一种老人跌倒预警鞋垫和系统和方法以及存储介质

1.本发明涉及跌倒监测技术领域，尤其涉及一种老人跌倒预警鞋垫和系统和方法以及存储介质。


背景技术：

2.随着老年人年龄的增长，下肢力量逐渐衰弱，跌倒风险增加与之密切相关。据统计，跌倒已成为65岁以上老年人因伤致死的首要原因。在人口老龄化的背景下，各类跌倒检测预警产品蓬勃而出。
3.当前，市面上老年人跌倒检测预警技术主要集中于穿戴传感器检测技术、计算机视觉检测技术和环境传感器检测技术三类，但这些技术的本质为即跌倒或跌倒后报警，不能提前针对老年人在当下异常情况做出提醒与干预措施。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种老人跌倒预警鞋垫和系统和方法以及存储介质，能够提高老人的安全防护能力，从根本上预防了老年人跌倒，达到跌倒前预报的效果。
5.根据本发明的一个方面，提供一种老人跌倒预警鞋垫，包括：本体，该本体具有一表面，进一步包括：若干压力传感器，分布设置在所述表面，该压力传感器具有一压力触控区域用于感应触控位置压力并提供压力信号；以及一移动终端处理器，所述移动终端处理器与所述若干压力传感器电连接，用于接收所述压力信号，并根据所述压力信号将所述表面划分为一第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域和第二区域和第三区域分别用于感应脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据，并将脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据上传至云端。
6.根据本发明的另一个方面，提供一种老人跌倒预警系统，包括：老人跌倒预警鞋垫、云端模块、分析模块和可视化模块；所述老人跌倒预警鞋垫，用于监测脚掌压力、足弓压力以及脚跟压力；所述云端模块，用于与所述老人跌倒预警鞋垫无线连接，并收集脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据并传递至云端存储；所述分析模块，用于根据所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据分析，并提供预警信号；所述可视化模块，用于根据所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据和所述预警信号进行可视化处理并生成分析报告。
7.根据本发明的有一个方面，提供一种老人跌倒预警方法，包括：监测脚掌压力、足弓压力以及脚跟压力；收集脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据并传递至云端存储；通过云端获取的脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据进行分析，并提供预警信号；根据所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据和所述预警信号进行可视化处理并生成分析报告。
8.根据本发明的又一个方面，提供一种老人跌倒预警设备，包括：至少一个处理器；
以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述任一项所述的老人跌倒预警方法。
9.根据本发明的再一个方面，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的老人跌倒预警方法。
10.可以发现，以上方案，本发明的提供一种老人跌倒预警化鞋垫，在跌倒前实现可能会跌倒的预报，从根本上预防了老年人跌倒。该鞋垫，包括压力传感器、移动终端处理器，搭配本发明提出的一种老人跌倒预警系统实现足底压力分析、跌倒预警和图像可视化等功能。压力传感器针对老年人负责采集行走过程中的步态压力信息；移动终端处理器连接着压力传感器负责接收和传出压力传感器的信息数据并上传至云端，结合系统各模块判断是否会跌倒及临近跌倒三个状态，能够提高老人的安全防护能力，从根本上预防了老年人跌倒，达到跌倒前预报的效果。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1是本发明老人跌倒预警鞋垫一实施例的结构示意图；
13.图2是本发明老人跌倒预警鞋垫一实施例的三区域划分示意图；
14.图3是本发明老人跌倒预警鞋垫一实施例的两区域划分示意图；
15.图4是本发明老人跌倒预警鞋垫一实施例的优选的方案结构示意图；
16.图5是本发明老人跌倒预警方法一实施例的流程示意图；
17.图6是本发明老人跌倒预警鞋垫一实施例的具体实施案例流程示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明提供一种老人跌倒预警方法，能够提高老人的安全防护能力，从根本上预防了老年人跌倒，达到跌倒前预报的效果。
20.请参见图1、图2，图1是本发明老人跌倒预警鞋垫一实施例的结构示意图。图2是本发明老人跌倒预警鞋垫一实施例的区域划分示意图。
21.所述结构包括：本体1，该本体1具有一表面；
22.若干压力传感器2，分布设置在所述表面，该压力传感器2具有一压力触控区域用于感应触控位置压力并提供压力信号；
23.在本实施例中采用五颗压力传感器，具体布置方式如下：
24.第一压力传感器21：设置于足部大脚趾处；
25.第二压力传感器22：设置于足部第二跖骨处；
26.第三压力传感器23：设置于足部第四跖骨和第五跖骨之间处；
27.第四压力传感器24：设置于足部足弓处；
28.第五压力传感器25：设置于足部脚后跟处；
29.上述传感器位置设置的目的在于，老年人在走动过程中，上述五个位置的承接了身体的全部重量，基于此上述五个位置可以很好的监测足部的运动数据。可以理解的是，上述五个位置的设置目的在于利用较优的布置方式以期获得更为有效的数据。因此上述设置是根据老年人步行受力分析后所获得的最优位置。
30.以及
31.一移动终端处理器3，所述移动终端处理器3与所述若干压力传感器2电连接，用于接收所述压力信号；
32.在本实施例中，电连接可选蓝牙连接、wifi连接或有线连接，优选有线连接，有线压力传感器具有体积很小、便于集成、低功耗的优点。相较于蓝牙或wifi，有线压力传感器的体积更小，功耗更低。因此可以理解的是，移动终端处理器3同样具备有线接口用于接收压力传感器数据。
33.在本实施例中，移动终端处理器3为一种由esp物联网芯片为核心集成的的移动终端，包括蓝牙模块、wifi模块、电源模块以及其他必备模块。需要理解的是，作为一种移动终端处理器具必备的模块在本实施例中都具备，此处不做过多的赘述。在本实施例中，是考虑到足底的舒适性和尺寸两个方面综合考量，因此所选用的移动终端处理器3的尺寸为：2.8cm
×
4.8cm(厚度0.5cm)。在本实施例移动终端处理器3的计算芯片采用esp8266或esp32，优选esp32。相较于esp8266，esp32的工作电流是5μa相比esp8266的20μa功耗更低。时钟速度方面：esp32的时钟速度也比esp8266快了两倍。接口扩展方面：esp32蓝牙和gpio的引脚更多了，可以满足更多的连接。但缺点在于esp32价格是esp8266的两倍左右。需要理解的是，不同型号的处理器用于区别不同价格区间的鞋垫，而esp32作为本实施例的优选方案，并不排除其他esp芯片在本实施例方案中的适用性。同时相较于stm32芯片而言，esp32偏向体积小巧、速度超快、功能强大，通过wifi接入网络，更适用于传感器连接进行物联。综合上述考虑，本实施例方案采用esp32芯片作为移动终端处理器3的核心。
34.以及
35.请参阅图2，根据所述压力信号将所述表面划分为一第一区域a、第二区域b和第三区域c，所述第一区域a和第二区域b和第三区域c分别用于感应脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据，并将脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据上传至云端。
36.在本实施例中，第一压力传感器21设置于足部大脚趾处可用于监测大脚趾的压力；第二压力传感器22设置于足部第二跖骨处可用于监测脚掌中心位置压力；第三压力传感器23设置于足部第四跖骨和第五跖骨之间处可用于监测脚掌边缘压力。上述三枚传感器构成脚掌左中右三部分压力的监测，且该三个区域是足部进行大部分运动时的最主要受力点。因此第一区域a的划分理由源自于上述三枚传感器的压力数据涵盖了脚掌区域，对于脚掌压力数据有较好的代表性。
37.在本实施例中，第四压力传感器24设置于足部足弓处可用于监测足弓处的压力。足弓是由跗骨与跖骨借韧带和关节连结而成。足弓可分为内、外侧纵弓和一个横弓。内侧纵
弓内侧纵弓较高，由跟骨、距骨、足舟骨、3个楔骨及内侧的3个跖骨及其间的连结共同构成。外侧纵弓外侧纵弓较低，由跟骨、骰骨与外侧2个跖骨及其间的连结共同构成。横弓横弓由骰骨、3个楔骨和全部跖骨的基底部及其间的连结共同构成。当维持足弓的结构受损时，可导致足弓塌陷，则称扁平足。扁平足不仅使足弓弹性减低，还可导致足底的血管、神经受压，且足弓与维持身体直立姿势有关。因此可以发现足弓对于足部的稳定起到至关重要的作用，因此第二区域b的划分理由源自于上述传感器的压力数据涵盖了足弓区域，对于足弓压力数据有较好的代表性。
38.在本实施例中，第五压力传感器25设置于足部脚后跟处可用于监测脚后跟处压力；足踝位于人体小腿和足部的连接处，它承受了整个身体的重量，对人类下肢正常活动非常的关键。双足被称为人体第二心脏，这体现了足踝的重要性。足踝是一个极其复杂的结构，每个部位可能会病发多种类型的疾病，再加上日常生活中承受了我们全身的力量，这些因素就导致足踝更加容易出问题。因此可以发现脚踝对于人体支撑起到至关重要的作用，因此第三区域c的划分理由源自于上述传感器的压力数据涵盖了脚踝区域，对于脚踝压力数据有较好的代表性。
39.在本实施例中，所述移动终端处理器3设置于所述表面，并与所述若干压力传感器2共面设置。这样设置的目的在于便于布线，减少鞋垫厚度，同时考虑到鞋垫使用或久用之后会发生形变，此时鞋垫会与用于的脚面磨合达到最舒适的状态，共面设置可以令移动终端处理器3与压力传感器2在变形过程中保持相同的偏移趋势，避免形变后鞋垫舒适性打折。
40.在本实施例中，请参阅图3，所述表面具有一压力触控区域e以及一弯折区域d，所述移动终端处理器3设置于所述非弯折区域。这样设置的目的在于，虽然移动终端处理器3的体积较小，但是需要占据鞋垫的一定位置，若处于弯折区域，则会导致移动终端处理器3出现损坏，进一步破面鞋垫影响鞋垫的舒适性。
41.在本实施例中，作为一种优选的方案，请参阅图4，本体1进一步包括与本体1形状相同的保护层4，该保护层4用于保护所述若干压力传感器2和移动终端处理器3。
42.在本实施例中，本体1的材质应为具有较好的柔韧、防潮性能的材料。柔韧的目的在于在步行过程中为传感器2和移动终端处理器3提供缓冲空间，如果本体过硬，在步行过程中传感器2和移动终端处理器3受弯折无法良好的传递扭力，则会导致传感器2和移动终端处理器3出现损毁。防潮性能的目的在于传感器2和移动终端处理器3作为电子元器件，受潮的情况下容易发生短路，减少两者的寿命。在本实施例中优选纯聚酯和抗菌剂制成的鞋垫，这类材料制成的鞋垫具有脚感较软、透气性极佳、吸汗防潮性较好、耐磨、轻便、排汗的特点。
43.保护层4的材质应为具有较好的支撑、缓震性能的材料。支撑性能可以减少传感器2和移动终端处理器3在穿戴过程中的偏移，减少收集到的压力数据的误差。缓震性能可以为传感器2和移动终端处理器3提供保护，避免位置偏移导致压力数据误差过大。在本实施例中优选pu材质，该种材质的优点在于具有较强的止滑能力，将保持在鞋内的原位，如此可避免传感器2和移动终端处理器3；高回弹性，能有效吸收分散足部冲击力，迅速恢复原状，如此可较大程度的避免传感器2和移动终端处理器3损坏；低密度，高物性更是其他材料不能媲比的，比重0.12-0.15g/cm3，拉力4kg/cm2以上，撕裂力2kg/cm以上，延伸率100～150％，
耐压缩5％以下，如此可保证鞋垫的支撑性能。
44.可以发现，在本实施例中，本发明的提供一种老人跌倒预警化鞋垫，在跌倒前实现可能会跌倒的预报，从根本上预防了老年人跌倒。该鞋垫，包括压力传感器、移动终端处理器。压力传感器针对老年人负责采集行走过程中的步态压力信息；移动终端处理器连接着压力传感器负责接收和传出压力传感器的信息数据并上传至云端，结合系统分析判断是否会跌倒及临近跌倒三个状态，能够提高老人的安全防护能力，从根本上预防了老年人跌倒，达到跌倒前预报的效果。
45.在本实施例中还提出一种老人跌倒预警系统，包括：
46.老人跌倒预警鞋垫、云端模块、分析模块和可视化模块；
47.所述老人跌倒预警鞋垫，用于监测脚掌压力、足弓压力以及脚跟压力；
48.所述云端模块，用于根据云端模块收集的所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据进行数据分析，并提供预警信号；
49.在本实施例中，云端模块，具体用于：
50.当所述老人跌倒预警鞋垫至少收集到一个压力数据后自动连接无线网络，成功联网后连接所述云端模块，并将状态变更为在线状态，和检测所述云端模块的连接状态，并保持稳定连接，和获取所述老人跌倒预警鞋垫的开机时间与上次保存的开机时间的差值，并计算上传数据的时间间隔，和根据所述时间间隔获取此刻时间点下的所述老人跌倒预警鞋垫的脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据，和根据所述此刻时间点下的所述老人跌倒预警鞋垫的脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据更新用户足底状态。
51.所述分析模块，用于根据所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据分析，并提供预警信号；
52.在本实施例中，分析模块，具体用于：
53.通过老人跌倒预警鞋垫多次获取脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据，和统计所述多次获取脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据，并进行分析，和通过分析的所述多次获取脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据建立落脚强度roc曲线，和通过所述落脚强度roc曲线获得落脚强度临界值，和通过所述强度临界值设定预警阈值，并基于该阈值来对穿戴有老人跌倒预警鞋垫的用户的脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据进行判断，和通过所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据和阈值来判断用户足底状态并发出预警信号。
54.所述可视化模块，用于根据所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据和所述预警信号进行可视化处理并生成分析报告。
55.在本实施例中上述各模块的连接方式采用无线和/或有线连接，具体的连接方式可根据实际需要进行布置，本实施例不进行过多的赘述。
56.可以发现，在本实施例中，本发明的提供一种老人跌倒预警化鞋垫，在跌倒前实现可能会跌倒的预报，从根本上预防了老年人跌倒。该鞋垫，包括压力传感器、移动终端处理器，搭配本发明提出的一种老人跌倒预警系统实现足底压力分析、跌倒预警和图像可视化等功能。压力传感器针对老年人负责采集行走过程中的步态压力信息；移动终端处理器连接着压力传感器负责接收和传出压力传感器的信息数据并上传至云端，结合系统各模块判断是否会跌倒及临近跌倒三个状态，能够提高老人的安全防护能力，从根本上预防了老年
人跌倒，达到跌倒前预报的效果。
57.本实施例还提供一种老人跌倒预警方法，请参阅图5，方法包括：
58.s101、监测脚掌压力、足弓压力以及脚跟压力；
59.s102、收集脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据并传递至云端存储；
60.s103、通过云端获取的脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据进行分析，并提供预警信号；
61.s104、根据所述脚掌压力数据、足弓压力数据以及脚跟压力数据和所述预警信号进行可视化处理并生成分析报告。
62.可以发现，在本实施例中，本发明的提供一种老人跌倒预警化鞋垫，在跌倒前实现可能会跌倒的预报，从根本上预防了老年人跌倒。该鞋垫，包括压力传感器、移动终端处理器，搭配本发明提出的一种老人跌倒预警系统实现足底压力分析、跌倒预警和图像可视化等功能。压力传感器针对老年人负责采集行走过程中的步态压力信息；移动终端处理器连接着压力传感器负责接收和传出压力传感器的信息数据并上传至云端，结合系统各模块判断是否会跌倒及临近跌倒三个状态，能够提高老人的安全防护能力，从根本上预防了老年人跌倒，达到跌倒前预报的效果。
63.为了更好的说明上述实施例的系统以及方法，本实施例将从实际案例切入进行说明，具体的：
64.请参阅图6。
65.步骤一：esp8266(即移动终端处理器3)自动连接无线网络，成功联网后连接mqtt服务器(即云端模块收集数据的传递方式)，设备在阿里云平台(即云端模块)状态变更为在线状态。
66.步骤二：检测mqtt服务器(即云端模块收集数据的传递方式)连接状态，连接断开则尝试重连。
67.步骤三：获取esp8266(即移动终端处理器3)开机时间与上次保存的开机时间的差值，计算上传数据的时间间隔。
68.步骤四：上传数据的时间间隔满足条件后，获取传感器数据，使用json数据交换格式(即第一压力传感器21、第二压力传感器22、第三压力传感器23、第四压力传感器24、第五压力传感器25五枚传感器监测到的压力数据)上传到阿里云平台(即云端模块)。
69.步骤五：阿里云平台(即云端模块)同时显示多个压力传感器的数据并得出当前鞋垫(即老人跌倒预警鞋垫)使用者的状态。
70.循环：重复步骤二到步骤五的动作。
71.步骤六：在阿里云平台(即云端模块)创建解析器，配置数据源与创建数据源并添加topic，创建数据目的，即数据接收的地方，即小程序(即可视化模块)。
72.步骤七：在阿里云平台(即云端模块)新建一个对应小程序(即可视化模块)的设备，进行配置并连接物联网平台(即可视化模块信息传递渠道)。实现压力传感器数据传输到小程序(即可视化模块)中。
73.步骤八：通过多次模拟老人摔倒并记录压力传感器的数据，利用spss统计软件测算落脚强度roc曲线的临界值，若老人日常使用中的落脚强度达到临界值的90％但不超过临界值，则通过小程序(即可视化模块)给用户弹窗提醒；若老人日常使用中的落脚强度超
过临界值，则调用makephonecall接口给紧急联系人拨打电话。
74.步骤九：将压力传感器的数据进行可视化，并生成老人步态规律的分析报告。
75.在本实施例中，小程序也可为app(即手机软件)，本实施例并不加以限定。
76.本发明又提供一种老人跌倒预警设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的老人跌倒预警方法。
77.其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
78.处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
79.本发明再提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
80.可以发现，以上方案，本发明的提供一种老人跌倒预警化鞋垫，在跌倒前实现可能会跌倒的预报，从根本上预防了老年人跌倒。该鞋垫，包括压力传感器、移动终端处理器，搭配本发明提出的一种老人跌倒预警系统实现足底压力分析、跌倒预警和图像可视化等功能。压力传感器针对老年人负责采集行走过程中的步态压力信息；移动终端处理器连接着压力传感器负责接收和传出压力传感器的信息数据并上传至云端，结合系统各模块判断是否会跌倒及临近跌倒三个状态，能够提高老人的安全防护能力，从根本上预防了老年人跌倒，达到跌倒前预报的效果。
81.在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
82.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
83.另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
84.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可
以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
85.以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。