专利名称：一种跌倒检测方法、跌倒检测装置和手腕式设备的制作方法
技术领域：
本发明属于检测技术领域，特别地涉及一种跌倒检测方法、跌倒检测装置和手腕式设备。
背景技术：
随着计算机技术、无线通信技术以及医疗技术的发展，社会逐渐步入电子健康时代。进入21世纪，国内医药卫生体制的改革也正在纳入电子健康计划。电子健康是信息技术在健康保健领域全方位的应用，是现代医学卫生在健康保健中最为重要的革命。随着有线、无线信息网络基础设施和终端设备的不断发展、完善，在不远的将来，人们可以随时随地的享受健康服务。近期中国的研究中心结果表明，中国65岁老年人所占比重超过7%，60岁的老年人所占比重超过了 10%。这些数据显示着中国正逐步迈入老龄化时代。随着社会工作压力的增大，许多工作忙碌的子女无法兼顾老年人在家的健康状况。随着年龄的增加，人体机能的衰退，老年人往往容易跌倒，跌倒在老年人的意外伤害排行前十，而且在跌倒后如果没有监护人在身边往往会导致不可预计的结果发生。为了提高检测的准确性和算法的设计，国内外大部分跌倒检测设备都是基于胸口处等不易发生强烈运动变化的部位开发的，手腕部位穿戴式的跌倒检测十分罕见。故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，用于可以根据不同的人群设定不同的阈值标准可以检测不同强度跌倒，避免因为跌倒而造成严重的后果，简单方便。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种跌倒检测方法、跌倒检测装置和手腕式设备，用于基于传感器检测人体实时的加速度值，简单、高准确率地判定人体是否跌倒。为实现上述目的，本发明的技术方案为一种跌倒检测方法，包括以下步骤步骤10，从三轴加速度传感器获取人体对应的三轴加速度模拟信号，使用滤波算法汉宁滤波和移动平均法进行滤波减少噪声产生的瞬间剧烈误差偏移，将获得的三轴加速度数字信号转化成综合加速度值，进入步骤20 ；步骤20，利用获得得到的综合加速度值对重力信号的静止初始状态进行校准，利用积分获取垂直运动速度值和非旋转状态速度值，进入步骤30 ；步骤30，判断所述综合加速度值的瞬间值是否小于设定阈值，若不小于设定阈值，返回继续步骤10，若小于设定阈值，累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值，积分的起始时间代表满足基本跌倒条件判断的时刻点，终止时刻代表累加结束时刻，进入步骤40 ；步骤40，判断所述累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值是否小于设定阈值，若小于设定阈值，返回继续步骤10， 若不小于设定阈值，累加计算综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值作为运动强度标识，进入步骤50;步骤50，判断最近一次综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值是否大于设定阈值，若大于设定阈值，返回继续步骤10，若小于设定阈值，检测运动强度标识是否大于设定阈值，若小于设定阈值，进入步骤60 ；步骤60，计算三轴的角度偏移，进入步骤70 ；步骤70，判断计算得到的任一角度偏移是否大于设定偏移阈值，若大于设定偏移阈值，返回继续步骤10，若小于设定偏移阈值，第一时间周期时间内不存在三个角度同时小于阈值的时刻并且不存在综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值不大于其阈值，判定人体跌倒。一种跌倒检测装置，包括三轴加速度传感器、垂直运动速度值和非旋转状态速度值获取模块、第一判断模块、第二判断模块、第三判断模块、角度偏移获取模块和第四判断模块，所述三轴加速度传感器用于获取人体对应的三轴加速度模拟信号，使用滤波算法汉宁滤波和移动平均法进行滤波减少噪声产生的瞬间剧烈误差偏移，将获得的三轴加速度数字信号转化成综合加速度值；所述垂直运动速度值和非旋转状态速度值获取模块用于利用获得得到的综合加速度值对重力信号的静止初始状态进行校准，利用积分获取垂直运动速度值和非旋转状态速度值；所述第一判断模块用于判断所述综合加速度值的瞬间值是否小于设定阈值，若不小于设定阈值，返回继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号，若小于设定阈值，累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值，积分的起始时间代表满足基本跌倒条件判断的时刻点，终止时刻代表累加结束时刻；所述第二判断模块用于判断所述累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值是否小于设定阈值，若小于设定阈值，返回继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号，若不小于设定阈值，累加计算综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值作为运动强度标识；所述第三判断模块用于判断最近一次综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值是否大于设定阈值，若大于设定阈值，继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号，若小于设定阈值，检测运动强度标识是否大于设定阈值；
所述角度偏移获取模块用于计算三轴的角度偏移所述第四判断模块用于判断计算得到的任一角度偏移是否大于设定偏移阈值，若大于设定偏移阈值，返回继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号，若小于设定偏移阈值，第一时间周期时间内不存在三个角度同时小于阈值的时刻并且不存在综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值不大于其阈值，判定人体跌倒。一种手腕式设备，穿戴于人体手腕处，其特征在于，包括上述的跌倒检测装置。与现有技术采用的基于图像视频监控、基于声学检测或基于红外检测人体跌倒的 实现方式相比，本发明采用加速度传感器用于根据不同的人群设定不同的阈值标准可以检测不同强度跌倒，避免因为跌倒而造成严重的后果，简单方便。
图I为本发明实施例的跌倒检测方法流程图；图2为本发明实施例的跌倒检测方法的跌倒信号示意图；图3为本发明实施例的跌倒检测装置结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。参考图1，所示为本发明实施例的跌倒检测方法的流程图，包括以下步骤S10,从三轴加速度传感器获取人体对应的三轴加速度模拟信号gx、gy和gz，使用滤波算法汉宁滤波和移动平均法进行滤波减少噪声产生的瞬间剧烈误差偏移，将获得的三轴加速度数字信号转化成综合加速度值g ;综合加速度值g可以通过公式I得到g =知2+(gy)2+(gz)2 公式 IS20，利用获得得到的综合加速度值g对重力信号的静止初始状态进行校准，利用积分获取垂直运动速度值Vl和非旋转状态速度值v2 ；
J(g-l) if (\g\~0.99 < O)V1 = ] J,,公式 2
^v1 X 0.95 /(|g|-0.99 >= 0)V2 =水 jgxdt)2 + (jgydt)2 + ( jgzdt)2 — i公式 3vl和v2的值分别代表了只考虑超失重状态的垂直运动速度值和考虑了轻微晃动变化状态(如握手)的非旋转状态速度值。vl在g值很大的情况下误差很大，所以公式2对其正数值进行约束，而v2则是在旋转的时候误差值很大，但是这两个速度几乎不会在同一动作中同时产生大量误差。S30，判断所述综合加速度值的瞬间值g是否小于设定阈值gth，若不小于设定阈值，返回继续S10，
若小于设定阈值，累加积分获取非旋转状态速度值和所述垂直运动速度值的差值，积分的起始时间代表满足基本跌倒条件判断的时刻点，终止时刻代表累加结束时刻，进入 S40 ；图I中第23秒到26秒时刻为跌倒过程，从图中可以明显的看出在该过程中vl和v2存在着明显的速度差，因此本发明实施例引入一个放大的Av值C。非旋转状态速度值vl和垂直运动速度值v2的差值Δν(Δν = Avljv2 = vl_v2),进行积分计算,速度差的设计方法简化了对算法的灵敏度调节，比如在普通灵敏度实际测试的时候只需要使用v2，g两个参数就足够了，那么只需要将vl的阈值设置为正值则可以忽略这一参数，又因为Av固
定了，那么只要确定了 vl的话就直接确定了 v2。
权利要求
1.一种跌倒检测方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤10，从三轴加速度传感器获取人体对应的三轴加速度模拟信号，使用滤波算法汉宁滤波和移动平均法进行滤波减少噪声产生的瞬间剧烈误差偏移，将获得的三轴加速度数字信号转化成综合加速度值，进入步骤20 ； 步骤20，利用获得得到的综合加速度值对重力信号的静止初始状态进行校准，利用积分获取垂直运动速度值和非旋转状态速度值，进入步骤30 ； 步骤30，判断所述综合加速度值的瞬间值是否小于设定阈值， 若不小于设定阈值，返回继续步骤10， 若小于设定阈值，累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值，积分的起始时间代表满足基本跌倒条件判断的时刻点，终止时刻代表累加结束时刻，进入步骤40 ； 步骤40，判断所述累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值是否小于设定阈值， 若小于设定阈值，返回继续步骤10， 若不小于设定阈值，累加计算综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值作为运动强度标识，进入步骤50; 步骤50，判断最近一次综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值是否大于设定阈值， 若大于设定阈值，返回继续步骤10， 若小于设定阈值，检测运动强度标识是否大于设定阈值，若小于设定阈值，进入步骤60 ； 步骤60，计算三轴的角度偏移，进入步骤70 ； 步骤70，判断计算得到的任一角度偏移是否大于设定偏移阈值， 若大于设定偏移阈值，返回继续步骤10， 若小于设定偏移阈值，第一时间周期时间内不存在三个角度同时小于阈值的时刻并且不存在综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值不大于其阈值，判定人体跌倒。
2.一种跌倒检测装置，其特征在于，包括三轴加速度传感器、垂直运动速度值和非旋转状态速度值获取模块、第一判断模块、第二判断模块、第三判断模块、角度偏移获取模块和第四判断模块， 所述三轴加速度传感器用于获取人体对应的三轴加速度模拟信号，使用滤波算法汉宁滤波和移动平均法进行滤波减少噪声产生的瞬间剧烈误差偏移，将获得的三轴加速度数字信号转化成综合加速度值； 所述垂直运动速度值和非旋转状态速度值获取模块用于利用获得得到的综合加速度值对重力信号的静止初始状态进行校准，利用积分获取垂直运动速度值和非旋转状态速度值； 所述第一判断模块用于判断所述综合加速度值的瞬间值是否小于设定阈值， 若不小于设定阈值，返回继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号， 若小于设定阈值，累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值，积分的起始时间代表满足基本跌倒条件判断的时刻点，终止时刻代表累加结束时刻；所述第二判断模块用于判断所述累加计算非旋转状态速度值和所述积分获取垂直运动速度值的差值是否小于设定阈值， 若小于设定阈值，返回继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号， 若不小于设定阈值，累加计算综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值作为运动强度标识； 所述第三判断模块用于判断最近一次综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值是否大于设定阈值， 若大于设定阈值，继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号， 若小于设定阈值，检测运动强度标识是否大于设定阈值； 所述角度偏移获取模块用于计算三轴的角度偏移 所述第四判断模块用于判断计算得到的任一角度偏移是否大于设定偏移阈值， 若大于设定偏移阈值，返回继续获取人体对应的三轴加速度模拟信号， 若小于设定偏移阈值，第一时间周期时间内不存在三个角度同时小于阈值的时刻并且不存在综合加速度值与最后时刻综合加速度的差值不大于其阈值，判定人体跌倒。
3.一种手腕式设备，穿戴于人体手腕处，其特征在于，包括权2所述的跌倒检测装置。
全文摘要
本发明公开了一种跌倒检测方法、跌倒检测装置和手腕式设备。本发明实施例的跌倒检测装置包括三轴加速度传感器、垂直运动速度值和非旋转状态速度值获取模块、第一判断模块、第二判断模块、第三判断模块、角度偏移获取模块和第四判断模块。本发明采用加速度传感器用于根据不同的人群设定不同的阈值标准可以检测不同强度跌倒，避免因为跌倒而造成严重的后果，简单方便。
文档编号A61B5/11GK102657533SQ20121013344
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者侯宏仑, 吴明晖, 陈兴, 霍梅梅 申请人:浙江大学城市学院