一种可检测脚步混乱的智能鞋及检测方法

1.本发明属于智能鞋技术领域，特别是涉及一种可检测脚步混乱的智能鞋及检测方法。


背景技术：

2.摔倒对人体危害极大，尤其对中老年人来说甚至会危及生命。摔倒前的一个重要人体指征是脚步开始出现混乱。关于检测摔倒的相关技术，例如公开号为cn106529418b的中国专利《一种跌倒检测及报警方法》提出方法包括：1)在被监护者行走时，利用穿戴在被监护者身上的视觉信息采集模块采集视频图像；其中，所述视觉信息采集模块被固定使得被监护者正常行走时该视觉信息采集模块大致指向位于同一方向的拍摄面；2)监测预设时间窗口内的相邻图像是否相似，根据该时间窗口内是否连续出现相邻图像不相似，判断被监护者是否跌倒。公开号为cn109830086a的中国专利《一种基于单片机的老年人在行走状态下的摔倒检测系统》提出检测系统包括单片机处理模块、惯性传感器模块、gps定位模块、gprs通信模块、压力传感器模块和电源模块；所述惯性传感器模块安装在老年人使用者的踝关节部位，惯性传感器模块x轴正向水平向前，y轴正向水平向右，z轴正向竖直向下；单片机处理模块、gps定位模块、gprs通信模块、压力传感器模块和电源模块均集成安装在老年人使用者的鞋里脚底处；所述gprs通信模块通过gsw公网实现与老年人监护人手机短信信息通信。本发明在实现检测老年人摔倒的同时，计算老年人的步态时相参数，为分析老年人摔倒原因及有效预防老年人摔倒提供必要的依据。
3.上述技术方案是通过监测人体视线信息和身体姿态情况判断是否有跌倒动作发生的技术，但是上述方案不能有效识别穿戴智能鞋的人员出现的脚步混乱等摔倒的前置指征，不能及时预防和提醒行人注意防摔。目前还没有检测脚步混乱从而有效提醒人员避免摔倒的技术方案，为此提出一种可检测脚步混乱的智能鞋及检测方法。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述问题，提出一种可检测脚步混乱的智能鞋及检测方法。
5.本发明的一种检测脚步混乱方法，其特征在于，包括：
6.根据左右脚参数信息计算脚步一致性值并以此判断脚步是否混乱。
7.优选地，所述左右脚参数信息包括左右脚的行动方向信息、左右脚的移动速度信息、左右脚的高度信息、左右脚的左右间距信息、左右脚的前后间距信息的任一项或多项组合。
8.优选地，所述根据左右脚参数信息计算脚步一致性值，包括步骤：
9.根据当前时刻左右脚的行动方向的夹角和/或左右脚的左右间距与前一段时间内的平均间距的差值计算脚步方向一致性值；
10.根据当前时刻左右脚的移动速度的差值与左右脚的高度差值的匹配程度和/或左右脚的移动速度的差值与左右脚的前后间距的匹配程度计算脚步速度一致性值；
11.根据脚步方向一致性值和/或脚步速度一致性值计算脚步一致性值。
12.本发明的一种检测脚步混乱方法，其特征在于，包括：
13.根据发力脚信息计算脚步发力合理性值并以此判断脚步是否混乱。
14.优选地，所述发力脚信息包括人员行动时发力脚的变换交替信息、人员步行时变换发力脚的时间间隔信息、人员跑动时变换发力脚的时间间隔信息、人员步行时发力脚的压力信息、人员跑动时发力脚的压力信息的任一项或多项组合。
15.优选地，所述根据发力脚信息计算脚步发力合理性值，包括步骤：
16.获取人员当前时刻的行动速度并根据左右脚的受力分析得到发力脚信息；
17.根据当前一定时间段内人员行动时发力脚的变换频率与行动速度的匹配值和/或人员变换发力脚的时间间隔与行动速度的匹配值和/或人员发力脚的压力信息与行动速度的匹配值计算脚步发力合理性值。
18.本发明的一种检测脚步混乱方法，其特征在于，包括：
19.根据左右脚触地信息计算脚步交替规律值并以此判断脚步是否混乱。
20.优选地，所述左右脚触地信息包括处于不同运动状态时左右脚接触地面的时间间隔信息、处于不同运动状态时左右脚接触地面的前后间距信息、处于不同运动状态时左右脚接触地面的左右间距信息的任一项或多项组合。
21.优选地，所述根据左右脚触地信息计算脚步交替规律值，包括步骤：
22.根据当前一定时间段内左右脚接触地面的时间间隔的变化值计算脚步交替时间规律值；
23.根据当前一定时间段内左右脚接触地面的前后间距的变化值和/或左右脚接触地面的左右间距的变化值计算脚步交替距离规律值；
24.根据脚步交替时间规律值和/或脚步交替距离规律值计算脚步交替规律值。
25.本发明的一种检测脚步混乱方法，其特征在于，包括：
26.根据上述的脚步一致性值和/或脚步发力合理性值和/或脚步交替规律值计算脚步规范值并以此判断脚步是否混乱。
27.一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行上述方法。
28.一种可检测脚步混乱的智能鞋，其特征在于包括：鞋本体，安装在鞋内的行动检测装置、数据传输装置、处理器、存储器和提醒装置，以及一个或多个程序；所述行动检测装置用于检测左右脚参数信息、发力脚信息和左右脚触地信息，所述数据传输装置用于将采集到的数据传输至处理器，提醒装置用于当检测到脚步混乱时提醒注意防摔，所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行上述的方法。
29.本发明的方法及系统具有的优点是：
30.(1)根据当前时刻左右脚的行动方向的夹角和/或左右脚的左右间距与前一段时间内的平均间距的差值以及当前时刻左右脚的移动速度的差值与左右脚的高度差值和/或前后间距的匹配程度计算脚步一致性值，可以有效识别左右脚脚步方向和速度的一致性，便于识别左右脚脚步不一致所带来的摔倒隐患。
31.(2)根据行动时发力脚的变换频率与行动速度的匹配值和/或变换发力脚的时间
间隔与行动速度的匹配值和/或发力脚的压力信息与行动速度的匹配值计算脚步发力合理性值，可以有效识别脚步发力与行动速度的匹配情况，便于识别脚步发力与速度不匹配所带来的摔倒隐患。
32.(3)根据左右脚接触地面的时间间隔的变化值以及左右脚接触地面的前后间距的变化值和/或左右间距的变化值计算脚步交替规律值，可以有效识别脚步交替时间和间距是否规律，便于识别脚步交替习惯突然变化所带来的摔倒隐患。
33.(4)根据脚步一致性值和/或脚步发力合理性值和/或脚步交替规律值计算脚步隐患值并根据脚步隐患值判断脚步是否具有摔倒隐患，可以有效识别穿戴智能鞋的左右脚脚步不一致、发力不协调、脚步交替规律混乱等可能带来的摔倒风险以便及时预防和提醒行人。
附图说明
34.图1是本发明实施例的检测脚步混乱方法的步骤流程图；
35.图2是本发明实施例的可检测脚步混乱的智能鞋的结构示意图。
具体实施方式
36.下面对本发明优选实施例作详细说明。本发明的智能鞋的穿戴对象不限于人，还包括动物(例如宠物鞋)、智能机器人(用于取代机器人的一只或多只脚)等，当应用于超过两只脚的动物或智能机器人时，左右脚可扩展只多只脚。
37.本发明的一种检测脚步混乱方法的实施例，其特征在于，包括：
38.获取左右脚参数信息；
39.根据左右脚参数信息计算脚步一致性值并以此判断脚步是否混乱。
40.优选地，所述左右脚参数信息包括左右脚的行动方向信息、左右脚的移动速度信息、左右脚的高度信息、左右脚的左右间距信息、左右脚的前后间距信息的任一项或多项组合。本实施例中，不同类型的鞋例如老人鞋、儿童鞋、皮鞋、运动鞋、高跟鞋、凉鞋等具有不同的行走要求，其左右脚的参数要求也不同，主要包括左右脚的行动方向信息、左右脚的移动速度信息、左右脚的高度信息、左右脚的左右间距信息、左右脚的前后间距信息的任一项或多项组合。
41.优选地，所述根据左右脚参数信息计算脚步一致性值，包括步骤：
42.根据当前时刻左右脚的行动方向的夹角和/或左右脚的左右间距与前一段时间内的平均间距的差值计算脚步方向一致性值；
43.根据当前时刻左右脚的移动速度的差值与左右脚的高度差值的匹配程度和/或左右脚的移动速度的差值与左右脚的前后间距的匹配程度计算脚步速度一致性值；
44.根据脚步方向一致性值和/或脚步速度一致性值计算脚步一致性值。
45.本实施例中，所述根据当前时刻左右脚的行动方向的夹角和/或左右脚的左右间距与前一段时间内的平均间距的差值计算脚步方向一致性值，是：根据当前时刻左右脚的行动方向的夹角与脚步方向一致性值的负相关关系计算脚步方向一致性值、根据左右脚的左右间距与前一段时间内的平均间距的差值与脚步方向一致性值的负相关关系计算脚步方向一致性值、根据当前时刻左右脚的行动方向的夹角和左右脚的左右间距与前一段时间
内的平均间距的差值与脚步方向一致性值的负相关关系计算脚步方向一致性值的任一项，脚步方向一致性值用变量m表示。
46.所述根据当前时刻左右脚的移动速度的差值与左右脚的高度差值的匹配程度和/或左右脚的移动速度的差值与左右脚的前后间距的匹配程度计算脚步速度一致性值，是：根据当前时刻左右脚的移动速度的差值与左右脚的高度差值的匹配程度(根据事先设置的移动速度与高度差的对应关系计算得到)与脚步速度一致性值的正相关关系计算脚步速度一致性值、根据左右脚的移动速度的差值与左右脚的前后间距的匹配程度(根据事先设置的移动速度与前后间距的对应关系计算得到)与脚步速度一致性值的正相关关系计算脚步速度一致性值、根据当前时刻左右脚的移动速度的差值与左右脚的高度差值的匹配程度和左右脚的移动速度的差值与左右脚的前后间距的匹配程度与脚步速度一致性值的正相关关系计算脚步速度一致性值，脚步速度一致性值用变量n表示。
47.所述根据脚步方向一致性值和/或脚步速度一致性值计算脚步一致性值是根据脚步一致性值与脚步方向一致性值和/或脚步速度一致性值的正相关关系计算得到，脚步一致性值用变量a表示。
48.表a中a1～a3表示计算脚步一致性值a的不同实施方式，其中表a中涉及的脚步方向一致性值m、脚步速度一致性值n采用上述实施方式中的计算公式计算。
49.表a计算脚步一致性值的不同实施方式
50.51.[0052][0053]
事先设置脚步一致性异常阈值x，根据表a中任一项的计算方法得到脚步一致性值a，若a《x(例如x＝0.8)，则判定脚步发生混乱。
[0054]
在另一种优选实施例中，本发明的一种检测脚步混乱方法，其特征在于，包括：
[0055]
获取发力脚信息；
[0056]
根据发力脚信息计算脚步发力合理性值并以此判断脚步是否混乱。
[0057]
优选地，所述发力脚信息包括人员行动时发力脚的变换交替信息、人员步行时变换发力脚的时间间隔信息、人员跑动时变换发力脚的时间间隔信息、人员步行时发力脚的压力信息、人员跑动时发力脚的压力信息的任一项或多项组合。本实施例中，不同类型的鞋例如老人鞋、儿童鞋、皮鞋、运动鞋、高跟鞋、凉鞋、宠物鞋根据其不同的行走方式具有不同的发力脚要求，主要包括人员行动时发力脚的变换交替信息、人员步行时变换发力脚的时间间隔信息、人员跑动时变换发力脚的时间间隔信息、人员步行时发力脚的压力信息、人员跑动时发力脚的压力信息的任一项或多项组合。
[0058]
优选地，所述根据发力脚信息计算脚步发力合理性值，包括步骤：
[0059]
获取人员当前时刻的行动速度并根据左右脚的受力分析得到发力脚信息；
[0060]
根据当前一定时间段内人员行动时发力脚的变换频率与行动速度的匹配值和/或人员变换发力脚的时间间隔与行动速度的匹配值和/或人员发力脚的压力信息与行动速度的匹配值计算脚步发力合理性值。
[0061]
本实施例中，所述人员行动时发力脚的变换频率与行动速度的匹配值是根据当前发力脚的变换频率和行动速度与事先设置的发力脚变化频率与行动速度的对应关系的匹配情况计算当前一定时间段内行动时发力脚的变换频率与行动速度的匹配值，用变量u表示，取值范围从0-1，当前行动速度与当前发力脚的变换频率对应的正常行动速度的差值越大，则匹配程度u越小。
[0062]
所述人员变换发力脚的时间间隔与行动速度的匹配值是根据当前变换发力脚的时间间隔和行动速度与事先设置的变换发力脚的时间间隔与行动速度的对应关系的匹配情况计算当前变换发力脚的时间间隔与行动速度的匹配值，用变量v表示，取值范围从0-1，当前行动速度与当前变换发力脚的时间间隔对应的正常行动速度的差值越大，则匹配程度v越小。
[0063]
所述人员发力脚的压力信息与行动速度的匹配值是根据当前发力脚的压力信息和行动速度与事先设置的发力脚的压力信息与行动速度的对应关系的匹配情况计算当前发力脚的压力信息与行动速度的匹配值，用变量y表示，取值范围从0-1，当前行动速度与当前发力脚的压力信息对应的正常行动速度的差值越大，则匹配程度y越小。
[0064]
所述根据当前一定时间段内人员行动时发力脚的变换频率与行动速度的匹配值和/或人员变换发力脚的时间间隔与行动速度的匹配值和/或人员发力脚的压力信息与行动速度的匹配值计算脚步发力合理性值是脚步发力合理性值与当前一定时间段内人员行动时发力脚的变换频率与行动速度的匹配值和/或人员变换发力脚的时间间隔与行动速度的匹配值和/或人员发力脚的压力信息与行动速度的匹配值的正相关关系计算得到，脚步发力合理性值用变量b表示。
[0065]
表b中b1～b7表示计算脚步发力合理性值b的不同实施方式，其中表b中涉及的发力脚的变换频率与行动速度的匹配值u、变换发力脚的时间间隔与行动速度的匹配值v、发力脚的压力信息与行动速度的匹配值y采用上述实施方式中的计算公式计算。
[0066]
表b计算脚步发力合理性值的不同实施方式
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073]
[0074][0075]
事先设置发力脚异常阈值y，根据表b中任一项的计算方法得到脚步发力合理性值b，若b《y(例如y＝0.6)，则判定脚步发生混乱。
[0076]
在另一种优选实施例中，本发明的一种检测脚步混乱方法，其特征在于，包括：
[0077]
获取左右脚触地信息；
[0078]
根据左右脚触地信息计算脚步交替规律值并以此判断脚步是否混乱。
[0079]
优选地，所述左右脚触地信息包括处于不同运动状态时左右脚接触地面的时间间隔信息、处于不同运动状态时左右脚接触地面的前后间距信息、处于不同运动状态时左右脚接触地面的左右间距信息的任一项或多项组合。本实施例中，根据不同类型的鞋例如老人鞋、儿童鞋、皮鞋、运动鞋、高跟鞋、凉鞋等的不同行走要求，其左右脚触地的要求也不同，主要包括处于不同运动状态时左右脚接触地面的时间间隔信息、处于不同运动状态时左右脚接触地面的前后间距信息、处于不同运动状态时左右脚接触地面的左右间距信息的任一项或多项组合。
[0080]
优选地，所述根据左右脚触地信息计算脚步交替规律值，包括步骤：
[0081]
根据当前一定时间段内左右脚接触地面的时间间隔的变化值计算脚步交替时间规律值；
[0082]
根据当前一定时间段内左右脚接触地面的前后间距的变化值和/或左右脚接触地面的左右间距的变化值计算脚步交替距离规律值；
[0083]
根据脚步交替时间规律值和/或脚步交替距离规律值计算脚步交替规律值。
[0084]
本实施例中，所述根据当前一定时间段内左右脚接触地面的时间间隔的变化值计算脚步交替时间规律值，是：根据当前一定时间段内左右脚接触地面的时间间隔的方差与脚步交替时间规律值的负相关关系计算脚步交替时间规律值、根据当前一定时间段内左右脚接触地面的时间间隔的平均变化量与脚步交替时间规律值的负相关关系计算脚步交替时间规律值的任一项，脚步交替时间规律值用变量p表示。
[0085]
所述根据当前一定时间段内左右脚接触地面的前后间距的变化值和/或左右脚接触地面的左右间距的变化值计算脚步交替距离规律值，是：根据当前一定时间段内左右脚接触地面的前后间距的变化值(平均变化量或方差)与脚步交替距离规律值的负相关关系计算脚步交替距离规律值、根据左右脚接触地面的左右间距的变化值(平均变化量或方差)
与脚步交替距离规律值的负相关关系计算脚步交替距离规律值、根据当前一定时间段内左右脚接触地面的前后间距的变化值和左右脚接触地面的左右间距的变化值(平均变化量或方差)与脚步交替距离规律值的负相关关系计算脚步交替距离规律值的任一项，脚步交替距离规律值用变量q表示。
[0086]
所述根据脚步交替时间规律值和/或脚步交替距离规律值计算脚步交替规律值是根据脚步交替规律值与脚步交替时间规律值和/或脚步交替距离规律值的正相关关系计算得到，脚步交替规律值用变量c表示。
[0087]
表c中c1～c3表示计算脚步交替规律值的不同实施方式，其中表c中涉及的脚步交替时间规律值p、脚步交替距离规律值q采用上述实施方式中的公式得到。
[0088]
表c计算脚步交替规律值的不同实施方式
[0089]
[0090][0091]
事先设置脚步交替异常阈值z，根据表c中任一项的计算方法得到脚步交替规律值c，若c《z(例如z＝0.6)，则判定脚步发生混乱。
[0092]
在另一种优选实施例中，本发明的一种检测脚步混乱方法，其流程图如图1所示，包括步骤：
[0093]
根据左右脚参数信息计算脚步一致性值；
[0094]
根据发力脚信息计算脚步发力合理性值；
[0095]
根据左右脚触地信息计算脚步交替规律值；
[0096]
根据脚步一致性值和/或脚步发力合理性值和/或脚步交替规律值计算脚步规范值并以此判断脚步是否混乱。
[0097]
本实施例中，所述根据脚步一致性值和/或脚步发力合理性值和/或脚步交替规律值计算脚步规范值是根据脚步规范值与脚步一致性值和/或脚步发力合理性值和/或脚步交替规律值的正相关关系计算得到，脚步规范值用变量x表示。
[0098]
表d中d1～d7表示计算脚步规范值的不同实施方式，其中表d中涉及的脚步一致性值a、脚步发力合理性值b、脚步交替规律值c采用上述实施方式中的公式得到。
[0099]
表d计算脚步规范值的不同实施方式
[0100]
[0101]
[0102]
[0103][0104]
根据表d中任一项所述的方法计算得到脚步规范值x，事先设置脚步混乱阈值u(例如u＝0.8)，若x《u，则判定脚步发生混乱。
[0105]
一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行上述方法。
[0106]
一种可检测脚步混乱的智能鞋，其特征在于包括：鞋本体，安装在鞋内的行动检测装置、数据传输装置、处理器、存储器和提醒装置，以及一个或多个程序；所述行动检测装置用于检测左右脚参数信息、发力脚信息和左右脚触地信息，所述数据传输装置用于将采集到的数据传输至处理器，提醒装置用于当检测到脚步混乱时提醒注意防摔，所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行上述的方法。
[0107]
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。