用于监控人类表现的系统和方法与流程

本发明涉及用于监控人类表现的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于监控诸如呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式、环境、工作表现、健康等等的人类表现以改善心理健康和身体健康的系统和方法。

所用缩写

fsr-力敏电阻

pcb-印刷电路板

gps-全球定位系统

bmi-体重指数

bpm-每分钟呼吸数

背景技术：

目前，越来越多的人遭受压力和相关的痛苦。存在许多隐藏的微小因素造成人们的压力。一些因素包括呼吸、睡眠质量、活动、姿势、环境，其影响个人的健康和表现。在最近的一项调查中，压力已被列为全球主要风险因素。由于压力，人们可能会受到疾病的影响，他们的工作效率、表现、注意力可能最终会降低。此外，据观察，几乎95％的企业员工处于压力之下，他们的工作表现因此受到了阻碍。由于繁重的学习和考试，甚至学生也受到压力的影响。

在最近的研究中，人们已经注意到，在8个工作小时中，一个普通员工的生产力只有大约3个小时。由于员工的生产力与组织的价值成正比，它也会对组织产生负面影响。雇主们正试图实施各种系统和方法，如时间管理系统、人事管理系统、会计系统等，以维护和跟踪组织内的资源，提高员工的表现。但是，跟踪员工的表现统计和物理存在并不是解决问题的办法。了解员工的心理和身体状况并相应克服，更有助于提高效率。

us20016742a1公开了一种通过以下操作来测量和监控压力水平的过程：处理在压力测试期间采集的心率变异数据，其中心率变异数据可以包括相干属性，以及通过网络向指定位置发送心率变异数据，该指定位置向最终用户递送数字分数。因此，该方法试图仅基于心率来预测和监控人类压力，这既无助于预测压力水平的微小变化，也无助于用户评估用户的警觉性水平。

m.moore-ede等人的美国专利no.5,433,223描述了一种基于对与警觉性变化有关的各种因素的数学计算来预测个人在特定时间点可能的警觉性水平的方法。首先基于5个输入来确定个人的基线警觉性曲线(bac)，其代表在稳定环境中显示的最佳警觉性曲线。接着，通过警觉性修改刺激来修改bac，以达到修改后的基线警觉性曲线。因此，该方法是一种用于预测个人警觉性水平的手段，而不是预测认知表现的手段。

因此，需要一种系统和方法来跟踪人们的日常生活，采集他们的压力和表现不佳的原因背后的实时数据，并克服上述几个或更多的问题。

发明目的

本发明的目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法。

本发明的另一个目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其中系统保持实时跟踪用户的心理健康和身体健康。

本发明的另一目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其中系统识别用户在特定时段心理不健康和身体不健康背后的问题。

本发明的又一目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其中当用户的评估参数与识别的馈送和校准参数不相关时，系统可以向用户发送警报。

本发明的再一目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其中系统帮助用户检查呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式和环境。

本发明另一个目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其中设备可以处理数据并将数据提供给个人以及企业公司，以提高个人和群组的工作效率。

本发明又一目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其中用户的工作效率可以通过可穿戴设备采集并进一步处理，以供组织的人力资源团队进行评估，以启动所需的纠正措施。

本发明的另一目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其中系统能够实时地协助和监控用户。

本发明的又一目的在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法，其可以分析用户的个性以及他们与其他人的相容性。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种用于监控人类表现的系统。该系统包括可穿戴设备、电子设备和云存储装置。

可穿戴设备具有感测系统，所述感测系统配置用于感测诸如呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式和环境之类的参数，并向具有第一处理模块的第一处理单元发送数据。可穿戴设备佩戴在用户躯干上。

电子设备与可穿戴设备无线通信。电子设备具有第二处理单元，所述第二处理单元配置用于接收来自第一处理模块的数据。第二处理单元处理该数据并向电子设备的第二处理模块发送数据，以及与校准的馈送数据进行比较以计算心理健康和身体健康。通过第二处理模块将其实时地通知给用户。数据和所计算的心理健康和身体健康的状态被周期性地存储在云存储装置中，呼吸模式、睡眠模式、姿势、活动和环境数据也存储在云存储装置中。

第三应用模块配置在云存储装置中，第三应用模块处理用户的心理健康和身体健康的历史数据以及其他用户的数据以识别模式，并相应地提供建议以改善心理健康和身体健康。

感测系统包括光传感器、噪声传感器、温度传感器、加速度计、陀螺仪、磁力计、fsr传感器和应变仪。呼吸模式由fsr、应变仪和加速度计来感测。第二处理模块分析用户的呼吸模式以定义心理状态。用户的活动由加速度计、陀螺仪和磁力计来感测，并且经处理的数据用于评估用户的身体健康和心理健康。通过读取站直姿势和坐直姿势来校准姿势。姿势由加速度计、陀螺仪、磁力计和应变仪来感测。通过电子设备的gps，存储对应于数据的用户地理位置以用于按位置评估用户的表现和心理健康和身体健康。

可穿戴设备在睡眠前设置成夜间模式；在夜间模式期间，采集温度、光和噪声数据，并且将数据发送到第一处理单元。环境由光传感器、噪声传感器和温度传感器来感测。

可以在云中创建用户群组，并且可以通过第二处理模块在电子设备(诸如移动设备、计算机、平板等等)上显示聚合数据。

在本发明的另一方面中，提供一种用于监控人类表现的方法。该方法包括通过感测系统来感测诸如呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式和环境之类的参数的步骤。

此后，从感测系统向可穿戴设备中的第一处理模块发送用户的数据。

进一步地，从第一处理模块向电子设备上的第二处理模块发送该用户的数据。

此后，由电子设备中的第二处理模块来分析所接收的数据并将所接收的数据与校准和馈送数据(诸如姓名、性别、年龄、体重等等)进行比较，以评估用户的表现以及心理健康和身体健康，并通过第二处理模块将其实时通知给用户。

进一步地，在云存储装置中存储所评估的表现和心理健康和身体健康数据。

处理所评估的历史表现和心理健康和身体健康数据以及其他用户的数据以识别模式，并相应地提供对于心理健康和身体健康的建议以改善用户的生活方式。

可以存储对应于数据的用户地理位置以用于按位置评估用户的表现和心理健康和身体健康。

附图说明

参考下列结合附图的详细描述和权利要求书，本发明的优点和特征将变得更好理解，附图中类似元件用类似符号标识。

图1示出根据本发明用于监控人类表现的系统框图；

图2示出图1所示可穿戴设备的后透视视图；

图3示出图1所示可穿戴设备的前透视视图；

图4示出根据本发明的规定布置于用户衣服上或枕头上的可穿戴设备；

图5示出可穿戴设备的剖视图；

图6示出振动模式的可穿戴设备的布置；

图7a、7b和7c示出可穿戴设备可以在睡觉时布置在用户上或靠近用户的各种位置；

图8a、8b和8c示出通过可穿戴设备测量以便校准的各种姿势；

图9示出根据本发明的系统的示意性表示；

图10示出由呼吸模式的波形定义的用户心理状态；

图11示出用于感测用户的呼吸模式的fsr、应变仪和加速度计的工作流程图；

图12示出识别用户的姿势和活动的工作流程图；

图13示出用于在夜间识别用户的睡眠和周围环境的工作流程图；

图14示出用于识别用户的呼吸模式的工作流程图；

图15a、15b和15c示出系统工作的图示示例；以及

图16示出根据本发明用于监控人类表现的方法。

具体实施方式

现在将详细描述图示了其特征的本发明实施例。词语“包含”、“具有”、“含有”和“包括”及其其他形式旨在于在意义上等效，并且是开放式结束，跟在这些词中任一后面的一个或多个项并不意味着是这些项的详尽列表，也不意味着仅限于列出的这些项。

本发明在于提供一种用于监控人类表现的系统和方法。系统具有可穿戴设备，其保持实时跟踪用户的心理和身体健康。具体地，系统分析用户在特定时段中压力背后的原因。进一步地，系统可以在这些参数与馈送的或校准的参数不匹配时，向用户发送警报。系统帮助用户检查呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式和环境。系统可以处理并提供数据给个人以及企业公司以提高个人以及群组的工作效率。通过对所采集的数据进行处理来计算用户的工作效率，以供组织的人力资源团队进行评估，以启动所需的纠正措施。进一步地，系统能够实时地协助和监控用户。而且，系统可以分析用户的个性以及他们与其他人的相容性。

本文中词语“第一”、“第二”等等不指代任何次序、数量或重要性，而是用于相互区分元件，并且本文中词语“一”、“一个”不代表对数量的限制，而是表示存在所提及的项目中的至少一个。

所公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以以各种形式来实施。

现在参考图1，示出了根据本发明用于监控人类表现的系统100。系统100包括可穿戴设备200、电子设备300和云存储装置400。可穿戴设备200可以穿戴在用户躯干任何位置。可穿戴设备200可以固定在用户的内衣上。具体地，男性用户可以将可穿戴设备200戴在腰部附近，如图7a所示，女性用户可以根据其方便，将设备戴在腰部在衣服上或戴在靠近胸部的躯干上在胸罩上，如图7b所示。同样地，可穿戴设备200需要安装在用户睡觉时放置其头部的枕头上，如图7c所示。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可穿戴设备200可以穿戴或安装在躯干的任何其他部分上。

现在参考图2、图3和图4，可穿戴设备200配备有外壳210。外壳210帮助可穿戴设备200避免外部冲击，以免损坏内部部件。进一步地，可穿戴设备200配置成夹子的形式，可以夹在用户衣服上，特别是内衣，如短裤、胸罩、内裤或任何其他类似的内衣。该可穿戴设备200具有用于将该可穿戴设备200固定或挂在用户衣服上的空腔220，如图7a、7b和7c所示。具体地，该空腔220用于将可穿戴设备200挂持在用户衣服上，使得该可穿戴设备200能够感测用户的身体以从其采集输入。进一步地，在可穿戴设备200上提供致动器230，用于驱动可穿戴设备200执行感测和其他相关操作。具体地，致动器230面向用户身体，紧密附着以感测由用户身体施加在可穿戴设备200上的力或压力。诸如电池的电源240放置在可穿戴设备200内。电源可以是可拆卸可充电电源240。电源240为可穿戴设备200的所有元件提供电力以供其工作。图4和图5示出了衣服被可穿戴设备200夹住。

进一步地，可穿戴设备200具有感测系统(未编号)和振动马达250(如图6所示)以及第一处理单元(未示出)。感测系统协助感测各种参数，诸如用户的呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式以及用户睡觉时的周围环境。通过指示影响用户表现的因素，这改善了确定用户表现的准确性。具体地，感测系统具有传感器，诸如fsr(力敏电阻)传感器，连同应变仪260和加速度计262、陀螺仪264、磁力计266、光传感器268、噪声传感器270和温度传感器272。感测单元的这些传感器放置在pcb280上，如图1所示。

进一步地，确定用户的心理健康和身体健康的最重要因素是他/她的呼吸模式。测量呼吸模式并分类成各种状态，诸如专注、沉稳、紧张、压抑状态等等。对于本领域技术人员显然的是，可以测量处于一些其他显而易见的状态中的呼吸模式。在本实施例中，呼吸模式通过使用fsr传感器和应变仪260以及加速度计262来感测，如图2和图5所示。这些传感器被一起使用以提高呼吸模式的数据准确性。

具体地，图11示出了fsr、应变仪260和加速度计用于感测用户的呼吸模式的工作流程图。可穿戴设备200必须穿戴在用户的躯干上。此后，通过测量fsr、应变仪260和加速度计中的值变化来测量用户吸气和呼气时的躯干运动，从而fsr、应变仪260和加速度计感测用户的呼吸。来自传感器的感测数据被发送到可穿戴设备200上的第一处理单元。在第一处理单元的第一处理模块中对从传感器接收到的数据进行滤波以去除噪音和外部衰减并从模拟转换为数字。来自可穿戴设备的滤波后数据被无线发送到电子设备300。在电子设备300的第二处理单元中处理从可穿戴设备200接收的数据。

现在参考图14，示出了根据本发明用于识别用户的呼吸模式的工作流程图。通过测量fsr、应变仪260和加速度计中的值变化来测量用户吸气和呼气时的躯干运动，从而fsr、应变仪260和加速度计感测用户的呼吸。当感测到吸气、呼吸和静止位置时，传感器的值从初始开始变化。来自传感器的感测数据被发送到第一处理单元以供处理。进一步地，电子设备300的第二处理单元从可穿戴设备200接收经处理的数据。在第二处理单元中将数据从十六进制转换成十进制。在第二处理模块中对十进制数据再次进行滤波以细化呼吸模式的波形。使呼吸模式的波形进一步通过第二处理单元中的数学模型以便校准数据，以及生成每分钟呼吸(bpm)值。在第二处理单元中对这些数据进行连续的测量、存储并关联至精神状态。在第二处理单元中将该数据与校准数据和馈送数据进行比较。还将该数据发送到云存储装置400中的第三处理模块，如图15a、图15b和图15c所示。

fsr传感器适合于对较低的力范围给出线性响应。如果传感器数据与所施加的负荷不成比例，则应变仪260设法对更高的力范围进行响应。而且，应变仪260对于所施加的负荷具有线性响应。此外，应变仪260适合于比fsr传感器更准确地捕获施加在应变仪260上的力和力的变化。因此，使用应变仪260连同fsr传感器一起在较大负荷情况下得到更高的数据准确性，从而得到更好的结果。

具体地，在本实施例中，使用fsr传感器连同应变仪260来感测在吸气和呼气期间或弯腰期间由于用户身体的运动而施加于其上的压力和力。而且，应变仪260适合于感测吸气和呼气过程中施加在可穿戴设备200上的力、压力，以改善呼吸模式的准确性。此外，加速度计262配置在其上以用于检测和监控可穿戴设备200的线性运动。

进一步地，在本实施例中，用户的姿势被手动校准并馈送到系统100作为参考数据。对于每个用户，可以以站直姿势和坐直姿势来校准姿势。对于本领域技术人员很显然的是可以以其他状态来校准姿势。具体地，姿势由加速度计262、陀螺仪264、磁力计266和应变仪260来感测。由用户在开始使用可穿戴设备200之前设置校准数据。具体地，图12示出了识别用户的姿势和活动的工作流程图。在第一处理模块内部发送在用户运动、旋转和活动之后加速度计262、陀螺仪264、磁力计266和应变仪260的值的变化。来自传感器(诸如加速度计262、陀螺仪264、磁力计266和应变仪260)的感测数据采用数字信号的形式，并且在第一处理单元中被处理。此外，来自可穿戴设备的第一处理单元的数据被无线发送到电子设备的第二处理单元。

进一步地，在第二处理单元中，该数据与先前校准和馈送的数据(诸如用户的坐、站、懒散、走等等)进行比较。分别通过第二应用模块以及可穿戴设备实时地通知和提醒用户姿势和活动情况。第二处理单元通过第二处理模块给出有关用户活动情况的指导。该数据与存储在第二处理单元中的校准数据进行比较，并且还从第二处理单元发送到第三应用模块。第三应用模块配置在云存储装置400中，其进一步处理心理健康和身体健康的历史数据并提供建议以改善用户的心理健康和身体健康。

而且，在本实施例中，在系统100中还监控用户的活动以确定用户的能量或卡路里的使用情况。使用加速度计262、磁力计266和陀螺仪264来监控诸如走、站、跑等等活动。还监控用户的睡眠模式以找出用户每天的睡眠质量。

感测系统100的感测数据进一步被发送到第一处理单元。第一处理单元配置在可穿戴设备200上。第一处理单元使用第一处理模块(未示出)来协助处理从可穿戴设备200的感测系统接收的感测数据。具体地，第一处理单元从来自感测系统的接收数据中去除噪声和外部衰减。fsr传感器、应变仪260和加速度计262还将从致动器接收到的压力和运动信号转换成电信号。使用rc滤波器的组合对该电信号进行滤波以降低噪声，继而将该电信号提供给第一处理单元的微处理器的模数转换器。进一步地，将滤波后数据从模拟转换为数字并发送到可穿戴设备200的第一处理模块。在微处理器中进行内部信号处理并传送到内部通信协议，以将数据传送到电子设备中的第二处理单元的算法。而且，来自可穿戴设备200的第一处理单元的经处理数据被实时发送到电子设备300的第二处理单元。电子设备300可以是移动电话或智能电话或计算机或平板电脑或可以同步来自可穿戴设备200的数据的任何其他类似设备。

电子设备300还具有用于分析和显示来自该设备的数据的第二处理模块。在本实施例中，第二处理模块是软件应用，其可操作地配置在电子设备300内。具体地，可穿戴设备200经由蓝牙或近场通信或wi-fi通信协议与电子设备300进行无线通信。

进一步地，在第二处理单元中处理来自第一处理单元的接收数据并与校准和馈送数据进行比较以计算心理健康和身体健康，并且相应地通过第二处理模块向用户实时发送通知。用户需要馈送给系统100诸如姓名、年龄、性别、身高、体重和不同姿势之类的数据，其中姿势例如是以诸如懒散、站直和坐直等各种状态来校准的姿势，如图8a、8b和8c所示。对于本领域技术人员显然的是，为了精确计算压力因素，可以提供可能会影响用户生活方式的用户各种姿势的其他校准数据。

进一步地，将来自电子设备300的经处理和计算的数据周期性地存储在云存储装置400上。具体地，将呼吸模式、姿势、活动、睡眠模式和环境数据存储在云存储装置400中。此外，第三应用模块配置在云存储装置400中。第三应用模块处理诸如呼吸模式、睡眠模式、姿势、活动和环境数据等等的参数的历史数据，以识别用户的心理健康和身体健康。而且，其他用户的数据也可以用来识别模式，相应地提供建议以改善心理健康和身体健康，从而改善用户的生活方式。第三应用模块与第二处理模块建立双向通信。建立通信以用于从第二处理模块向第三应用模块发送输出数据。第三应用模块比较并分析来自第二处理模块的输出数据，并将其发送回第二处理模块，其可以显示在电子设备300上。第三应用模块处理压力的历史数据并且可以提供数据以用于提供建议，从而通过智能学习应用来减小压力。电子设备300和云存储装置400可以通过互联网通信。

第三应用模块还能够接收并聚合来自穿戴可穿戴设备200的各种用户的输出数据，这些数据可以显示在电子设备300上或任何这种终端上。而且，第三应用模块具有人工智能来比较和分析压力因素，并且能够确定用户的心理状态。进一步地，在云存储装置400上的第三处理单元中对数据进行微调。生成用户的长期报告。

进一步地，用户的心理状态由呼吸模式的波形来定义，如图10所示。在睡觉之前将可穿戴设备200切换到夜间模式。在夜间模式期间，通过分别使用光传感器、噪声传感器和温度传感器来感测诸如光、噪声和温度之类的环境。进一步地，将数据发送到处理单元，处理单元进一步处理和分析该数据并与第一处理模块通信，同时与设备同步。具体地，图13示出了用于识别夜间用户的睡眠和周围环境的工作流程图。在可穿戴设备中提供诸如加速度计、陀螺仪和磁力计之类的传感器以供感测用户的睡眠方向、运动，并且提供温度传感器、光传感器和噪声传感器以感测环境。传感器将感测数据内部地发送到第一处理单元以供进一步处理。经处理的感测该数据从可穿戴设备200无线地发送到电子设备300的第二处理单元。在第二处理单元中对接收的数据进行分析并与馈送和校准数据进行比较以确定睡眠模式和质量。

进一步地，分别通过处理单元的第二应用模块和可穿戴设备来通知并提醒用户有关睡眠质量和睡眠环境状况、睡眠周期的完成等等。比较和校准数据存储在第二处理单元中并进一步发送到云存储装置400中的第三应用模块。用户需要执行的实时动作由第二处理单元经由第二应用模块来建议，而第三应用模块基于来自该用户和其他此类用户的更广泛数据集的多个数据点来建议动作。

由加速度计262、陀螺仪264、磁力计266和应变仪260来感测用户的不同姿势，诸如坐、站等时的姿势，如图8a、8b和8c所示。进一步地，设备可以包括gps以用于在处理输出数据时确定用户的位置。可以将对应于该数据的用户的地理位置存储在电子设备内，同时使该设备与电子设备同步。此信息可以用于按位置评估用户或用户群组的表现和压力。

在一个实施例中，可以在云存储装置400上创建用户群组，并且可以通过第二处理模块在电子设备上(诸如移动设备、计算机、平板电脑等等)显示聚合数据。该群组可以是公司群组或任何其他群组。

在又一实施例中，电子设备的gps用于识别对应于所存储的数据的用户地理位置。该数据用于按位置评估用户的表现和心理健康和身体健康。

现在参考图16，示出了根据本发明用于监控人类表现的方法500。为了简单起见，结合系统100来说明方法500。

方法500开始于步骤510。

在步骤520，由感测系统来感测诸如呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式和环境之类的参数。在一个实施例中，存储对应于该数据的用户地理位置并使用所述用户地理位置来按位置评估用户的表现和心理健康和身体健康。

在步骤530，从感测系统向可穿戴设备中的第一处理模块实时发送用户的数据。

在步骤540，从第一处理模块向电子设备上的第二处理模块实时发送用户的数据。

进一步地，在步骤550，由电子设备中的第二处理模块分析接收到的数据并与校准和馈送数据(诸如姓名、性别、年龄、体重等)进行比较，以评估用户的表现和心理健康和身体健康，以及通过第二处理模块将其实时通知给用户。

在步骤560，在云存储装置400中存储所评估的表现和心理健康和身体健康数据。

在步骤570，处理评估的历史表现和心理健康和身体健康数据以及其他用户的数据，以识别模式并相应地提供针对心理健康和身体健康的建议以改善用户的生活方式。

方法结束于步骤580。

因此，本发明的优点在于提供一种用于监控人类表现的可穿戴设备。系统100保持实时跟踪用户的心理和身体健康。具体地，系统100识别用户在特定时段压力背后的问题。此外，当用户的参数与馈送或校准参数不匹配时，系统100可以向用户发送警报。系统100帮助用户检查呼吸模式、活动、姿势、睡眠模式和环境。设备可以处理数据并提供给个人以及企业公司，以提高个人和群组的工作效率。可以通过设备来采集用户的工作效率，并进一步处理所采集的数据，以供组织的人力资源团队进行评估，以启动所需的纠正措施。进一步地，系统100能够实时地协助和监控用户。而且，系统100可以分析用户的个性以及他们与其他人的相容性。

已经提供了对本发明特定实施例的前述描述以用于示意性和描述目的。它们不旨在于穷尽本发明或将本发明限制于所公开的确切形式，显然，鉴于上文教导，很多修改和变体都是有可能的。选择并描述实施例的目的是为了最好地说明本发明的原理及其实际应用，并因此使本领域其他技术人员能够最好地利用本发明和各种实施例，各种修改可以适合于所设想的特定用途。可以理解，视情况提示或权宜之计，可以想到各种等同物的省略和替换，但这种省略和替换的目的在于覆盖应用或实施而不偏离本发明权利要求的精神或范围。