1.一种基于无线通信的溺水检测方法，基于无线通信的溺水检测方法应用基于无线通信的溺水检测系统进行游泳者溺水状态检测，基于无线通信的溺水检测系统包括报警基站和溺水检测手环，报警基站与溺水检测手环通过无线通信模块进行连接和信息传递；无线通信模块采用基于ZigBee通讯技术的ZigBee模块、或者基于蓝牙5.0通讯技术的蓝牙模块；

其特征在于：具体步骤如下：

(一)溺水检测手环实时检测佩戴者游泳状态，当溺水检测手环判定佩戴者处于溺水状态时通过ZigBee/蓝牙模块向报警基站发出报警信息；具体如下：(1)将溺水检测手环安装在佩戴者胳膊上，溺水检测手环通过加速度计获取人体运动数据，根据加速度计的测量数据通过基于加速度计的溺水行为识别方法分析佩戴者当前行为处于静止或者运动状态；

(2)如果溺水检测手环判定佩戴者当前处于运动状态，则继续根据基于加速度计的溺水行为识别方法进一步判断佩戴者是正常游泳还是溺水状态；如果判定佩戴者处于溺水状态，则溺水检测手环通过ZigBee/蓝牙模块向报警基站发送报警信息，并且溺水检测手环的LED报警灯进行闪频报警；

(3)如果溺水检测手环判定佩戴者当前处于静止状态，则溺水检测手环通过水深传感器获取水深数据，并将水深数据值与设定的佩戴者安全的水深阈值进行比较，如果水深大于阈值，则佩戴者所处的水深存在异常，溺水检测手环进一步通过心率测量传感器进一步获取心率值，判定佩戴者当前心率值是否正常，当心率值异常时判定佩戴者处于溺水状态；

如果佩戴者处于溺水状态，则溺水检测手环通过ZigBee/蓝牙模块向报警基站发送报警信息，并且溺水检测手环的LED报警灯进行闪频报警；否则继续读取加速度计数据；

(二)报警基站实时接收溺水检测手环的报警信息以及对接收的报警信息进行解析，并将解析的信息予以显示；具体过程如下：(1)报警基站开启进行工作后，进行硬件初始化；

(2)报警基站实时等待接收手环报警信息；

(3)报警基站如果接收到溺水手环报警信息，则进行信息内容解析；

(4)报警基站对信息解析完成后，将解析后的信息通过在报警基站的基站LCD显示屏上显示发出报警的手环ID；

(5)报警基站通过网络向安全员发送报警信息；

(三)安全员从电脑端或者手持式移动通讯端接收报警信息，安全员核实溺水检测手环佩戴者是否存在溺水危险，若存在则进行紧急救援；

所述基于加速度计的溺水行为识别方法，具体步骤按照如下方式进行：S1、加速度计采集数据预处理

加速度计用以测量人体运动加速度和重力加速度信号，但是其测量数据包含了各种干扰信号和噪声信号，这些干扰和噪声会对溺水行为识别带来负面影响，需要对加速度计测量的数据进行预处理操作，预处理操作包括噪声过滤与平滑、加窗；

a)噪声过滤与平滑

人体运动加速度信号的频带范围主要集中在0‑15Hz，而数据中的噪声主要集中在15Hz以上，使用I阶级切比雪夫低通滤波器对数据进行滤波处理；

b)数据加窗

对加速度信号进行特征提取之前进行添加窗口的预处理；测量中加速度计的数据采集频率为50Hz，采样窗口设置为256点，相邻窗口重叠50％；

S2、行为特征提取

对加窗后的加速度计测量数据进行特征提取，选用标准差、均值、波峰间隔、波峰波谷几种特征组成特征集；

a)均值

是最简单的表征人体运动行为的统计特征，计算公式如下，式中，Xi是测量数据，n为窗口长度，μ表示改组数据的均值；

b)标准差

反应了加速度计信号的离散程度，能够区分静态行为和动态行为，计算公式如下，c)波峰间隔

在普通游泳和溺水状态识别中，手臂的挥动频率是一个重要的特征，能够使用波峰间隔来度量手臂挥动频率，计算公式如下，ΔT＝|T2‑T1|  (3)

式中，T1表示前一个波峰出现的时间，T2表示后一个波峰出现的时间；

d)波峰波谷

波峰波谷值能够表征人体在运动时所达到的能量大小，能够用来分析溺水行为；

S3、基于决策树的动作识别

行为特征提取得到的特征集用于设计决策树中内部节点的属性，决策树分类法采用自上而下的递归方式，在内部比较节点的属性，并根据属性的不同得到一条自上而下的路径，在叶节点处得到分类；

使用ID3算法构造决策树，设S是训练样本集，它包括n个类别的样本，这些类别分别用C1,C2,…Cn表示，那么S的熵(entropy)表示为：其中，pi表示Ci在整个训练元组中出现的概率，用属于此类元素的数量除以训练集合元素总数量作为估计，熵的实际意义表示为S中元组的类标号所需要的平均信息量；

将训练元组S按照属性A进行划分，那么A对S的期望信息为，信息增益，

gain(S,A)＝entropy(S)‑entropy(S,A)  (6)ID3算法在进行分裂时会计算训练元组中各个属性的增益率，并选择增益率最大的属性进行分裂；

以加速度计的X、Y、Z三轴测量数据计算得到的合加速度，即，式中，a表示合加速度，ax,ay,az分别表示x,y,z轴的加速度值；

以合加速度的均值、标准差、波峰间隔、波峰波谷值、两轴相间系数作为特征集，创建静止、游泳和溺水动作的决策树；

基于上述方法，对穿戴设备中的加速度计数据进行采集，然后对采集的数据进行低通滤波，最后基于行为特征对人员行为进行分析。

2.根据权利要求1所述的基于无线通信的溺水检测方法，其特征在于：所述基于ZigBee/蓝牙通信的溺水检测手环主体结构包括MCU、ZigBee/蓝牙模块、加速度计、心率测量传感器、水深传感器、flash储存器、LED报警灯、LCD显示屏和锂电池；ZigBee/蓝牙模块通过UART模块与MCU连接并进行信息传输；加速度计通过UART模块与MCU连接并进行信息传输；心率测量传感器通过IIC模块与MCU连接并进行信息传输；水深传感器通过IIC模块与MCU连接并进行信息传输；flash储存器通过SPI模块与MCU连接并进行信息传输；LED报警灯通过GPIO模块与MCU连接并进行信息传输；LCD显示屏通过IIC模块与MCU连接并进行信息传输；锂电池与MCU电性连接。

3.根据权利要求2所述的基于无线通信的溺水检测方法，其特征在于：所述MCU作为微处理器用于获取佩戴者的心率、血压和运动状态，并对获取的信息进行处理和分析，数据分析结果为佩戴者存在异常时及时发出警报；

ZigBee/蓝牙模块用于MCU与基站通信，发送报警信息和测量数据；

加速度计用于测量佩戴者运动状态，并将运动状态传送给MCU，MCU进而分析游泳者是否有溺水行为；

心率测量传感器用于测量佩戴者心率，并将检测的心率传输给MCU，检测的心率用以辅助判定佩戴者是否发生溺水，当检测到心率处于静止情形，表明溺水者可能已经处于溺水后期；

水深传感器用于测量佩戴者当前所处水深，并将检测的水深值传输给MCU，MCU通过水深值辅助判定佩戴者是否溺水；

flash储存器用于存储溺水检测手环佩戴者的基本信息以及加速度计的测量数据；

LED报警灯用于在MCU的控制下进行闪频报警，提示安保人员存在佩戴者疑似溺水状况；

LCD显示屏用于显示当前时间，以及接收MCU测量的心率/血压值并予以显示；

锂电池用于向溺水检测手环输出电能。

4.根据权利要求2所述的基于无线通信的溺水检测方法，其特征在于：所述溺水检测手环设置有RFID模块，RFID模块用于登记和打开泳池场所设置的存放个人物品的橱柜。

5.根据权利要求3所述的基于无线通信的溺水检测方法，其特征在于：所述的溺水检测手环的具体工作流程为：

(1)开启溺水检测手环：

将溺水检测手环带着佩戴者胳膊上，并将溺水检测手环开启；

(2)读取加速度计测量数据：

加速度计测量佩戴者运动状态，并将运动状态传送给MCU，MCU根据基于加速度计的测量数据通过基于加速度计的溺水行为识别方法分析佩戴者当前行为处于静止或者运动状态；

(3)运动状态溺水分析：

如果MCU判定佩戴者当前处于运动状态，则继续根据基于加速度计的溺水行为识别方法进一步分析判断当前行为是正常游泳还是溺水行为；如果判断佩戴者处于溺水状态，则MCU通过ZigBee/蓝牙模块向溺水报警基站发送报警信息，同时MCU控制LED报警灯进行闪频报警；

(4)静止状态溺水分析：

如果MCU判定佩戴者当前处于静止状态，则MCU通过水深传感器获取水深数据值，并将水深数据值与设定的佩戴者安全的水深阈值进行比较，阈值根据佩戴者的身高以及佩戴者距离水面的安全水深值设定；

如果水深数据值小于阈值，则佩戴者处于安全的静止状态；如果水深数据值大于阈值，则MCU通过心率测量传感器进一步获取心率值，判定佩戴者当前心率值是否处于溺水状态，当检测的心率值不在正常心率范围内，则佩戴者处于溺水状态；

如果MCU通过心率值判定佩戴者处于溺水状态，则MCU通过ZigBee/蓝牙模块向溺水报警基站发送报警信息，同时MCU控制LED报警灯进行闪频报警；否则MCU继续读取加速度计的数据。

6.根据权利要求1、2或3所述的基于无线通信的溺水检测方法，其特征在于：基于ZigBee/蓝牙的溺水报警基站主体结构包括基站MCU、基站ZigBee/蓝牙模块、wifi/以太网模块、基站LCD显示屏、基站flash储存器、SIM卡和直流电源；基站ZigBee/蓝牙模块用于与溺水检测手环通信，将从溺水检测手环获取的信息传输至基站MCU；基站ZigBee/蓝牙模块通过UART模块与基站MCU连接并进行信息传输；wifi/以太网模块通过SPI模块与基站MCU连接并进行信息传输；基站LCD显示屏通过IIC模块与基站MCU连接并进行信息传输；基站flash储存器通过SPI模块与基站MCU连接并进行信息传输；SIM卡通过UART模块与基站MCU连接并进行信息传输；直流电源与基站MCU电性连接。

7.根据权利要求6所述的基于无线通信的溺水检测方法，其特征在于：所述基站MCU用于通过基站ZigBee/蓝牙模块获取溺水检测手环传送的信息，并控制基站LCD显示屏显示报警信息，将报警信息发送给安全员，并将获取的信息储存与基站flash储存器；基站ZigBee/蓝牙模块用于与溺水检测手环通信，将从溺水检测手环获取的信息传输至基站MCU；wifi/以太网模块用于协助基站MCU向安全员发送报警信息；基站LCD显示屏用于显示基站MCU发送的报警信息；基站flash储存器用于保存溺水报警基站的基本信息和手环加速度计的测量数据；SIM卡用于当游泳池所在室内无wifi/以太网时，通过SIM卡向安全巡查人员发送报警信息；直流电源用于向溺水报警基站提供电能。

8.根据权利要求7所述的基于无线通信的溺水检测方法，其特征在于：基于ZigBee/蓝牙的溺水报警基站的具体工作流程如下：(1)开启溺水报警基站，溺水报警基站进行硬件初始化：对设备中使用UART、IIC、SPI总线以及wifi/以太网、ZigBee/蓝牙模块的硬件进行配置，以便使用；

(2)接收手环报警信息：当基站ZigBee/蓝牙模块接收到实施例3所述溺水检测手环传送的信息后，将信息传输给基站MCU；

(3)分析信息内容：基站MCU获取到溺水检测手环报警信息后，对信息内容进行解析；

(4)LCD显示报警内容：基站MCU对信息解析完成后，基站MCU将解析后的信息在基站LCD显示屏上显示发出报警的手环ID；

(5)向安全员发送报警信息：基站MCU对信息解析完成后，同时通过wifi/以太网模块向安全员发送报警信息，安全员从电脑端或者手持式移动通讯端接收报警信息，安全员核实溺水检测手环佩戴者是否存在溺水危险，若存在则进行紧急救援；

(6)基站持续运转：当报警信息处理后，报警信息由基站MCU转存至基站flash储存器，溺水报警基站持续运转，实时接收由溺水检测手环传递的报警信息。