本發(fā)明涉及智能書包，尤其涉及一種多功能智能安全書包。

背景技術(shù)：

1、隨著社會的不斷發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對兒童安全的關(guān)注度日益提高，特別是學(xué)生在上學(xué)和放學(xué)途中的安全問題成為家長和學(xué)校的重點(diǎn)關(guān)注對象。近年來，兒童失蹤、交通事故等安全事件頻發(fā)，引發(fā)了社會的廣泛關(guān)注和擔(dān)憂。

2、首先，學(xué)生上學(xué)和放學(xué)的安全問題具有多方面的復(fù)雜性。兒童在上下學(xué)途中可能遇到多種潛在的安全威脅，包括交通事故、陌生人騷擾、迷路以及意外傷害等。盡管學(xué)校和家長已經(jīng)采取了多種措施，如家長接送、校車服務(wù)和安全教育等，但這些措施仍然存在一定的局限性，無法全面、實時地保障兒童的安全。其次，科技的快速發(fā)展為解決這些問題提供了新的可能性。智能設(shè)備的普及和應(yīng)用，使得家長和學(xué)校能夠通過科技手段實時掌握學(xué)生的動向和安全狀況。

3、例如使用兒童手表和智能兒童書包，兒童智能手表結(jié)合了通信技術(shù)、定位技術(shù)和健康監(jiān)測等功能，為兒童的安全和成長提供了全方位的保障。智能兒童手表內(nèi)置了gps定位芯片和基站定位系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地追蹤兒童的位置。父母可以通過手機(jī)app與手表連接，實時監(jiān)測孩子的位置，并且設(shè)定安全區(qū)域。智能兒童手表內(nèi)置了通信模塊，支持語音通話和消息發(fā)送。父母可以隨時與孩子進(jìn)行溝通，而無需另外購買手機(jī)。但目前很多中小學(xué)校不允許帶智能手表進(jìn)入學(xué)校，防止影響正常的教學(xué)秩序。此外，這些智能手表在實時通話過程中會分散使用者注意力，很可能誘發(fā)其它安全問題；當(dāng)前市面上的智能兒童書包(如九微米智能定位兒童書包、匯心匯意智能兒童書包、魔凡奇智能書包等)是具備gps定位、緊急呼救的安全保證功能，同時兼具人體工程學(xué)設(shè)計的安全智能兒童書包。這些書包不具備實時視頻監(jiān)測的功能，對學(xué)生在上學(xué)和放學(xué)路上無法實現(xiàn)主動防護(hù)和預(yù)防潛在安全威脅的作用。

4、目前智能書包僅有定位和緊急呼叫等功能，家長無法實時觀察孩子在行走時周圍環(huán)境情況，難以對孩子的安全性進(jìn)行實時監(jiān)測和潛在風(fēng)險預(yù)警等功能。兒童智能手表可以實時視頻通話，但是在行走過程中可能導(dǎo)致學(xué)生注意力分散等問題，造成其它安全事故。

5、總的來說，研發(fā)具有實時視頻監(jiān)控、通話、定位等多功能的智能書包，是應(yīng)對學(xué)生上學(xué)和放學(xué)安全問題的一項創(chuàng)新性舉措。不僅可以顯著提高學(xué)生的安全保障水平，減輕家長和學(xué)校的安全管理壓力，還可以推動智能安全設(shè)備在兒童保護(hù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的增長，智能書包必將在未來發(fā)揮越來越重要的作用，成為保障兒童安全的一道重要防線。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術(shù)中提出的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種多功能智能安全書包，包括以下步驟：

3、s1：控制核心的選擇與數(shù)據(jù)處理，核心控制單元采用stm32f407微控制器，接收和處理從攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)，并通過sdio接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄐ拍K；

4、s2：攝像頭的配置與圖像采集，采用ov2640?cmos攝像頭，通過sccb接口與控制核心連接，采集最高分辨率為1600x1200的圖像；

5、s3：通信模塊的集成與數(shù)據(jù)傳輸，通信模塊使用quectel?ec20?lte-4g模塊，通過mini?pcie接口連接，支持lte、umts和gsm/gprs網(wǎng)絡(luò)，確保在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的穩(wěn)定連接和高速數(shù)據(jù)傳輸，通信模塊內(nèi)置多星座定位系統(tǒng)(gps+glonass)；

6、s4：嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計，軟件部分采用μc/os-iii實時操作系統(tǒng)，支持多任務(wù)并行執(zhí)行，管理攝像頭的初始化、圖像采集、數(shù)據(jù)傳輸和通信模塊的驅(qū)動；

7、s5：實時視頻監(jiān)控功能，通過sccb接口傳輸?shù)絪tm32f407控制核心，經(jīng)sdio接口發(fā)送到lte通信模塊，通信模塊將數(shù)據(jù)上傳至云端或上位機(jī)，實現(xiàn)實時視頻傳輸；

8、s6：異常檢測與風(fēng)險預(yù)警，系統(tǒng)集成了yolov8s目標(biāo)檢測網(wǎng)絡(luò)，yolov8s采用多尺度特征金字塔網(wǎng)絡(luò)和cspdarknet53骨干網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)對視頻中檢測到的目標(biāo)(如行人、車輛、危險物品等)進(jìn)行分析，提供實時的風(fēng)險預(yù)警信息，通過人工智能算法，系統(tǒng)能夠提前識別潛在的安全威脅；

9、s7：風(fēng)險預(yù)警機(jī)制的實現(xiàn)，基于hsv顏色空間和紋理特征，系統(tǒng)能夠識別紅綠燈的狀態(tài)，并結(jié)合支持向量機(jī)(svm)算法，判斷紅綠燈的信號狀態(tài)，系統(tǒng)通過kcf算法對檢測到的危險目標(biāo)進(jìn)行追蹤，對行人和車輛的行為進(jìn)行分析和判斷，從而在發(fā)生潛在危險時及時提供預(yù)警；

10、s8：數(shù)據(jù)傳輸與通信集成，通過集成的lte-4g通信模塊，在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速上傳，wi-fi模塊的驅(qū)動固件在多個網(wǎng)絡(luò)場景中進(jìn)行無縫數(shù)據(jù)傳輸和通信；

11、s9：系統(tǒng)集成與功能優(yōu)化，系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和反饋優(yōu)化，以提升圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量和風(fēng)險預(yù)警的準(zhǔn)確性。

12、優(yōu)選的，所述s1中，stm32f407微控制器，基于arm?cortex-m4內(nèi)核，具備168mhz的處理能力和豐富的存儲資源(1024k?flash和192k?sram)，stm32f407的高性能確保了系統(tǒng)在多任務(wù)處理和數(shù)據(jù)傳輸中的效率和穩(wěn)定性。

13、優(yōu)選的，所述s2中，ov2640?cmos攝像頭為一個1/4英寸的200萬像素傳感器，支持多種分辨率(如1280x960或640x480)，以適應(yīng)不同的環(huán)境條件，ov2640的高靈敏度和低功耗特性，使其在各種光線條件下均能提供清晰的圖像。

14、優(yōu)選的，所述s3中，lte-4g模塊，支持最大上行速率50mbps和下行速率100mbps，多星座定位系統(tǒng)(gps+glonass)提供了高精度的位置跟蹤能力，進(jìn)一步增強(qiáng)了書包的定位功能。

15、優(yōu)選的，所述s4中，系統(tǒng)采用c/s(client/server)模式，stm32f407作為服務(wù)器端，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和管理，android移動設(shè)備作為客戶端，用于實時監(jiān)控和交互。

16、優(yōu)選的，所述s5中，智能書包具備實時視頻監(jiān)控功能，家長和學(xué)校可以通過客戶端應(yīng)用程序隨時查看學(xué)生的實時視頻，掌握學(xué)生所處的環(huán)境和狀況，有效提高了學(xué)生在上下學(xué)途中的安全性。

17、優(yōu)選的，所述s6中，yolov8s目標(biāo)檢測網(wǎng)絡(luò)能夠高效地檢測和識別交通異常、人員異常行為等，行人或車輛多目標(biāo)跟蹤算法設(shè)計的步驟如下：

18、檢測階段：目標(biāo)檢測算法會分析每一個輸入幀，并識別屬于特定類別的對象，給出分類和坐標(biāo)。

19、特征提取/運(yùn)動軌跡預(yù)測階段：采用一種或者多種特征提取算法用來提取表觀特征，運(yùn)動或者交互特征。此外，還可以使用軌跡預(yù)測器預(yù)測該目標(biāo)的下一個位置。

20、相似度計算階段：表觀特征和運(yùn)動特征可以用來計算兩個目標(biāo)之間的相似性。

21、關(guān)聯(lián)階段：使用計算得到的相似性作為依據(jù)，將屬于同一目標(biāo)的檢測對象和軌跡關(guān)聯(lián)起來，并給檢測對象分配和軌跡相同的id。

22、優(yōu)選的，所述s7中，系統(tǒng)對監(jiān)控視頻中的交通信號燈、車輛、行人等目標(biāo)進(jìn)行檢測和風(fēng)險評估。

23、優(yōu)選的，所述s8中，家長和學(xué)校通過客戶端應(yīng)用程序可以實時接收視頻和位置信息，進(jìn)行安全監(jiān)控和風(fēng)險管理，確保學(xué)生的安全。

24、優(yōu)選的，所述s9中，系統(tǒng)集成了控制核心、攝像頭、通信模塊和人工智能算法，通過stm32f407的強(qiáng)大處理能力，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、傳輸、監(jiān)控和預(yù)警功能的有機(jī)結(jié)合。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

26、本發(fā)明中，具有實時視頻監(jiān)控、通話、定位等多功能的智能書包，將對學(xué)生、家庭和社會帶來顯著的積極影響。它不僅在技術(shù)上創(chuàng)新了傳統(tǒng)書包的功能，更從安全、心理和社會等多方面提升了學(xué)生生活的質(zhì)量。

27、首先，對于學(xué)生來說，智能書包極大地提升了他們在上下學(xué)途中的安全性。通過實時視頻監(jiān)控，學(xué)生在途中所處的環(huán)境和遇到的狀況可以實時被家長和學(xué)校掌握，這有效預(yù)防了諸如陌生人騷擾、交通事故等突發(fā)事件。定位功能更是確保了學(xué)生的位置始終在掌控之中，防止迷路或失蹤。智能書包內(nèi)置的通話功能，讓學(xué)生在遇到緊急情況時可以第一時間與家長或老師取得聯(lián)系，尋求幫助。

28、其次，對于家庭而言，智能書包提供了無可比擬的安全保障和心理安慰。家長可以通過智能書包的定位和視頻功能，隨時查看孩子的實時位置和周邊環(huán)境，大大減少了因不確定因素帶來的焦慮和擔(dān)憂。特別是在當(dāng)前社會環(huán)境復(fù)雜多變的情況下，能夠?qū)崟r掌握孩子的動向，是家長們最為關(guān)心和期待的。同時，智能書包的通話功能，方便家長與孩子隨時溝通，解決突發(fā)問題，進(jìn)一步加強(qiáng)了家庭之間的聯(lián)系和互動。家長們不再需要因為孩子上下學(xué)途中的安全問題而過分擔(dān)憂，從而可以更安心地投入到工作和生活中。

29、對社會來說，智能書包的推廣應(yīng)用有助于提升社會整體的安全水平和公共安全意識。首先，智能書包可以作為一個移動的安全節(jié)點(diǎn)，幫助社會治安系統(tǒng)更有效地保護(hù)兒童安全。實時視頻監(jiān)控和定位功能不僅可以協(xié)助警方快速定位失蹤兒童，還可以在意外事件發(fā)生時提供寶貴的第一手資料，幫助迅速解決問題。其次，智能書包的普及有助于培養(yǎng)全社會的安全意識和責(zé)任感。通過智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，社會各界可以更深刻地認(rèn)識到科技在保障安全中的重要作用，進(jìn)而推動更多安全技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。

30、此外，智能書包的應(yīng)用還可以推動教育系統(tǒng)的進(jìn)步。學(xué)?？梢酝ㄟ^智能書包的數(shù)據(jù)分析，更好地了解學(xué)生的行為模式和安全需求，優(yōu)化上下學(xué)路線，制定更加科學(xué)合理的管理措施。同時，智能書包的數(shù)據(jù)還可以為教育研究提供新的視角和數(shù)據(jù)支持，推動教育模式和管理方式的不斷創(chuàng)新。

31、總的來說，發(fā)明和應(yīng)用具有實時視頻監(jiān)控、通話、定位等多功能的智能書包，將對學(xué)生、家庭和社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的積極影響。這不僅提高了學(xué)生的安全保障，增強(qiáng)了家庭的心理安慰，更推動了社會整體的安全水平和公共安全意識的發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和智能設(shè)備的普及，智能書包將成為現(xiàn)代社會中不可或缺的一部分，為每一個學(xué)生的成長和安全保駕護(hù)航。