺勤信息。

与现有技术相比，本发明的优点是：针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种智能坐姿管理系统和方法，借助该系统和方法可以针对每一个学生的身高提供科学的课桌椅高度参数，并能监控各组课桌椅的高度变化，有助于校方和监管部门预防、降低学生出现近视和驼背的情况，充分发挥升降式桌椅预防近视、驼背的功能。

附图说明

图1为桌椅的结构示意图；

图2为坐姿监控管理系统的原理图；

图3为坐姿监控管理方法的流程框图。

附图标记说明:1、桌子；2、桌面；3、第一测距传感器；4、采集终端；5、桌面摄像头；6、第三测距传感器；7、显示屏；8、椅子；9、椅面；10、第二测距传感器；11、讲桌； 12、门框；13、黑板；14、采集摄像头；15、标示条。

具体实施方式

实施例一：

一种智能坐姿监控管理系统。

参照图1，为本实施例中的桌椅结构示意图。其中在桌子1的桌面2下方安装有第一测距传感器3，第一测距传感器3为超声波传感器，第一测距传感器3用于检测其与地面之间的距离,将与第一测距传感器3的自身高度以及桌面2的厚度相加即可得到桌面2的上表面的准确高度L1；在桌子1的前端(即桌子1面向人体的一面)安装有第三测距传感器6，第三测距传感器6为红外传感器，其用于检测人体距离桌子1前端的水平距离L3；在桌面2上还装有桌面摄像头5以及显示屏7。

椅子8的椅面9下方装有第二测距传感器10，第二测距传感器10也为超声波传感器，第二测距传感器10用于检测其与地面之间的距离,将与第二测距传感器10的自身高度以及椅面9的厚度相加即可得到椅面9的上表面的准确高度L2。

在其他实施例中，上述的各个传感器也可以装在桌椅的其他地方，这里不一一列举。

在桌子1的抽屉内装有采集终端4，第一测距传感器3、第二测距传感器10、第三测距传感器6以及桌面摄像头5均与采集终端4通信连接。其中第一测距传感器3、第三测距传感器6以及桌面摄像头5均通过线缆与采集终端4连接；而由于第二测距传感器10是装在椅子8上的，其与采集终端4的连接可以采取有线或无线的连接方式，本实施例中可以通过连接梁将桌椅和椅子8的下部连为一体，利用线缆将椅子8上的第二测距传感器10与桌子1 上的采集终端4连接，将线缆隐藏在连接梁内即可。在其他实施例中，则可以通过在椅子8 上装入独立的电源模块和通信模块，将第二测距传感器10与采集终端4建立无限连接。

参照图2，为智能坐姿监控管理系统的构成示意图，该系统包括：前述的带有测距传感器、桌面摄像头和显示屏的升降桌椅；采集终端以及大数据平台。

采集终端识别号与桌椅编号一一对应，采集终端包括微处理单元，还包括与微处理单元连接的电源模块、通信模块，第一测距传感器、第二测距传感器、桌面摄像头以及显示屏均与微处理器连接。电源模块用于给微处理器、桌面摄像头、各个传感器、通信模块以及显示屏供电，通信模块用于与大数据平台进行通信以上传或下载数据。在系统工作的过程中，微处理对第一测距传感器和第二测距传感器测得的数据进行计算矫正，获得该采集终端对应的桌椅的准确桌面高度和椅面高度数据，并数据加密处理后，将加密数据上传至大数据平台。

本实施例中的通信模块包括RJ45、蓝牙模块、WiFi模块、ZigBee模块、物联卡通信模块中的一种或几种。

大数据平台包括：学生信息存储单元，其存储有各个学生的个人信息，包括学号、姓名、身高、座位号数据和面部图像数据；数据模型存储单元，其存储有不同身高的坐姿数据模型；计算分析单元，其根据座位号数据对应的学生身高数据，通过身高数据和坐姿数据模型进行计算分析，得出该适合座位号的学生身高的座椅高度数据；比对提醒单元，其将计算分析得到的各个座位号的桌椅高度数据与采集得到的该座椅高度数据进行比对，当数据偏差超过阈值时生成提醒信息。

在学生使用桌椅的时候，装在桌子前端的第三测距传感器检测学生的身体与桌子之间的水平距离L3，采集终端将L3数据上传至大数据平台，比对提醒单元将L3数据与预设的距离范围进行比较，当L3数值超出预设范围时，比对提醒单元生成提醒信息。

通过大数据平台对学生身高、桌面高度、椅面高度以及学生身体与桌子之间的水平距离的数据的监测，校方和监管部门通过接入大数据平台后，可以监控所以学生的坐姿情况，有助于预防、降低学生的出现近视和驼背。

在学生使用桌椅时，采集终端从大数据平台下载适合其对应的桌椅的高度数据，微处理器控制显示屏对座椅的高度信息进行显示，显示的信息包括当前桌面高度、当前椅面高度、参考桌面高度和参考椅面高度，以便于学生从显示屏上查看相关数据，为学生自行调节桌椅高度提供参考数据，提高系统的人性化程度。

本实施例中的大数据平台还包括面部识别单元，面部识别单元用于对学生的面部图像进行识别。

如图2所示，本实施例中的坐姿监控管理系统还包括身高测量装置，身高测量装置包括微处理单元，微处理单元连接有通信模块、电源模块和图像采集模块，图像采集模块连接有采集摄像头。

参照图2，身高测量装置需要布置在教室门口，将采集摄像头14安装固定在讲桌11的侧面，并使采集摄像头14朝向门框12，在门框12的内侧设置容易被辨识的标识条15。身高测量装置通过其通信模块与大数据平台通信连接。采集摄像头14用于拍摄门框12处的图像，大数据平台还包括身高计算单元，身高计算单元用于计算门框图像中的学生身高。

实施例二：

参照图3，一种智能坐姿监控管理方法，包括以下步骤：

S1、对每一组升降式桌椅进行编号，并在每组座椅上加装用于检测其桌面高度和椅面高度的检测装置；

S2、将学生的学号与桌椅编号一一对应，采集学生的身高数据、面部图像数据，建立包含有学号、桌椅号和身高数据、面部特征数据的学生个人信息，将学生个人信息存储于学生信息数据库；

S3、根据各组桌椅的学生身高，利用坐姿模型进行计算分析，得出适合该组座椅的学生身高的参考桌面高度和椅面高度数据；

该步骤包括测量学生身高的步骤。测量学生身高有两种方式：

第一种为人工测量，需要通过身高体重仪对每个学生的身高进行测量，将每个学生的身高数据录入学生信息存储单元。这种人工测量身高的方式有其局限性，因为学生处于生长发育阶段，往往身高变化较快，这就需要学校频繁组织学生进行体检，以测量各个学生的最新身高数据，该测量方式工作量大、十分繁琐，还会占用宝贵的教学时间。

第二种测量方式为自动测量，本实施例中的自动测量身高的实现方法为：通过安装在桌面侧面的采集摄像头对门框处的图像进行采集，将采集到的图像数据上传至大数据平台，面部识别单元对图像中的人脸区域进行识别和提取，再对提取的人脸图像进行面部特征识别，以识别该学生；同时，身高计算单元对图像进行二值化处理，以获得人体和标识条的清晰轮廓，再对人体区域和标识条区域进行分离并在同一基准参考系内对区域高度进行测算，之后根据标识条的实际高度，以及人体区域与标识条区域的比例，计算获得人体的实际身高，将测得的实际身高存入该学生的个人信息中，以覆盖旧的身高数据。计算分析单元再根据该学生的最新身高数据计算分析适合该学生的参考桌面高度和参考椅面高度数据，通过桌面上的显示屏予以显示。

S4、借助检测装置的测量，将各组桌椅的桌面高度和椅面高度调节至参考高度；

S5、调节完成后，利用检测装置对每一组桌椅的桌面高度和椅面高度进行持续测量获得监测数据；

S6、将每组桌椅的高度监测数据与该组桌椅的高度参考数据进行比对，当两组数据出现的偏差超过阈值时生成提示信息。

本实施例中还包括监测学生身体与桌面之间的水平距离的步骤，该步骤通过在桌子上加装测距装置，以测量学生身体与桌面之间的水平距离，并将测得的水平距离与参考距离进行比较，当两者的偏差超过阈值时生成提示信息。

本实施例中还包括监测学生出勤状态的步骤，该步骤通过在桌面上加装摄像装置，在上课时段拍摄学生面部图像，以判断学生是否正常出勤，当判断学生未正常出勤时，则生成缺勤信息。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。