本發明涉及物聯網和智能課堂，尤其涉及一種智能坐姿矯正系統。

背景技術：

1、隨著物聯網技術的發展和人們對學生健康的重視，在坐姿監測與矯正技術領域，盡管已有多種方法和系統被提出并應用于實際生活中，但現有技術仍存在著顯著的不足與挑戰，推動了新型智能坐姿矯正系統的研發需求。傳統坐姿監測技術大多依賴于簡單的攝像頭監控或壓力傳感器設備。然而，這些技術在實際應用中面臨著諸多限制。攝像頭監控技術受限于光線條件、拍攝角度以及可能的遮擋物，導致監測結果的準確性和可靠性大打折扣。此外，該技術還涉及到學生隱私保護的問題，不易在教室公共場所廣泛應用。而壓力傳感器雖然能夠檢測到坐姿的部分信息，但其監測范圍有限，無法全面反映學生的坐姿狀態，且易受外界干擾，導致誤報和漏報現象頻發，不同學生的身體形態、身高、體重生理特征各不相同，而現有坐姿監測技術往往采用統一的坐姿標準進行評估。這種“一刀切”的評估方式不僅無法準確反映學生的真實坐姿狀況，還可能因標準過于嚴苛或寬松而導致矯正效果不佳或過度矯正的問題，傳統的有線連接方式限制了監測設備的靈活性和便攜性，不利于在實際場景中的廣泛應用，且傳統的矯正坐姿的提醒方式大多具有干擾性，容易干擾課堂秩序，影響其他學生的學習，不宜在課堂教學中使用。

2、因此，提出了一種智能坐姿矯正系統。

技術實現思路

1、本發明所要解決的是目前傳統的教室學生坐姿矯正方式的效率低，環境限制大的問題，同時存在無法對不同學生的身體形態、身高、體重生理特征各不相同進行坐姿矯正的考量，可能因標準過于嚴苛或寬松而導致矯正效果不佳或過度矯正的問題，同時矯正坐姿的提醒方式存在干擾課堂秩序，不宜在教室使用的問題。

2、本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

3、一種智能坐姿矯正系統，包括建模模塊、坐標系建立模塊、坐姿識別模塊和振動提醒模塊，

4、建模模塊用于建立學生所在教室的三維模型；并且用于確定全部學生的空間位置；然后將n位學生的空間位置數據傳輸給上述坐姿識別模塊；

5、坐標系建立模塊用于建立三維模型的坐標系；并且用于對n位學生的關鍵部位進行坐標點的定位的更新；并且用于根據n位學生的關鍵部位的坐標點數據計算出n位學生的坐姿參數，然后將n位學生的坐姿參數傳輸給上述坐姿識別模塊；并且用于存儲n位學生的關鍵部位的坐標點數據和坐姿參數；

6、坐姿識別模塊用于存儲預設的學生正確坐姿參數；并且用于根據預設的學生正確坐姿參數訓練得到的正確坐姿閾值范圍；并且用于在接收到n個學生坐姿參數和n位學生的空間位置數據后，匹配對應學生的坐姿參數和位置數據并生成數據包；并且用于將n個學生坐姿參數和正確坐姿閾值范圍進行對比；并且用于在確定第n個學生坐姿不正確后，生成提醒信號，然后將提醒信號和第n個學生的位置數據傳輸給振動提醒模塊；

7、振動提醒模塊用于在接收到提醒信號和第n個學生的位置數據后，將提醒信號和第n個學生的位置數據轉化為智能終端能夠識別的格式；并且用于顯示第n個學生的位置數據；并且用于發出振動提示提醒第n個學生矯正坐姿。

8、優選的，建模模塊包括空間掃描單元、模型構建單元和藍牙定位單元，

9、空間掃描單元用于對教室進行全方位的掃描，獲取教室的幾何形狀、尺寸和布局信息，然后將獲取到的教室的幾何形狀、尺寸和布局信息傳輸給模型構建單元；

10、模型構建單元用于在接收到教室的幾何形狀、尺寸和布局信息后，根據教室的幾何形狀、尺寸和布局信息構建教室的三維模型；

11、藍牙定位單元用于根據接收器與n位學生佩戴的智能手環所發出的測量信號傳播時間、信號強度參數，結合三角定位算法，確定n位學生的空間位置，然后將n位學生的空間位置數據傳輸給坐姿識別模塊。

12、優選的，確定n位學生的空間位置的方法為：

13、di＝c*δti/2；

14、(xn-xi)2+(yn-yi)2＝(di)2；

15、其中，di是第i個接收器與手環之間的距離，其單位為m，c是光速，其單位為m/s,δti是信號從手環發出到第i個接收器接收并返回確認信號的總時間差的一半，其單位為s，(xn，yn)為第n位學生的空間位置，其單位為m，(xi，yi)為第i個接收器的坐標位置，其單位為m，i∈(1，3)，且i為整數。

16、優選的，包括坐標系統一子模塊、動態更新子模塊和參數計算子模塊，

17、坐標系統一子模塊用于在教室三維模型構建完成后，建立一個統一的全局的三維坐標系；并且用于在坐標系建立完成后，生成關鍵點追蹤信號，然后將關鍵點追蹤信號傳輸給動態更新子模塊；

18、動態更新子模塊用于在接收到關鍵點追蹤信號后，實時跟蹤和更新n位學生的頭部、頸部、屁股與座位的接觸點的坐標點數據，然后將n位學生的頭部、頸部、屁股與座位的接觸點的坐標點數據傳輸給參數計算子模塊和存儲單元；

19、參數計算子模塊用于在接收到n位學生的頭部、頸部、屁股與座位的接觸點的坐標點數據后，根據n位學生的頭部、頸部、屁股與座位的接觸點的坐標點數據計算出n位學生的坐姿參數，然后將計算出的n位學生的坐姿參數分別傳輸給存儲單元和坐姿識別模塊；

20、存儲單元用于在接收到n位學生的頭部、頸部、屁股與座位的接觸點的坐標點數據和n位學生的坐姿參數后，存儲n位學生的頭部、頸部、屁股與座位的接觸點的坐標點數據和n位學生的坐姿參數。

21、優選的，n位學生的坐姿參數的計算公式為：

22、

23、其中，是第n個學生的頭部二維坐標點到頸部二維坐標點的向量，是第n個學生的頸部二維坐標點到屁股與座位的接觸點的二維坐標點的向量，是第n個學生的頭部二維坐標點數據，是第n個學生的頸部二維坐標點數據，是第n個學生屁股與座位的接觸點的二維坐標點數據，是第n個學生的坐姿參數，其單位為度。

24、優選的，坐姿識別模塊包括坐姿數據庫子模塊、數據匹配單元和對比判斷子模塊；

25、坐姿數據庫子模塊用于存儲預設的學生正確坐姿參數；并且用于根據預設的學生正確坐姿參數訓練得到的正確坐姿閾值范圍，然后將正確坐姿閾值范圍傳輸給對比判斷子模塊；

26、數據匹配單元用于在接收到n位學生的空間位置數據和n位學生的坐姿參數后，匹配對應學生的坐姿參數和位置數據并打包數據；并且用于在匹配完成后，生成坐姿判斷信號，然后將坐姿判斷信號和數據包傳輸給對比判斷子模塊；

27、對比判斷子模塊用于在接收到正確坐姿閾值范圍、坐姿判斷信號和數據包后，對比n個學生坐姿參數和正確坐姿閾值范圍；并且用于在判斷第n個學生坐姿不正確后，生成提醒信號，然后將提醒信號和第n個學生的位置數據傳輸給振動提醒模塊。

28、優選的，根據預設的學生正確坐姿參數訓練得到的正確坐姿閾值范圍的方式為：

29、

30、其中，是正確坐姿閾值范圍的最大值，其單位為度，是預設的第i個學生正確坐姿參數，其單位為度，d是預設的學生正確坐姿參數總數。

31、優選的，對比n個學生坐姿參數和正確坐姿閾值范圍的方式為：

32、

33、其中，當result＝ture時，判斷第n個學生坐姿正確，當result＝false時，判斷第n個學生坐姿不正確。

34、優選的，振動提醒模塊包括信號轉化子模塊、zigbee模塊和提醒模塊；

35、信號轉化子模塊用于在接收到提醒信號和第n個學生的位置數據后，將提醒信號和第n個學生的位置數據轉化為智能終端能夠識別的格式，然后將格式轉化后的提醒信號和第n個學生的位置數據傳輸給zigbee模塊；

36、zigbee模塊用于在接收到格式轉化后的提醒信號和第n個學生的位置數據后，分別將格式轉化后的提醒信號和第n個學生的位置數據傳輸給提醒模塊；

37、提醒模塊用于在接收到第n個學生的位置數據后，顯示第n個學生的位置數據；并且用于在接收到提醒信號后，發出振動提醒學生矯正坐姿。

38、優選的，提醒模塊包括教師移動顯示單元和學生振動提示單元；

39、教師移動顯示單元用于在接收到第n個學生的位置數據后，顯示第n個學生的位置數據；教師移動顯示單元為智能手機或平板中的一種或多種；

40、學生振動提示單元用于在接收到提醒信號后，發出振動提醒學生矯正坐姿；學生振動提示單元為智能手環中的一種或多種。

41、本發明的有益效果：

42、1.通過高精度的三維建模技術，系統能夠精確構建教室環境，并實時定位每位學生的空間位置。這種技術不僅提高了定位的準確性，還使得系統能夠靈活適應不同教室布局，增強了系統的通用性和實用性。

43、2.坐標系建立模塊能夠實時更新學生關鍵部位的坐標點，并根據這些坐標點數據計算出學生的坐姿參數。這種動態監測和計算能力，使得系統能夠及時發現學生坐姿的變化，存儲每位學生的關鍵部位坐標點數據和坐姿參數，為后續的數據分析和優化提供了豐富的數據源。

44、3.坐姿識別模塊利用機器學習技術，訓練出正確的坐姿閾值范圍，并能夠根據接收到的坐姿參數進行智能匹配和判斷。這種智能化的識別方式，不僅提高了坐姿判斷的準確性，還實現了對學生坐姿的個性化評估，避免了因統一標準而導致的矯正效果不佳或過度矯正問題。

45、4.振動提醒模塊采用非侵入式的提醒方式，通過智能終端發出振動提示，既能夠有效引導學生改善坐姿，又不會干擾到正常的課堂教學秩序。這種技術不僅提高了提醒的有效性，還增強了學生的舒適度和接受度。