一种基于智慧云平台的多功能智能步道系统及方法

本发明属于智能步道，具体涉及一种基于智慧云平台的多功能智能步道系统及其方法。

背景技术：

1、康复训练与步态评估在当前医学和康复领域中备受关注，而许多疾病和创伤都会导致患者步态异常，严重影响患者的生活质量和社会参与度；传统养老院存在康复功能不全面、人工成本高、康复效率低等局限性，随着社会的发展，智慧养老的需求与日俱增；但现有智慧养老所需的智能康复养老设备存在成本高、训练功能单一等缺点。

2、另外，现有智能康复养老设备无法根据需求采用最优手段、最小成本、最大化地满足老年人的康复需求，无法帮助老年人维持或提高肌力、平衡能力和步态稳定性，难以促进老年人的感知功能，影响老年人的生活品质。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于智慧云平台的多功能智能步道系统及方法。

2、基于上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

3、本发明第一方面提供一种基于智慧云平台的多功能智能步道系统，包括用于多功能康复训练、获取用户实时训练数据的多功能智能步道和与多功能智能步道相配合的智慧云平台；所述多功能智能步道包括康复训练模块、与康复训练模块电连接的数据实时采集模块、数据展示模块和消息推送模块；所述智慧云平台包括数据存储模块、与数据存储模块电连接的数据管理模块、与消息推送模块电连接的数据分析处理模块；所述数据实时采集模块依次与数据存储模块、数据分析处理模块、与数据分析处理模块电连接的数据展示模块和消息推送模块电连接。使用流程大致为：用户在步道上根据自身情况选择合适的训练模块，登入用户信息，选择训练模式并设置好训练参数后即可进行康复训练。

4、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统，优选地，所述康复训练模块包括等距行走训练模块、米字训练模块、直线平衡训练模块、振动感统训练模块。

5、所述数据实时采集模块用于接收多功能智能步道内压力传感器发送的实时训练数据，并在大屏幕呈现实时步道场景图。

6、所述数据存储模块用于存储数据实时采集模块发送的实时训练数据。

7、所述数据分析处理模块用于对数据存储模块中存储的实时训练数据进行分析与计算，获取训练数据并传输给数据展示模块。

8、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统，优选地，所述数据管理模块根据数据存储模块中存储的实时训练数据对激光步态检测设备进行管理。

9、所述数据展示模块采用vue前端框架对训练的过程与结果通过孪生图和数据报告进行可视化展示；所述孪生图包括用户基本信息、数据预警信息、步道灯光状态、用户训练交互反馈；所述数据报告包括步长、训练时长、任务完成率。

10、所述消息推送模块用于将可视化结果发送至待查询设备。

11、所述数据分析处理模块在训练结束后生成实时训练报告，将步长、训练时长、任务完成率的训练参数上传至智慧云平台的数据库中。

12、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统，优选地，还包括对多功能智能步道中设备列表、设备操作和设备使用统计的管理；所述设备列表包括设备id、设备使用模块、设备使用时间、设备识别码、所属单位和当前设备状态；所述设备操作包括查看设备详情、设备报错日志和设备状态管理；所述查看设备详情包括设备所在地、设备负责人和设备状态管理；所述报错日志包括错误发生时间、错误代码、错误描述和是否解决。

13、所述多功能智能步道采用mqtt协议将综合训练数据信息传输至智慧云平台中的数据实时采集模块；所述多功能智能步道通过倍福plc-ads通信将实时训练数据传输至智慧云平台中的数据实时采集模块；所述多功能智能步道和智慧云平台采用wpf架构。

14、本发明第二方面提供了一种基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，包括以下步骤：

15、s01、选择康复训练模块。

16、s02、选择对应的训练参数和训练模式。

17、s03、按预设训练参数和训练模式开始训练。

18、s04、判断并计算用户完成任务点的训练指标。

19、s05、输出用户的训练报告并上传至智慧云平台。

20、s06、步态参数评估。

21、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，优选地，选择等距行走训练模块训练的步骤为：

22、s101、用户选择等距行走训练模块，并站到等距行走训练区域的指定起始点。

23、s102、用户使用电子设备扫描多功能智能步道上的二维码，选择合适的训练参数与训练模式；所述等距行走训练模块的训练参数包括节拍频率和训练时长；所述节拍频率包括快(1.2s)、中(2.2s)、慢(3.5s)；所述训练时长包括2min、5min、10min；所述等距行走训练模块的训练模式包括等距行走模式和节律行走模式。

24、s103、用户站在指定起始点处根据步道的语音提示准备训练。

25、所述等距行走模式为：用户先等待多功能智能步道上代表脚印的圆点亮灯后再跟随亮灯的圆点行走，用户有效踩踏圆点后，下一个圆点才会亮灯，同时会有语音提示与亮灯的圆点同步引导用户的落脚点。

26、所述节律行走模式为：训练开始后，圆点的亮灯频率和语音频率根据预设参数进行闪烁与播报，用户根据“左右-左右”的节律节拍与圆点的亮灯提示进行节律行走，用户每步都要尽可能跟上节律节拍的频率并有效踩踏亮灯的圆点。

27、s104、判断并计算用户完成任务点的反应时间等的等距训练指标；所述等距训练指标包括反应时间、训练时长、灯片数据、压力数据、平均步长时间、最大步长时间、平均步行速度、行走距离等。

28、s105、输出用户的训练报告并上传至智慧云平台。

29、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，优选地，在步骤s104中，所述等距训练指标中各项指标的计算公式为；

30、平均步长时间为：

31、

32、最大步长时间tmax为：

33、

34、行走距离s为：

35、s＝d×j。

36、平均步行速度为：

37、

38、

39、反应时间δt为：

40、

41、δt<3.5s时视为有效踩踏。

42、其中，表示每一步的落脚时间；d表示每步的距离(默认为0.34m)；表示每一步的速度；tj表示每一个圆点亮灯的时间；aij表示每一步的落脚位置；i＝1表示左脚，i＝2表示右脚；j表示从起始点开始第j步，其中0<j≤12n,n为圈数。

43、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，优选地，选择米字训练模块训练的步骤为：

44、s201、用户选择米字训练模块，并站到米字训练区域的指定点。

45、s202、用户使用电子设备扫描多功能智能步道上的二维码，选择合适的训练参数与训练模式；所述米字训练模块的训练参数包括任务间隔、训练时长、亮灯个数、亮灯范围；所述任务间隔包括快(1.2s)、中(2.2s)、慢(3.5s)；所述训练时长包括2min、5min、10min；所述亮灯个数包括1个、2个、3个；所述亮灯范围包括全部、左半区、右半区；所述米字训练模块的训练模式包括跟随模式、判断模式、跳舞模式。

46、s203、用户站在指定点处站立，根据语音播报和亮灯的圆点来提示用户在踩踏圆形上的时间点数。

47、所述米字训练模块的跟随模式为：只有一个方位的圆点亮灯，用户根据亮灯圆点的提示来踩踏指定的方位位置，待用户正确踩踏后下一个圆点才会继续亮灯。

48、所述米字训练模块的判断模式为：2、3个圆点同时亮灯，用户根据语音提示踩踏正确亮灯的方位位置，直到踩踏正确才会进行下一个方位播报。

49、所述米字训练模块的跳舞模式为：用户根据提示踩踏正确亮灯的方位位置，无论用户踩踏是否正确，根据亮灯节奏立即进行下一个方位的语音播报，直到训练结束。

50、s204、判断并计算用户任务完成率等的米字训练指标；所述米字训练指标包括训练时长、平均踩踏时间、任务个数、完成率、错误率等。

51、s205、输出用户的训练报告并上传至智慧云平台。

52、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，优选地，选择直线平衡训练模块训练的步骤为：

53、s301、用户选择直线平衡训练模块，并站到直线平衡训练区域的指定起始点。s302、用户使用电子设备扫描多功能智能步道上的二维码，选择合适的训练参数与训练模式；所述直线平衡训练模块的训练参数包括训练时长等；所述训练时长包括2min、5min、10min。

54、s303、用户从独木桥的中间区域进行直线行走，从独木桥的中心线到两侧边缘依次设置有黄色、橙色、红色的警戒线，用户踩到相应的警戒线会发生亮灯及不同声音的报警。

55、s304、判断并计算用户触发警戒线次数等的平衡训练指标；所述平衡训练指标包括训练时长、来回圈数、圈数时间、左脚黄色警戒线次数、右脚黄色警戒线次数、左脚橙色警戒线次数、右脚橙色警戒线次数、左脚红色警戒线次数、右脚红色警戒线次数等。

56、s305、输出用户的训练报告并上传至智慧云平台。

57、根据上述基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，优选地，选择振动感统训练模块训练的步骤为：

58、s401、用户选择振动感统训练模块，并站到振动感统训练区域的指定起始点。s402、用户使用电子设备扫描多功能智能步道上的二维码，选择合适的训练参数与训练模式；所述振动感统训练模块的训练参数包括训练时长、振动频率等；所述训练时长包括2min、5min、10min；所述振动频率设置包括快(35hz)、中(25hz)、慢(15hz)。

59、s403、用户从振动感统区域进行行走训练，行走时通过草坪、挤压板、雨花石等，采用不同材质来刺激用户的感官系统，在振动感统区域内加入局部振动技术，能够促进神经系统的再塑性，从而改善用户的运动功能。

60、s404、判断并计算用户的训练时长等感统训练指标；所述感统训练指标包括训练时长、来回圈数、圈数时间等。

61、s405、输出用户的训练报告并上传至智慧云平台。

62、本发明提供了三种个性化康复训练方案：多功能智能步道场景方案、多功能智能步道+混合现实(mr)技术方案、多功能智能步道+康复机器人方案。

63、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

64、1、本发明通过等距行走训练模块，将视觉引导与节律性听觉刺激联合应用，利用圆点或节拍频率的提示让用户进行针对性的行走训练，达到有效纠正用户自身的步长、步幅、步速等行走参数的目的；本发明通过米字训练模块，将下肢控制训练与认知训练融合一体，不仅可以提高用户的下肢控制能力，增强肌肉协调性，提高步态和动作的流畅性，还可以改善用户的认知能力，提高其注意力、记忆力、执行力以及判断力；本发明通过直线平衡训练模块，利用警戒线，有助于改善老年人和下肢运动障碍等用户的平衡协调能力，同时还能够促使用户高度集中注意力，在增添趣味性的同时还可以降低用户心理压力与恐惧，避免了训练过程中摔倒的风险；本发明通过振动感统训练，将局部振动训练与感统训练融合，利用多材质附件和振动传感器，让用户在行走过程中加强本体感觉、位置感觉，在一定程度上改善用户的步行速度与稳定性，从而加强用户的下肢运动能力，其康复效果在脑卒中偏瘫用户群体更显著；综上，本发明通过康复训练模块中各个模块对用户的针对性训练，能够将多重训练进行有效融合，以最优手段、最小成本，最大化地为用户带来更好的康复效果，达到提升用户康复训练效率、降低用户康复训练成本的目的。

65、2、本发明通过智慧云平台与多功能智能步道的实时通信，通过智慧云平台与康复专家的远程会诊以及对多功能智能步道上康复训练数据的实时上传，搭建了医疗资源和用户数据的共享系统，实现了医生与用户的实时互联互通；本发明通过建立庞大的训练数据积累，智慧云平台不仅为医生提供了更全面的用户信息，也为康复专家优化更新康复策略提供了重要支持；本发明的应用能够大幅提升医疗服务的效率和质量，为用户提供更加便捷和个性化的医疗体验，极大地提升了用户康复训练的针对性和便捷性。

66、3、本发明设计了一款低成本、易操作、高效果的多功能智能步道即“旅图”多功能智能步道，本发明通过引入智慧云平台、人机交互以及混合现实技术(mr)等技术，通过设置双重训练融合的创新训练模式，能够实现多功能的康复训练与评估，同时本发明支持四种康复训练方案，能够根据需求做到针对性实施精准的训练计划，进而提升康复训练的实用性、适应性与丰富度，为老年人提供全方位、个性化的智慧养老方案。

技术特征：

1.一种基于智慧云平台的多功能智能步道系统，其特征在于，包括用于多功能康复训练、获取用户实时训练数据的多功能智能步道和与多功能智能步道相配合的智慧云平台；所述多功能智能步道包括康复训练模块、与康复训练模块电连接的数据实时采集模块、数据展示模块和消息推送模块；所述智慧云平台包括数据存储模块、与数据存储模块电连接的数据管理模块、与消息推送模块电连接的数据分析处理模块；所述数据实时采集模块依次与数据存储模块、数据分析处理模块、数据展示模块和消息推送模块电连接；所述数据展示模块与数据分析处理模块电连接。

2.根据权利要求1所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统，其特征在于，所述康复训练模块包括等距行走训练模块、米字训练模块、直线平衡训练模块、振动感统训练模块；

3.根据权利要求1所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统，其特征在于，所述数据管理模块根据数据存储模块中存储的实时训练数据对激光步态检测设备进行管理；

4.根据权利要求1所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统，其特征在于，还包括对多功能智能步道中设备列表、设备操作和设备使用统计的管理；所述设备列表包括设备id、设备使用模块、设备使用时间、设备识别码、所属单位和当前设备状态；所述设备操作包括查看设备详情、设备报错日志和设备状态管理；所述查看设备详情包括设备所在地、设备负责人和设备状态管理；所述报错日志包括错误发生时间、错误代码、错误描述和是否解决；

5.根据权利要求1-4任一所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，其特征在于，选择等距行走训练模块训练的步骤为：

7.根据权利要求6所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，其特征在于，在步骤s104中，所述等距训练指标中各项指标的计算公式为；

8.根据权利要求5所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，其特征在于，选择米字训练模块训练的步骤为：

9.根据权利要求5所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，其特征在于，选择直线平衡训练模块训练的步骤为：

10.根据权利要求5所述的基于智慧云平台的多功能智能步道系统的方法，其特征在于，选择振动感统训练模块训练的步骤为：

技术总结
本发明属于智能步道技术领域，具体公开了一种基于智慧云平台的多功能智能步道系统及方法，其系统包括用于多功能康复训练、获取用户实时训练数据的多功能智能步道和与多功能智能步道相配合的智慧云平台；所述多功能智能步道包括康复训练模块、与康复训练模块电连接的数据实时采集模块、数据展示模块和消息推送模块；所述智慧云平台包括数据存储模块、与数据存储模块电连接的数据管理模块、与消息推送模块电连接的数据分析处理模块；所述数据实时采集模块依次与数据存储模块、数据分析处理模块、数据展示模块和消息推送模块电连接；所述数据展示模块与数据分析处理模块电连接。

技术研发人员：郭帅,梁雅彦,宋韬,冯毅力,温春晖
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23