黄丽 包头职业技术学院

一、引言

运动性猝死是人体在运动过程中或运动之后突然发生的猝死。一般情况下，运动性猝死常发生在有一定基础性心脏疾病的人群。主要原因是运动过程中由于心脏负荷的增加，心室肌的不均匀，在剧烈的体力活动或过度疲劳的情况下心脏负荷会急骤增加，引起心脏泵血功能障碍，出现突发心律失常而导致心脏停止，进而出现的急性猝死现象，这也是运动员发生猝死的最常见原因。

现在市场上监测心率等人体健康数据的仪器很多，医院会通过心率检测仪用于已有基础性心脏疾病的人群。但是，近些年我们发现，猝死常常发生在年轻人身上，因此，日常预防“运动性猝死”监测装置需求越来越大，现在广为大家熟悉的就是穿戴型心率监测手表，主要研发商是像华为、小米等公司出品的系列产品，但是，这些手表仅仅是对心率的一个记录监测，而没有预防预警作用。因此，本文研究就是针对普通人群，研究设计一款可以预警的“运动性猝死”监测装置，以达到真正保护人们生命健康的目的，提前预警做好防护。

二、系统架构

本文主要针对普通人群研究设计一款可以预警的“运动性猝死”监测装置，以达到真正保护人体生命健康，提前预警做好防护。监测装置以结合“大数据+物联网技术”，实时有效监控人体在日常、运动过程中的身体各项数据的采集、分析以及推送建议方案等。

本系统采用无线传感技术和数据分析技术相结合，建立一个智能传感采集，结合采集数据分析模型算法下的可预警的防“运动性猝死”监测装置，采用的是手腕穿戴型。系统主要由无线传感采集模块、数据传输模块、数据服务模型、数据分析模型算法机制以及预警反馈处理模块等组成。具体的系统架构如图1所示。

图1 人体监控系统架构图

（一）人体数据监测与数据采集层

系统设计的装置属于便携手腕式的，内置热感芯片，监测人体心率等参数，根据使用者运动情况，获取人体的运动学和动力学数据，采用实时无线模式进行数据交互。接触力检测面积≥0.8m*0.8m（长*宽），载荷Fz的检测频率≥500Hz，载荷Fx和Fy的检测频率≥300Hz，分辨率 Fz：±0.17N，线性度：0.2%FSO。

（二）无线传输层

系统采用无线网络传输方式（WTLS协议），它是基于WAP协议栈的一个为了提供向上层安全传输服务接口的协议。WTLS 协议使用的加密技术分为对称加密算法和非对称加密算法。其在通信连接构建之前，需要进行安全校验，通信双方首先使用非对称加密算法加密，信息格式为报文模式，在整个过程中需要双方进行数字签名以及验证。当建立了安全通信连接之后，通信双方再利用对称加密算法加密传输实际数据内容，可以获得高效的通信效率。本文数据的采集以及传输都是在无线传输模式环境下，主要是4G/5G、WiFi、Zigbee等已经非常成熟，传输稳定性能够完全保证，同时系统硬件架构的复杂度以及建设成本都达到了良好的控制。

（三）数据分析服务层

数据分析服务层是本系统的重点研究内容。平台服务器主要管理数据、信息交互以及存储，既有日常的实时数据，还有在异常出现时对数据的存储考虑。根据内置数据分析模型算法进行处理和分析，提供有效的结果分析上传穿戴者装置上，以提供有效监测数据提醒服务，同时服务层为确保准确性和稳定性，内部也构建了安全防护等措施。

三、系统关键技术

（一）单片机技术

单片机（Single-Chip Microcomputer）技术是以集成芯片，采用超大规模集成电路技术，其内部集成了中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、多种并行、串行I/O接口、中断与定时器/计数器等功能。本文采用专用单片机芯片，主要功能有显示采集的各种参数数据，外置集成无线网络模块，可以将数据实时与后台服务器实时数据交互。

（二）采用无线WIFI或4G/5G网络技术

采用无线WIFI或4G/5G是无线局域网的一种典型应用。它主要功能是提供无线站点和有线网络之间的信息交互。特别是5G技术的应用，其为第五代无线Wi-Fi解决技术，它将传输速度提升到了1Gbps，每秒可以传输约125MB的内容。在这种情况下，无线网络信号可以在覆盖面积内的无线站点通过5G网络进行信息交互，没有无线网络，在某种层面上是无法组建真正意义上可访问互联网。无线站点在广域网中就相当于发射基站在移动通信网络中的角色。

在本系统中无线网络主要应用在数据实时采集，并将数据传输到后台数据服务中心；同时，当进行定时控制时，将控制信号通过无线WIFI或4G/5G网络传输到存储服务器中。在复杂环境下，通过多点位置、全方位立体式架构无线网络接点，使系统的稳定性大大提升，同时增加了可实施性和安全性。

（三）基于B/S架构和手机APP双通模式

根据装置属于手环佩戴式的，需要在复杂的网络环境下进行数据共享，因此，系统预期采用两种模式进行管理：分别是B/S架构网页浏览器管理模式和手机APP管理模式，这样大大提升了用户体验感和数据交互有效性，并且由于数据的实时性要求，在数据交互和存储方面，采用分布式、多点采集的方式提升系统的稳定性和高效性。

（四）数据存储方式

一般来讲，数据存储主要是以数据库完成，现在常用的数据是SQL Server和Oralce。本系统采用SQL Server数据库架构。SQL Server 数据库是美国Microsoft 公司推出的，它属于关系型数据库，主要支持NET框架、XML技术、ADO.NET数据访问、SQL服务中介以及Web服务等。其数据引擎是作为存储、处理和保护数据的核心服务，同时，SQL Server 数据库是可视化操作模式，设计数据库非常简单和方便，因此，广范围的应用于各个数据存储领域中。

四、系统数据传输格式及传输机制

（一）系统数据传输格式

为了保证系统数据传输的稳定性和异构通用性，系统采用了任意终端设备操作系统，都可以读取、传输和交互的格式——XML格式（可扩展标记语言）。XML支持如SQL Server、Oracle等不同的数据库服务系统，XML正是依托数据库强有力的存储和分析能力，在数据传输中应用。XML主要是为了传输数据，其属于HTML（标准通用标记语言），HTML主要用于显示数据。由于XML数据结构极其简单，因此，在web3.0技术出现后，发展极其迅猛。

XML在Web3.0技术应用环境下，通常用于数据存储和数据共享。通过 XML，数据可以存储在独立的XML文件中，特别是在系统异构和分布式环境下，可以任意传输和存储。可以这样说，XML 是一个独立于硬件、软件的应用程序，它可以在不同的应用程序进行数据交互，可以是网页中，也可以是某一个XML 数据源。目前，XML在各类设备中得到了大量使用，如手机、语音设备、阅读器等。

首先，我们了解一下XML数据文件的具体模式，它以.xml为文件后缀，具备一定的结构化元素，但也具有无结构化（所谓无结构化就是类似无格式，文字类的文本），具体格式如图2所示。

图2 一个典型的XML应用实例

图 2 中 XML 文档中“”是文档的命名空间，其中带有 XSL 是 XML 文档样式表，可以支持XML文档按照预设格式进行显示浏览；类似“”的格式，都是成对出现的，起始为“”，术语上成为“标签”。

本文研究的系统，构建基于XML数据格式，有利于监测数据在任意跨结构的系统中都适用。

（二）系统数据的传输机制

XML数据格式传输需采用DOM4J解析XML。具体步骤如下：

1.创建一个指向XML文件的输入流

FileInputStream fis = new FileInputStream（“xml 文件的地址”）；

2.创建一个XML读取工具对象

SAXReader sr = new SAXReader（）；

3.使用读取工具对象，读取XML文档的输入流，并得到文档对象

Document doc = sr.read（fis）；

4.通过文档对象，获取XML文档中的根元素对象

Element root = doc.getRootElement（）；

根据DOM4J的解析，我们可以生成标准的XML格式文件，这样就对在网络传输方面的安全性和数据有效性有了保障，具体数据传输需要通过基于JAVA技术的JSON（JavaScript Object Notation JS对象简谱，是一种轻量级的数据交换格式）来实现。

五、结语

目前，本文研究内容在研发阶段，主要针对的是有基础性心脏疾病的患者的相关仪器，而忽视了普通人群健康的预防，而普通人群在未知个人是否存在心脏疾病的情况下，极容易发生猝死的危险。因此，理论上讲，本研究内容是对专有医用型监测仪器的有利补充，具有良好的理论研究价值。