一种基于物联网的人体摔倒自动预警系统的制作方法

本发明涉及人体摔倒预警技术领域，尤其涉及一种基于物联网的人体摔倒自动预警系统。

背景技术：

中国是目前世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。一方面是老年人越来越多，另一方面由于外出务工人员多造成了大量老年人无人陪护。如何实现对老年人的健康管理和孤寡老人的监管看护是相关部门和企业一直努力的方向。根据世界疾病控制和防护中心的数据，每年有超过三分之一的年龄大于65岁的老人死于意外摔倒或意外摔倒引发的事件，摔倒成为老年人受伤和死亡的重要原因。有研究指出，每年上年纪的老人至少摔倒一次，同时从数据显示摔倒也是引起死亡的重要因素。

现有的人体摔倒（老年人）监测系统大致采用以下几种技术方案：

基于传感器的方式，通过佩戴智能穿戴设备，使用穿戴设备内置的加速度传感器、电子罗盘、微控制器等相结合，通过微控制器计算出人体所处的大致姿态，判断是否超出预设阀值是否符合摔倒条件，从而发出警报信息，比如专利号为“201310247296.2”的专利，其专利名称为“一种基于物联网技术的敬老院智能看护系统”；

基于图像视觉分析的方式，通过采用图像视频采集设备，将设备安置在房屋内，使用图像视频分析技术和运动目标检测方法来分析所采集的图像资料，来判断是否符合摔倒条件，从而进行预警，比如专利号为“200610051729.7”的专利，其名称为“基于全方位计算机视觉的独居老人家庭安保装置”；

基于按钮紧急呼叫的方式，通过佩戴一个帮助呼叫设备，当老年人摔倒时通过自主的触发呼叫设备，从而发出警报信息。

针对上文提到的现有技术方案的缺点描述：

智能穿戴设备，1、多数老年人不愿意随身佩戴各式各样的穿戴设备；2、穿戴设备存在供电问题（很多老年人对穿戴设备不熟悉，不知道应该何时怎样去给设备充电）；3、智能穿戴设备主要是通过传感器的方式收集数据，预警判断是对收集的数据进行建模分析，因为每个老年人的基础数据例如身高等不一样，会导致模型有调整校验的过程，存在误判的次数情况多。

基于图像视觉分析的图像视频采集，1、图像视频采集侵犯隐私，尤其是独居老人容易给老年人带来心理的不适；2、图像视频采集在现有的技术条件下因数据量大多采用wifi或有线的方式连接互联网传输数据，当出现断网的情况就会出现监控的空白期；3、多个图像视频设备的联合组网能力不强，一般房屋内需要布置多个采集点，同样因为图像视频的数据量大，在现有技术条件下无法采用进场通讯技术来解决组网的问题；4、普通图线视频采集容易受到光线强弱的影响，有可能带来行为数据的误差。

帮助呼叫设备，1、老年人在摔倒以后，很容易出现身体不能够移动或者大脑失去意识的情况，这种情况下帮助呼叫设备就会失效。

本发明的目的在于提供一种基于物联网的人体摔倒自动预警系统，其能够实现老年人（人体）在室内摔倒的自动预警，为亲人家属提供及时的通知功能，为老年人提供及时的医疗救助功能，降低因意外刷到带来的老年人受伤甚至死亡的几率。亲人家属能够及时收到预警电话，了解老年人情况。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足之处，本发明提供了一种基于物联网的人体摔倒自动预警系统，以解决现有技术使用不方便、实用性差的问题。

本发明提供了一种基于物联网的人体摔倒自动预警系统，包括多个信息采集终端、组网终端和中央服务器，

所述信息采集终端，用于采集人体热红外信息和环境信息，分析人体热红外信息得到人体姿态信息，且内置用于数据互传的zigbee网络模块和用于向所述中央服务器进行网络通讯的通讯模块；

所述组网终端，用于将多个所述信息采集终端采集的信息进行集中，当出现采集的数据达到预警阈值时，所述组网终端将采集的所有数据发送至所述中央服务器，所述组网终端是多个所述信息采集终端中的一个，由所述zigbee网络模块使用zigbee技术的自组织网通信特性来自主选择一个所述信息采集终端作为所述组网终端；

所述中央服务器，用于接收所述组网终端发送的数据并进行整理分析，如果符合预警条件，则将预警信息推送到绑定的通讯终端上。

进一步的，所述信息采集终端包括微处理器及分别与所述微处理器连接的人体热红外传感器、图像采集模块、数据模型模块、zigbee网络模块、通讯模块，人体热红外传感器用于收集人体热红外信息，通过微处理器分析人体热红外信息的成像与数据模型模块中的模型来判断人体的姿态信息，图像采集模块用于采集该信息采集终端所处的环境信息；zigbee网络模块用于选择组网终端并将其他信息采集终端采集的数据传输至该组网终端，通讯模块用于将该组网终端采集的所有数据发送至中央服务器。

进一步的，所述通讯模块包括可自由切换的物联网卡通讯单元和wifi通讯单元，所述wifi通讯单元的优先级高于所述物联网卡通讯单元。

进一步的，所述信息采集终端还包括语音模块，该语音模块用于与亲人家属进行语音通话。

进一步的，所述中央服务器包括信息接收模块、数据分析模块、信息推送模块和数据库模块，信息接收模块接收组网终端发送的数据并存储至数据库模块，数据分析模块分析整理组网终端发送的数据，结合环境信息和人体的姿态信息排除特殊情况得到最终的人体姿态信息，如果符合预警条件，则产生预警信息并经信息推送模块通过信息或电话的方式通知绑定的通讯终端上，信息推送模块还用于将绑定的通讯终端与信息采集终端的语音模块进行语音通话。

进一步的，所述中央服务器还包括预警数据模型模块，数据分析模块对数据库模块中所有的数据信息整理分析后对预警数据模型模块进行完善，并可远程对信息采集终端的数据模型模块进行更新。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、使用zigbee技术，实现信息采集终端间的数据传输，解决组网问题和传统技术依赖wifi的问题，不需要人工进行组网联接，即使没有网络，也可实现信息采集终端间的数据传输；

2、使用物联网和宽带网络，两种方式来进行通讯，解决了与中央服务器的联通问题；

3、使用人体热红外传感器与图像采集模块相结合，采用人体热红外传感器结合数据模型生成人体姿态信息，采用图像环境信息分析结合数据模型来排除特定场景的情况（如：睡觉、躺姿），减少误判，不受光线强弱的影响，在白天或者夜间的光线变化不会带来行为数据误差，准确率高；不需要老人戴上穿戴设备，安装简单，更加方便，避免了使用图像视频采集设备带来的隐私侵犯的问题。

附图说明

图1是本发明提供的系统的一个实施例数据流转图；

图2是图1提供的实施例中信息采集模块结构图；

图3是图1提供的中央服务器结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图3所示，本发明公开了一种基于物联网的人体摔倒自动预警系统，包括多个信息采集终端1、组网终端2和中央服务器3，

所述信息采集终端1，用于采集人体热红外信息和环境信息，分析人体热红外信息得到人体姿态信息，且内置用于数据互传的zigbee网络模块17和用于向所述中央服务器进行网络通讯的通讯模块16；

所述组网终端2，用于将多个所述信息采集终端1采集的信息进行集中，当出现采集的数据达到预警阈值时，所述组网终端2将采集的所有数据发送至所述中央服务器3，所述组网终端2是多个所述信息采集终端1中的一个，由所述zigbee网络模块17使用zigbee技术的自组织网通信特性来自主选择一个所述信息采集终端1作为所述组网终端2；

所述中央服务器3，用于接收所述组网终端2发送的数据并进行整理分析，如果符合预警条件，则将预警信息推送到绑定的通讯终端4上。

如图2所示，具体的，所述信息采集终端1包括微处理器11及分别与所述微处理器11连接的人体热红外传感器12、图像采集模块13、数据模型模块14、zigbee网络模块17、通讯模块16，人体热红外传感器12用于收集人体热红外信息，通过微处理器11分析人体热红外信息的成像与数据模型模块14中的模型来判断人体的姿态信息，图像采集模块13用于采集该信息采集终端所处的环境信息；zigbee网络模块17用于选择组网终端2并将其他信息采集终端1采集的数据传输至该组网终端2，通讯模块16用于将该组网终端2采集的所有数据发送至中央服务器3。所述通讯模块16包括可自由切换的物联网卡通讯单元和wifi通讯单元，所述wifi通讯单元的优先级高于所述物联网卡通讯单元，实现了再没有网络的情况下也能够与中央服务器3进行通讯。

优选的，所述信息采集终端1还包括语音模块15，该语音模块15用于与亲人家属进行语音通话。便于亲人接到预警信息后，能够通过语音模块15确认情况。

如图3所示，本实施例中，所述中央服务器3包括信息接收模块31、数据分析模块32、信息推送模块33和数据库模块34，信息接收模块31接收组网终端2发送的数据并存储至数据库34，数据分析模块32分析整理组网终端2发送的数据，结合环境信息和人体的姿态信息排除特殊情况得到最终的人体姿态信息，如果符合预警条件，则产生预警信息并经信息推送模块33通过信息或电话的方式通知绑定的通讯终端4上，信息推送模块33还用于将绑定的通讯终端4与信息采集终端1的语音模块15进行语音通话。所述中央服务器3包括预警数据模型模块，数据分析模块对数据库模块中所有的数据信息整理分析后对预警数据模型模块进行完善，并可远程对信息采集终端的数据模型模块进行更新。预警数据模型通过采集样本进行训练和聚类的方式建立，选择1000个人进行摔倒、睡姿、躺姿、坐姿、走姿等行为的演示，使用信息采集终端1收集数据，再将收集的数据整理分析，得出什么情况是摔倒、什么情况是卧姿或躺姿、什么情况是正常，即建立了预警数据模型。

具体的，首先通过进行模拟实验获取数据并建立人体姿态数据库和环境数据库，人体姿态数据库建立过程包括获取人体红外信息、去噪、边缘模糊处理、特征提取、得到人体姿态数据库，环境数据库建立通过图像采集模块采集环境图像信息、去噪、边缘模糊处理、特征提取、得到环境数据库。信息采集终端1中通过微处理器11分析人体热红外信息的成像与数据模型模块14中的模型来判断人体的姿态信息的具体过程为：获取人体热红外信息、去噪、边缘模糊处理、特征提取、与人体姿态数据库进行模糊匹配、得出是否达到预警阈值。中央服务器3中判断是否符合预警条件的过程除上述人体热红外信息的判断过程外，在此基础上，结合环境图像信息的判断过程，具体包括：获取环境图像信息、去噪、边缘模糊处理、特征提取、与环境数据库进行模糊匹配，最终得出是否符合预警条件的结论。

具体实施时，在房屋内的关键地方（厨房、卧室、浴室、客厅）安置信息采集终端1，通过zigbee网络模块17使用zigbee技术的自组织网通信特性来自主选择一个所述信息采集终端1作为所述组网终端2；通过分析人体热红外信息的成像与数据模型模块中的模型来判断人体的姿态信息，当达到预警阈值时，组网终端会通过物联网卡或宽带网络将数据发送至中央服务器，中央服务器对接收的数据（包括人体热红外信息和信息采集终端所处环境信息）进行整理分析，如果符合预警，则通过信息推送模块33将预警信息推送至绑定的通讯终端4上，可以是亲人的电话、平板或者pc机，亲人收到预警信息后可通过信息采集终端1内的语音模块15确认情况。

zigbee是基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。

物联网卡是由运营商（中国移动、中国联通、中国电信）提供的4g/3g/2g卡。硬件和外观与普通sim卡相似。加载针对智能硬件和物联网设备的专业化功能，采用专用号段和，满足智能硬件和物联网行业对设备联网的管理需求。满足了用户对低功耗/长待机、深覆盖、大容量等低速率的业务要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。