CN102542724B - 跌落检测报警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种跌落检测报警方法，包括以下步骤：(1)系统初始化，采用加速度传感器收集X，Y，Z三轴加速度数据，以此刻的三轴加速度数据设定跌落前姿态数据；(2)继续收集X，Y，Z三轴加速度数据；(3)判断是否有至少一轴的加速度阀值在-256至-2560之间，若是，则返回步骤(2)，若否，则执行步骤(4)；(4)判断跌落撞击是否发生，若是，则执行步骤(6)，若否，则执行步骤(5)；(5)更新跌落前姿态数据，返回步骤(2)；(6)以此刻的三轴加速度数据设定或更新跌落后姿态数据；(7)判断跌落前姿态数据与跌落后姿态数据是否一致，若是，则返回步骤(2)，若否，则执行步骤(8)；(8)发出跌落警告，返回步骤(2)。
Description
技术领域
本发明属于数据检测报警方法，特别涉及一种跌落检测报警方法。
背景技术
在人的生活中，跌倒是一个非常危险的情况，特别是对于特殊人群，如老人、小孩、患有某些特定疾病的人群。而跌倒的原因有很多，如因活动不便导致的绊倒，因某些疾病导致的摔倒等。如果此类的跌倒没有得到及时的处理与救护，后果往往比较严重。跌落检测装置通过检测佩戴装置的人体在运动时三个方向的加速度值，来实现对人体跌倒的检测，并及时通过附带的通信模块上报，达到人体跌倒早期检测上报的目的。
本发明还使用到加速度传感器，其是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪(角速度传感器)的改进的。另一种就是线加速度计。
有鉴于此，本领域技术人员针对上述问题，提供了一种跌落检测报警方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种跌落检测报警方法，克服了现有技术的困难，通过检测佩戴装置的人体在运动时三个方向的加速度值，来实现对人体跌倒的检测，并及时通过附带的通信模块上报，达到人体跌倒早期检测上报的目的。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种跌落检测报警方法，包括以下步骤：
(1)系统初始化，采用加速度传感器收集X，Y，Z三轴加速度数据，以此刻的三轴加速度数据设定跌落前姿态数据；
(2)继续收集X，Y，Z三轴加速度数据；
(3)判断是否有至少一轴的加速度阀值在-256至-2560之间，若是，则返回步骤(2)，若否，则执行步骤(4)；
(4)判断跌落撞击是否发生，若是，则执行步骤(6)，若否，则执行步骤(5)；
(5)更新跌落前姿态数据，返回步骤(2)；
(6)以此刻的三轴加速度数据设定或更新跌落后姿态数据；
(7)判断跌落前姿态数据与跌落后姿态数据是否一致，若是，则返回步骤(2)，若否，则执行步骤(8)；
(8)发出跌落警告，返回步骤(2)。
优选地，所述步骤(3)返回步骤(2)的过程中还包括以下步骤：
(31)确认跌落发生，等待撞击出现；
(32)判断撞击是否发生，若是，则执行步骤(33)，若否，则执行步骤(34)；
(33)确认跌落撞击发生，返回步骤(2)；
(34)判断等待撞击是否超时，若是，返回步骤(2)，若否，则执行步骤(32)。
优选地，所述步骤(32)中的判断撞击是否发生的依据是撞击前后至少一轴的加速度阀值变化幅度大于等于1536。
优选地，所述步骤(2)中收集X，Y，Z三轴加速度数据的数据采集频率为125Hz。
优选地，所述步骤(8)包括启动带有超时的声光报警提示。
优选地，当超时时间内未能得到处理时，主动联系后台服务器或事先设定的呼叫号码。
优选地，采用GPS定位，并发送GPS定位信息到后台服务器或事先设定的呼叫号码。
由于采用了上述技术，本发明通过检测佩戴装置的人体在运动时三个方向的加速度值，来实现对人体跌倒的检测，并及时通过附带的通信模块上报，达到人体跌倒早期检测上报的目的。
以下结合附图及实施例进一步说明本申请。
附图说明
图1为本发明的跌落检测报警方法的流程图。
图2为跌落发生全过程的加速度曲线图。
具体实施方式
下面通过图1和2来介绍本发明的具体实施例。
实施例1
如图1所示，本发明的一种跌落检测报警方法，包括以下步骤：
(1)系统初始化，采用加速度传感器收集X，Y，Z三轴加速度数据，以此刻的三轴加速度数据设定跌落前姿态数据；
(2)继续收集X，Y，Z三轴加速度数据；
(3)判断是否有至少一轴的加速度阀值在-256至-2560之间，若是，则返回步骤(2)，若否，则执行步骤(4)；
(4)判断跌落撞击是否发生，若是，则执行步骤(6)，若否，则执行步骤(5)；
(5)更新跌落前姿态数据，返回步骤(2)；
(6)以此刻的三轴加速度数据设定或更新跌落后姿态数据；
(7)判断跌落前姿态数据与跌落后姿态数据是否一致，若是，则返回步骤(2)，若否，则执行步骤(8)；
(8)发出跌落警告，返回步骤(2)。
优选地，所述步骤(3)返回步骤(2)的过程中还包括以下步骤：
(31)确认跌落发生，等待撞击出现；
(32)判断撞击是否发生，若是，则执行步骤(33)，若否，则执行步骤(34)；
(33)确认跌落撞击发生，返回步骤(2)；
(34)判断等待撞击是否超时，若是，返回步骤(2)，若否，则执行步骤(32)。
优选地，所述步骤(32)中的判断撞击是否发生的依据是撞击前后至少一轴的加速度阀值变化幅度大于等于1536。
优选地，所述步骤(2)中收集X，Y，Z三轴加速度数据的数据采集频率为125Hz。
优选地，所述步骤(8)包括启动带有超时的声光报警提示。
优选地，当超时时间内未能得到处理时，主动联系后台服务器或事先设定的呼叫号码。
本发明中的系统需求分析
跌落检测：实时收集加速度Sensor的加速度数据，一旦出现跌落状况，
通过特定算法检测并确认跌落发生。
声光报警：当跌落状况确认发生后，系统应该向外界发出声光报警提示。
无线上报：跌落状况一旦发生，系统需要通过无线方式(GPRS，GSM)向后台服务器报告警告信息与位置信息，并提供即时联系的手段(Call)。
位置告知：实施跌落报警信息上报时，需要同时提供发生跌落的位置信息。
本发明中的硬件选型与架构设计
根据跌落检测装置的设计需求，检测装置整体设计结构如下图所示。其主体为低功耗的Freescale的MC9S08QG4，Sirf的GPS芯片以及MTK的MT6223DGSM芯片，通过加速度sensor采集实时的加速度数据，经过MC9S08QG4分析处理后，再通过GSM芯片向后台发出警告，警告信息会包含GPS采集到的GPS定位信息。同时，在LCD与Speaker上发出声光提示，提醒装置持有人或附近人群做处理。如后台需要与GSM通信模块联系，可以通过Mic与Speaker可以实现通话功能。
软件是实现整体功能的关键。在跌落检测装置中，MT6223D的GSM芯片中的基本软件已经整合了LCD，Speaker，Mic，Keypad的管理，因此本装置的软件主要分为四部分。
GSM模块中GSM部分协议软件在出厂时已有预置，在这里所做的主要是管理与Mcu，GPS之间的通讯，及时响应Mcu的跌落报警，启动并接受GPS信息，管理周边模块，上报信息等。其主要流程如下：
跌落检测模块
跌落检测模块是本装置的核心部分，主要包括加速度传感器的数据采集，跌落算法的分析等。
跌落检测数据采集
跌落检测的基础在于数据的收集，这里所使用的加速度传感器是Freescale公司的MMA7361L。MMA7361L提供了X，Y，Z三轴加速度检测，并有1.5g，6g两个量程的选择。考虑到本装置主要检测的是人体的跌落状况，因此1.5g为较合适的量程。
数据采集频率是另外一个重点，频率过低会丢失数据，导致不能及时检测跌落。本装置中设定为125Hz。
跌落算法分析
人体的跌倒会发生在多种情况下，如行走中，上下楼过程中，登高或上下床，失去意识自由跌落，从事特定工作等。但是这些跌倒往往有一些共同的特征。
在将人体跌落发生前与发生后的姿态做分析与对比后发现，通常情况下，人体在跌倒前都是出于站立姿态，而跌落后往往处于躺倒或斜靠状态，并且跌落后处于躺倒状态时的后果往往严重于其它状态。因此，在分析跌落过程中，跌落前后的姿态变化非常值得重点关注。
跌落检测的另外一点关键在于对跌落发生时的加速度曲线进行合理分析，从中分解出跌落发生时的加速度变化特点，并以尽可能接近真实的数学模型进行模拟捕捉，达到提高跌落检测率，降低误报率的目标。
如图2所示，是一幅典型的跌落发生全过程的加速度曲线图。
其中，状态A，E代表人体正处于站立姿态；状态B代表人体正处于跌落状态；状态C代表跌落结束后的撞击；状态D代表人体正处于躺倒状态。
从上图分析可得知：
当人体处于站立姿态时，因为跌落检测设备在人体身上佩戴位置的关系，三轴的加速度总是不相同，但是基本上符合一定规律，如总有一根轴因方向因素与重力方向近似垂直。
当人体处于跌落时，三轴的加速度同时受到重力影响，唯一的差异在于因方向的不同，所受的重力分力大小不一。
跌落结束时出现的撞击情况，往往会导致三轴中某一轴出现一次加速度变化的峰值。
当人体处于躺倒状态时，三轴的加速度值与站立姿态时有明显不同。
上述的几点要素，构成了整个跌落算法的主体，可以对大多数的跌落情况作出判断。当然，各个状态之间的时间间隔以及各个状态的加速度阀值都需要做反复的测试后才能得出一个相对合理的设定。如跌落前的状态A，当人体处于不同的运动状态时，其曲线变化是较为复杂的，如何设定合理的范围使其能与真正的跌落区别出来，是需要反复测试与验证的。
其中关键阀值为：
A、D、E稳定状态的判定：推荐加速度变化阀值应限定在512之内；
B状态的判定：推荐加速度阀值设定为-256至-2560之间；
C状态的判定：推荐撞击前后加速度阀值变化幅度设定为1536；
经测试，在上述推荐设定阀值下，辅以合理的佩戴位置，跌落的检出率基本可以达到85％以上；
GPS模块
GPS模块相对整个系统而言较为简单，其主要流程在于等待GSM模块下达的定位命令，并将定位信息上报至GSM模块。
周边模块
周边模块包括外接在GSM模块上的附加组件，包括LCD，Keypad，Speaker，Mic等。其中Lcd，Speaker主要负责当跌落报警发生时，启动一个带有超时的声光报警提示，如果在超时时间内未能得到处理时，主动联系后台服务器或事先设定的呼叫号码。KeyPad，Mic主要用于提供呼叫功能，操作功能。
根据上述方案设计的跌落检测装置，在我们的验证方案中评价良好，下面是截取的部分实验结果的表格。
人体实体测试：每个对象测试测试5次，得到该对象在该参数下的上报率。
误报率测试：
| 误报率 | 对象1 | 对象2 | 对象3 | 对象4 | 对象5 |
| 上楼(20级台阶) | Pass | Pass | Pass | Pass | Pass |
| 下楼(20级台阶) | 1 | Pass | 1 | Pass | Pass |
| 正常行走(100M) | Pass | Pass | Pass | Pass | Pass |
综上可知，本发明通过检测佩戴装置的人体在运动时三个方向的加速度值，来实现对人体跌倒的检测，并及时通过附带的通信模块上报，达到人体跌倒早期检测上报的目的。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (1)
1.一种跌落检测报警方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）系统初始化，采用加速度传感器收集X，Y，Z三轴加速度数据，以此刻的三轴加速度数据设定跌落前姿态数据；
（2）继续收集X，Y，Z三轴加速度数据；
（3）判断是否有至少一轴的加速度阀值在-256至-2560之间，若是，则返回步骤（2），若否，则执行步骤（4）；
（4）判断跌落撞击是否发生，若是，则执行步骤（6），若否，则执行步骤（5）；
（5）更新跌落前姿态数据，返回步骤（2）；
（6）以此刻的三轴加速度数据设定或更新跌落后姿态数据；
（7）判断跌落前姿态数据与跌落后姿态数据是否一致，若是，则返回步骤（2），若否，则执行步骤（8）；
（8）发出跌落警告，返回步骤（2）；
所述步骤（3）返回步骤（2）的过程中还包括以下步骤：
（31）确认跌落发生，等待撞击出现；
（32）判断撞击是否发生，若是，则执行步骤（33），若否，则执行步骤（34）；
（33）确认跌落撞击发生，返回步骤（2）；
（34）判断等待撞击是否超时，若是，返回步骤（2），若否，则执行步骤（32）。
2. 如权利要求1所述的跌落检测报警方法，其特征在于：所述步骤（32）中的判断撞击是否发生的依据是撞击前后至少一轴的加速度阀值变化幅度大于等于1536。
3. 如权利要求1所述的跌落检测报警方法，其特征在于：所述步骤（2）中收集X，Y，Z三轴加速度数据的数据采集频率为125Hz。
4. 如权利要求1所述的跌落检测报警方法，其特征在于：所述步骤（8）包括启动带有超时的声光报警提示。
5. 如权利要求4所述的跌落检测报警方法，其特征在于：当超时时间内未能得到处理时，主动联系后台服务器或事先设定的呼叫号码。
6. 如权利要求5所述的跌落检测报警方法，其特征在于：采用GPS定位，并发送GPS定位信息到后台服务器或事先设定的呼叫号码。
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