本發(fā)明涉及健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為提高學(xué)生體質(zhì),不少學(xué)校推出了指紋打卡方式對(duì)大學(xué)生體育鍛煉行為進(jìn)行監(jiān)控。從實(shí)際的應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)這種體育鍛煉行為監(jiān)控方式一定程度上保證了大學(xué)生運(yùn)動(dòng)的真實(shí)性，但是并沒有讓大學(xué)生真正達(dá)到強(qiáng)身健體的效果，運(yùn)動(dòng)缺乏科學(xué)性。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)記錄采集單機(jī)管理系統(tǒng)，無法充分發(fā)掘數(shù)據(jù)的作用和遠(yuǎn)程共享。

近年來，云計(jì)算的研究和應(yīng)用發(fā)展非?？欤饕蚴窃朴?jì)算具有如下優(yōu)點(diǎn)：超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)、極其廉價(jià)、安全、方便。采用最新云服務(wù)模式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的互操作與集成,使得系統(tǒng)具有：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠、安全；對(duì)用戶端的設(shè)備要求低，使用方便；可以輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享；幫助用戶實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存、管理數(shù)據(jù)，完成各種應(yīng)用等特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)、傳感器組、健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊和用戶端；所述分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)包括分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和云計(jì)算中心；所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊，用于通過傳感器組采集包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理參數(shù)的健康數(shù)據(jù)，并將所述健康數(shù)據(jù)傳送至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)；所述用戶端包括學(xué)生用戶端、學(xué)校運(yùn)動(dòng)管理機(jī)構(gòu)端、生理醫(yī)學(xué)和體育運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)顧問專家端；用戶端通過無線網(wǎng)絡(luò)連接至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)。

本發(fā)明的有益效果為：學(xué)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)上，不再保留在學(xué)校某個(gè)機(jī)構(gòu)，可隨時(shí)隨地訪問；以大量的服務(wù)器組成的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)云計(jì)算中心組成的云服務(wù)平臺(tái)，可從大數(shù)據(jù)中自動(dòng)挖掘統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生群體的健康狀況、體質(zhì)狀況、運(yùn)動(dòng)狀況，可以大范圍比較準(zhǔn)確的獲得大學(xué)生群體的體質(zhì)，為科學(xué)開展體育運(yùn)動(dòng)提供建議，從而解決了上述的技術(shù)問題。

附圖說明

利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)連接示意圖；

圖2是本發(fā)明健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1、傳感器組2、用戶端3、健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4、傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45、數(shù)據(jù)傳送單元46。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

應(yīng)用場(chǎng)景1

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1、傳感器組2、健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4和用戶端3；所述分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1包括分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和云計(jì)算中心；所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4，用于通過傳感器組2采集包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理參數(shù)的健康數(shù)據(jù)，并將所述健康數(shù)據(jù)傳送至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1；所述用戶端3包括學(xué)生用戶端、學(xué)校運(yùn)動(dòng)管理機(jī)構(gòu)端、生理醫(yī)學(xué)和體育運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)顧問專家端；用戶端3通過無線網(wǎng)絡(luò)連接至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1。

本發(fā)明上述實(shí)施例的有益效果為：學(xué)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1上，不再保留在學(xué)校某個(gè)機(jī)構(gòu)，可隨時(shí)隨地訪問；以大量的服務(wù)器組成的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)云計(jì)算中心組成的云服務(wù)平臺(tái)，可從大數(shù)據(jù)中自動(dòng)挖掘統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生群體的健康狀況、體質(zhì)狀況、運(yùn)動(dòng)狀況，可以大范圍比較準(zhǔn)確的獲得大學(xué)生群體的體質(zhì)，為科學(xué)開展體育運(yùn)動(dòng)提供建議，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述傳感器組2包括用于采集運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)的第一傳感器組和用于采集所述生理參數(shù)的第二傳感器組；優(yōu)選的，所述第一傳感器組包括三維加速度傳感器模塊；所述第二傳感器組包括心率傳感器和溫度傳感。

本優(yōu)選實(shí)施例采用不同傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的采集，智能便捷。

優(yōu)選的，所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對(duì)未知的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過接收GPS信號(hào)獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點(diǎn)，作為其他未知位置節(jié)點(diǎn)的定位基礎(chǔ)；

(2)求取四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)相互間的距離和跳數(shù)，計(jì)算平均每跳的距離；

(3)對(duì)于未知位置節(jié)點(diǎn)X，使用其到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點(diǎn)到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，對(duì)于每一組合，根據(jù)三邊測(cè)量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個(gè)計(jì)算結(jié)果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點(diǎn)最終位置。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結(jié)合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機(jī)生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(2)設(shè)定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(3)根據(jù)遺傳算法結(jié)果初始化蟻群算法信息素；

(4)設(shè)定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行搜索和更新。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，在保證整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡(luò)的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43用于通過由各傳感器構(gòu)建的傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作進(jìn)行某區(qū)域的監(jiān)測(cè)，并輸出各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，包括：

設(shè)所述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時(shí)間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時(shí)刻某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)值，設(shè)定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t₁，x(t₁)]開始，對(duì)數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點(diǎn)按序進(jìn)行第一次掃描，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的掃描停止條件時(shí)，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始進(jìn)行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設(shè)定的掃描停止條件為：當(dāng)掃描到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]，在這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當(dāng)前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設(shè)所述數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時(shí)刻的真實(shí)值。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設(shè)定的掃描停止條件進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時(shí)間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對(duì)減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)在某單位時(shí)間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點(diǎn)i的對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設(shè)定的傳感器節(jié)點(diǎn)i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權(quán)值，N為傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實(shí)施例無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)能夠從重要的傳感器節(jié)點(diǎn)接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠(yuǎn)距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠(yuǎn)距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計(jì)算機(jī)控制端獲取監(jiān)測(cè)信息，當(dāng)用戶外出時(shí)，切換子單元啟動(dòng)遠(yuǎn)距離通信子單元，向用戶手機(jī)控制端遠(yuǎn)距離傳送監(jiān)測(cè)信息。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，誤差界限為ε取0.4，監(jiān)測(cè)速度相對(duì)提高了10％，監(jiān)測(cè)精度相對(duì)提高了12％。

應(yīng)用場(chǎng)景2

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1、傳感器組2、健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4和用戶端3；所述分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1包括分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和云計(jì)算中心；所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4，用于通過傳感器組2采集包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理參數(shù)的健康數(shù)據(jù)，并將所述健康數(shù)據(jù)傳送至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1；所述用戶端3包括學(xué)生用戶端、學(xué)校運(yùn)動(dòng)管理機(jī)構(gòu)端、生理醫(yī)學(xué)和體育運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)顧問專家端；用戶端3通過無線網(wǎng)絡(luò)連接至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1。

本發(fā)明上述實(shí)施例的有益效果為：學(xué)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1上，不再保留在學(xué)校某個(gè)機(jī)構(gòu)，可隨時(shí)隨地訪問；以大量的服務(wù)器組成的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)云計(jì)算中心組成的云服務(wù)平臺(tái)，可從大數(shù)據(jù)中自動(dòng)挖掘統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生群體的健康狀況、體質(zhì)狀況、運(yùn)動(dòng)狀況，可以大范圍比較準(zhǔn)確的獲得大學(xué)生群體的體質(zhì)，為科學(xué)開展體育運(yùn)動(dòng)提供建議，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述傳感器組2包括用于采集運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)的第一傳感器組和用于采集所述生理參數(shù)的第二傳感器組；優(yōu)選的，所述第一傳感器組包括三維加速度傳感器模塊；所述第二傳感器組包括心率傳感器和溫度傳感。

本優(yōu)選實(shí)施例采用不同傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的采集，智能便捷。

優(yōu)選的，所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對(duì)未知的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過接收GPS信號(hào)獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點(diǎn)，作為其他未知位置節(jié)點(diǎn)的定位基礎(chǔ)；

(2)求取四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)相互間的距離和跳數(shù)，計(jì)算平均每跳的距離；

(3)對(duì)于未知位置節(jié)點(diǎn)X，使用其到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點(diǎn)到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，對(duì)于每一組合，根據(jù)三邊測(cè)量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個(gè)計(jì)算結(jié)果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點(diǎn)最終位置。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結(jié)合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機(jī)生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(2)設(shè)定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(3)根據(jù)遺傳算法結(jié)果初始化蟻群算法信息素；

(4)設(shè)定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行搜索和更新。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，在保證整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡(luò)的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43用于通過由各傳感器構(gòu)建的傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作進(jìn)行某區(qū)域的監(jiān)測(cè)，并輸出各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，包括：

設(shè)所述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時(shí)間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時(shí)刻某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)值，設(shè)定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t₁，x(t₁)]開始，對(duì)數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點(diǎn)按序進(jìn)行第一次掃描，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的掃描停止條件時(shí)，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始進(jìn)行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設(shè)定的掃描停止條件為：當(dāng)掃描到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]，在這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當(dāng)前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設(shè)所述數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時(shí)刻的真實(shí)值。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設(shè)定的掃描停止條件進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時(shí)間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對(duì)減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)在某單位時(shí)間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點(diǎn)i的對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設(shè)定的傳感器節(jié)點(diǎn)i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權(quán)值，N為傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實(shí)施例無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)能夠從重要的傳感器節(jié)點(diǎn)接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠(yuǎn)距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠(yuǎn)距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計(jì)算機(jī)控制端獲取監(jiān)測(cè)信息，當(dāng)用戶外出時(shí)，切換子單元啟動(dòng)遠(yuǎn)距離通信子單元，向用戶手機(jī)控制端遠(yuǎn)距離傳送監(jiān)測(cè)信息。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，誤差界限為ε取0.5，監(jiān)測(cè)速度相對(duì)提高了11％，監(jiān)測(cè)精度相對(duì)提高了11％。

應(yīng)用場(chǎng)景3

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1、傳感器組2、健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4和用戶端3；所述分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1包括分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和云計(jì)算中心；所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4，用于通過傳感器組2采集包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理參數(shù)的健康數(shù)據(jù)，并將所述健康數(shù)據(jù)傳送至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1；所述用戶端3包括學(xué)生用戶端、學(xué)校運(yùn)動(dòng)管理機(jī)構(gòu)端、生理醫(yī)學(xué)和體育運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)顧問專家端；用戶端3通過無線網(wǎng)絡(luò)連接至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1。

本發(fā)明上述實(shí)施例的有益效果為：學(xué)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1上，不再保留在學(xué)校某個(gè)機(jī)構(gòu)，可隨時(shí)隨地訪問；以大量的服務(wù)器組成的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)云計(jì)算中心組成的云服務(wù)平臺(tái)，可從大數(shù)據(jù)中自動(dòng)挖掘統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生群體的健康狀況、體質(zhì)狀況、運(yùn)動(dòng)狀況，可以大范圍比較準(zhǔn)確的獲得大學(xué)生群體的體質(zhì)，為科學(xué)開展體育運(yùn)動(dòng)提供建議，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述傳感器組2包括用于采集運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)的第一傳感器組和用于采集所述生理參數(shù)的第二傳感器組；優(yōu)選的，所述第一傳感器組包括三維加速度傳感器模塊；所述第二傳感器組包括心率傳感器和溫度傳感。

本優(yōu)選實(shí)施例采用不同傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的采集，智能便捷。

優(yōu)選的，所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對(duì)未知的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過接收GPS信號(hào)獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點(diǎn)，作為其他未知位置節(jié)點(diǎn)的定位基礎(chǔ)；

(2)求取四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)相互間的距離和跳數(shù)，計(jì)算平均每跳的距離；

(3)對(duì)于未知位置節(jié)點(diǎn)X，使用其到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點(diǎn)到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，對(duì)于每一組合，根據(jù)三邊測(cè)量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個(gè)計(jì)算結(jié)果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點(diǎn)最終位置。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結(jié)合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機(jī)生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(2)設(shè)定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(3)根據(jù)遺傳算法結(jié)果初始化蟻群算法信息素；

(4)設(shè)定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行搜索和更新。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，在保證整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡(luò)的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43用于通過由各傳感器構(gòu)建的傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作進(jìn)行某區(qū)域的監(jiān)測(cè)，并輸出各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，包括：

設(shè)所述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時(shí)間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時(shí)刻某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)值，設(shè)定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t₁，x(t₁)]開始，對(duì)數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點(diǎn)按序進(jìn)行第一次掃描，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的掃描停止條件時(shí)，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始進(jìn)行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設(shè)定的掃描停止條件為：當(dāng)掃描到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]，在這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當(dāng)前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設(shè)所述數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時(shí)刻的真實(shí)值。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設(shè)定的掃描停止條件進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時(shí)間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對(duì)減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)在某單位時(shí)間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點(diǎn)i的對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設(shè)定的傳感器節(jié)點(diǎn)i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權(quán)值，N為傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實(shí)施例無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)能夠從重要的傳感器節(jié)點(diǎn)接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠(yuǎn)距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠(yuǎn)距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計(jì)算機(jī)控制端獲取監(jiān)測(cè)信息，當(dāng)用戶外出時(shí)，切換子單元啟動(dòng)遠(yuǎn)距離通信子單元，向用戶手機(jī)控制端遠(yuǎn)距離傳送監(jiān)測(cè)信息。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，誤差界限為ε取0.4，監(jiān)測(cè)速度相對(duì)提高了10％，監(jiān)測(cè)精度相對(duì)提高了12％。

應(yīng)用場(chǎng)景4

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1、傳感器組2、健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4和用戶端3；所述分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1包括分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和云計(jì)算中心；所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4，用于通過傳感器組2采集包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理參數(shù)的健康數(shù)據(jù)，并將所述健康數(shù)據(jù)傳送至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1；所述用戶端3包括學(xué)生用戶端、學(xué)校運(yùn)動(dòng)管理機(jī)構(gòu)端、生理醫(yī)學(xué)和體育運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)顧問專家端；用戶端3通過無線網(wǎng)絡(luò)連接至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1。

本發(fā)明上述實(shí)施例的有益效果為：學(xué)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1上，不再保留在學(xué)校某個(gè)機(jī)構(gòu)，可隨時(shí)隨地訪問；以大量的服務(wù)器組成的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)云計(jì)算中心組成的云服務(wù)平臺(tái)，可從大數(shù)據(jù)中自動(dòng)挖掘統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生群體的健康狀況、體質(zhì)狀況、運(yùn)動(dòng)狀況，可以大范圍比較準(zhǔn)確的獲得大學(xué)生群體的體質(zhì)，為科學(xué)開展體育運(yùn)動(dòng)提供建議，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述傳感器組2包括用于采集運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)的第一傳感器組和用于采集所述生理參數(shù)的第二傳感器組；優(yōu)選的，所述第一傳感器組包括三維加速度傳感器模塊；所述第二傳感器組包括心率傳感器和溫度傳感。

本優(yōu)選實(shí)施例采用不同傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的采集，智能便捷。

優(yōu)選的，所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對(duì)未知的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過接收GPS信號(hào)獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點(diǎn)，作為其他未知位置節(jié)點(diǎn)的定位基礎(chǔ)；

(2)求取四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)相互間的距離和跳數(shù)，計(jì)算平均每跳的距離；

(3)對(duì)于未知位置節(jié)點(diǎn)X，使用其到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點(diǎn)到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，對(duì)于每一組合，根據(jù)三邊測(cè)量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個(gè)計(jì)算結(jié)果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點(diǎn)最終位置。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結(jié)合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機(jī)生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(2)設(shè)定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(3)根據(jù)遺傳算法結(jié)果初始化蟻群算法信息素；

(4)設(shè)定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行搜索和更新。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，在保證整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡(luò)的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43用于通過由各傳感器構(gòu)建的傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作進(jìn)行某區(qū)域的監(jiān)測(cè)，并輸出各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，包括：

設(shè)所述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時(shí)間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時(shí)刻某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)值，設(shè)定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t₁，x(t₁)]開始，對(duì)數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點(diǎn)按序進(jìn)行第一次掃描，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的掃描停止條件時(shí)，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始進(jìn)行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設(shè)定的掃描停止條件為：當(dāng)掃描到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]，在這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當(dāng)前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設(shè)所述數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時(shí)刻的真實(shí)值。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設(shè)定的掃描停止條件進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時(shí)間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對(duì)減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)在某單位時(shí)間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點(diǎn)i的對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設(shè)定的傳感器節(jié)點(diǎn)i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權(quán)值，N為傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實(shí)施例無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)能夠從重要的傳感器節(jié)點(diǎn)接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠(yuǎn)距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠(yuǎn)距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計(jì)算機(jī)控制端獲取監(jiān)測(cè)信息，當(dāng)用戶外出時(shí)，切換子單元啟動(dòng)遠(yuǎn)距離通信子單元，向用戶手機(jī)控制端遠(yuǎn)距離傳送監(jiān)測(cè)信息。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，誤差界限為ε取0.4，監(jiān)測(cè)速度相對(duì)提高了10％，監(jiān)測(cè)精度相對(duì)提高了12％。

應(yīng)用場(chǎng)景5

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的基于大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)的大學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1、傳感器組2、健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4和用戶端3；所述分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1包括分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和云計(jì)算中心；所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4，用于通過傳感器組2采集包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理參數(shù)的健康數(shù)據(jù)，并將所述健康數(shù)據(jù)傳送至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1；所述用戶端3包括學(xué)生用戶端、學(xué)校運(yùn)動(dòng)管理機(jī)構(gòu)端、生理醫(yī)學(xué)和體育運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)顧問專家端；用戶端3通過無線網(wǎng)絡(luò)連接至分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1。

本發(fā)明上述實(shí)施例的有益效果為：學(xué)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于分布式大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)1上，不再保留在學(xué)校某個(gè)機(jī)構(gòu)，可隨時(shí)隨地訪問；以大量的服務(wù)器組成的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)云計(jì)算中心組成的云服務(wù)平臺(tái)，可從大數(shù)據(jù)中自動(dòng)挖掘統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生群體的健康狀況、體質(zhì)狀況、運(yùn)動(dòng)狀況，可以大范圍比較準(zhǔn)確的獲得大學(xué)生群體的體質(zhì)，為科學(xué)開展體育運(yùn)動(dòng)提供建議，從而解決了上述的技術(shù)問題。

優(yōu)選的，所述傳感器組2包括用于采集運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)的第一傳感器組和用于采集所述生理參數(shù)的第二傳感器組；優(yōu)選的，所述第一傳感器組包括三維加速度傳感器模塊；所述第二傳感器組包括心率傳感器和溫度傳感。

本優(yōu)選實(shí)施例采用不同傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的采集，智能便捷。

優(yōu)選的，所述健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了健康數(shù)據(jù)采集傳輸模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對(duì)未知的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過接收GPS信號(hào)獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點(diǎn)，作為其他未知位置節(jié)點(diǎn)的定位基礎(chǔ)；

(2)求取四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)相互間的距離和跳數(shù)，計(jì)算平均每跳的距離；

(3)對(duì)于未知位置節(jié)點(diǎn)X，使用其到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點(diǎn)到四個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)，對(duì)于每一組合，根據(jù)三邊測(cè)量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個(gè)計(jì)算結(jié)果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點(diǎn)最終位置。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結(jié)合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機(jī)生成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(2)設(shè)定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(3)根據(jù)遺傳算法結(jié)果初始化蟻群算法信息素；

(4)設(shè)定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行搜索和更新。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，在保證整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡(luò)的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元43用于通過由各傳感器構(gòu)建的傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作進(jìn)行某區(qū)域的監(jiān)測(cè)，并輸出各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，包括：

設(shè)所述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時(shí)間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時(shí)刻某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)值，設(shè)定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t₁，x(t₁)]開始，對(duì)數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點(diǎn)按序進(jìn)行第一次掃描，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的掃描停止條件時(shí)，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始進(jìn)行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設(shè)定的掃描停止條件為：當(dāng)掃描到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]，在這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當(dāng)前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設(shè)所述數(shù)據(jù)點(diǎn)[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時(shí)刻的真實(shí)值。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設(shè)定的掃描停止條件進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時(shí)間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個(gè)單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時(shí)間、之后每條線段的結(jié)束時(shí)間和每條線段的斜率與截距作為單位時(shí)間段的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對(duì)減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)在某單位時(shí)間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點(diǎn)i的對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設(shè)定的傳感器節(jié)點(diǎn)i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權(quán)值，N為傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實(shí)施例無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)基于保證加權(quán)公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)能夠從重要的傳感器節(jié)點(diǎn)接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠(yuǎn)距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠(yuǎn)距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計(jì)算機(jī)控制端獲取監(jiān)測(cè)信息，當(dāng)用戶外出時(shí)，切換子單元啟動(dòng)遠(yuǎn)距離通信子單元，向用戶手機(jī)控制端遠(yuǎn)距離傳送監(jiān)測(cè)信息。

本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在此應(yīng)用場(chǎng)景中，誤差界限為ε取0.8，監(jiān)測(cè)速度相對(duì)提高了14％，監(jiān)測(cè)精度相對(duì)提高了8％。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。