CN104408876A

CN104408876A - 一种从高处摔落的检测及报警方法和装置

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Publication number: CN104408876A
Application number: CN201410750548.8A
Authority: CN
Inventors: 范子成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2015-03-11

Abstract

本发明涉及一种从高处摔落的检测及报警方法和装置。本装置可以嵌入到手表、皮带等物品中，主要包含卫星定位模块、三轴加速度传感器、通信模块（基带芯片，支持通信和基站定位）、计时模块、计算模块、存储模块、以及相应的电路和软件系统。能够利用加速度传感器检测到的加速度变化信息和持续时间，判断出佩戴者从高处摔落（比如跌落、滑落等）的异常情况，并给监护人发送警报信息。

Description

一种从高处摔落的检测及报警方法和装置

技术领域

本发明涉及一种摔落的检测及报警方法和装置，尤其是可穿戴式的从高处摔落的检测及报警方法和装置。

背景技术

目前市场上存在一些老人摔倒报警装置，但功能比较单一，难以检测到从一定高度摔落的情况。对于儿童而言，从高处跳下属于正常现象，而目前市场上的产品还难以区分是正常的跳下还是意外发生的可能导致伤害的从高处摔落。

发明内容

本发明所涉及的装置主要包含卫星定位模块、三轴加速度传感器、通信模块（基带芯片，支持通信和基站定位）、计时模块、计算模块、存储模块、以及相应的电路和软件系统。装置构成如附图1所示。本装置主要通过三轴加速度传感器来检测偏离正常范围的加速度值，并配合算法来判断佩戴者的摔落状态。当判断为从高处摔落（比如跌落、滑落）时，通过卫星定位或基站定位取得位置信息，并通过手机短信发送警报信息和位置信息给监护人。

工作原理：当加速度传感器保持静止状态时，会检测到地球引力产生的重力加速度，该值通常标记为g，计算时通常取值9.8米每平方秒。当加速度传感器下坠时，检测到的加速度值会降低，降低的部分即传感器下坠过程中实际的加速度值。如果加速度传感器做自由落体运动，则检测到的加速度值为0，而实际上运动的加速度为g。当儿童从一定高度跳下时，通常属于正常现象。此时跳下的高度比较低，因此不会对儿童造成伤害。加速度传感器可以检测到此时的加速度的异常变化（即检测到加速度降低），而跳下的高度越高，这种加速度异常持续的时间也越长。因此，通过对加速度异常的程度和持续的时间的分析，可以估算出跳下的高度，并判断出是否可能造成伤害。

具体方法是：

本装置不断收集三轴加速度传感器的数据并进行分析。如果检测到加速度降低并且低于一定的阙值（比如小于0.2g），且这个过程持续的时间大于等于时间阙值（比如0.5秒），则判断为从高处跌落；如果检测到加速度降低并且低于一定的阙值（比如小于0.8g），且这个过程持续的时间大于等于时间阙值（比如1秒），则判断为从高处滑落。此时从卫星定位模块或基站定位模块（即通信模块）取得位置信息，并通过通信模块发送包含位置信息和警报信息的短信给监护人。前面所述的从卫星定位模块或基站定位模块取得位置信息，指同时开启卫星定位功能和基站定位功能。如果卫星定位模块先返回位置信息，则发送卫星定位模块返回的位置信息，同时停止基站定位。如果基站定位模块先返回位置信息，则发送基站定位模块返回的位置信息，同时继续等待卫星定位信息。待卫星定位成功后，再次发送位置信息和警报信息给监护人（这次发送的是卫星定位模块返回的位置信息）；如果卫星定位失败，则不再发送位置信息和警报信息。

前面所述的加速度阙值和时间阙值都能通过手机短信进行设置，且能设置多组，并且可以给每组设置一个名称。比如加速度阙值0.8g、时间阙值为1秒时，名称为滑落；加速度阙值0.2g、时间阙值为0.5秒时，名称为跌落。多组阙值的名称不能相同，加速度阙值也不能相同。比如跌落和滑落这两组阙值，名称不同，加速度阙值也不相同。每一组阙值必须并且只能包含一个加速度阙值和一个时间阙值，并且需要指定一个阙值组名称。阙值组名称也作为事件名称，在满足加速度阙值和时间阙值条件时通知监护人的短信中使用。

如果检测到某个过程中加速度值和持续的时间同时满足多组阙值，则会发送多条警报短信给监护人。但是如果是连续满足同一组阙值多次，则不会重复发送同样的短信。比如，检测到的加速度值为0.1g，且持续了2秒，这样相当于连续四次满足加速度阙值0.2g、时间阙值0.5秒，连续两次满足加速度阙值0.8g、时间阙值1秒，但只会发送一条跌落警报短信和一条滑落警报短信。

本装置出厂时也设置了部分参数，包括上面所述的加速度阙值和时间阙值，用户无须设置也能正常使用。但用户必须设置管理员手机号码和监护人手机号码后才能开始正常使用。

监护人是指对本装置的佩戴者负有监护义务的人，监护人具有查询本装置所在位置的权限。管理员是具有最高管理权限的监护人，拥有管理本装置的全部权限。

对重力加速度值的判断可以用三轴加速度传感器检测到的各个轴向加速度的合加速度来替代进行判断。合加速度的计算方法为合加速度值等于三个轴向加速度值的平方和的平方根。

本装置需要安装手机SIM卡才能使用，手机SIM卡对应一个手机号码。安装SIM卡后，管理员可以通过发短信的方法给本装置发送命令。本装置在收到添加、删除、设置命令后，如果命令执行成功，会返回一条内容开头为"OK"的短信说明执行成功；如果执行失败，则不会返回任何短信。

管理员可以发送的命令内容示例：

添加监护人手机号码： TJ13812345678

删除监护人手机号码： SC13812345678

取得监护人列表： QD-JHR

取得当前位置： QD-DWZ

取得管理员： QD-GLY

设置管理员： GL13812345678

设置跌落阙值组： SZ-跌落-020-05 (020代表0.20g，05代表0.5秒，名称为跌落)

设置滑落阙值组： SZ-滑落-080-10 (080代表0.80g，10代表1秒，名称为滑落)

取得已设置的阙值组列表： QD-QZL

删除滑落阙值组： SQ-滑落。

管理员可以自己编辑这些数据，也可以在自己的手机里安装客户端程序。客户端程序在使用前必须先设置本发明所指的装置的手机号码，并且必须被允许获得通过手机收发短信的权限。客户端程序可以辅助用户编辑命令，编辑各组阙值的名称和值，生成命令短信并控制手机发送命令短信给本装置。客户端还能截取从本装置的手机号码发送的短信。如果收到的是位置短信和警报短信，则分析位置，并在内含的地图上显示位置和警报信息。如果收到的是内容开头为“OK”的短信，则显示一条“命令执行成功”的信息。如果收到的短信是[取得]命令的回答短信，则解析短信内容并予以显示。

前面所述的位置短信只包含位置信息，通常是[取得位置]命令的回答短信；而警报短信则是装置主动发送的短信，通常包含位置信息和警报信息。位置信息主要包含经纬度，而警报信息主要包含事件名称。

本装置发送的短信示例：

位置短信(GPS定位时)：GPS:12.345678,23.456789

警报短信(GPS定位时)：GPS:12.345678,23.456789-跌落

位置短信(基站定位时)：LBS:12.345678,23.456789

警报短信(基站定位时)：LBS:12.345678,23.456789-跌落

[取得监护人列表]命令的回答短信：JHR:13812345678;13812345679;13812345670

[取得管理员]命令的回答短信：GRY:13812345678

[添加监护人手机号码]命令的回答短信：OK-[TJ13812345678]

[删除监护人手机号码]命令的回答短信：OK-[SC13812345678]

[设置管理员]命令的回答短信：OK-[GL13812345678]

[设置跌落阙值组]命令的回答短信：OK-[SZ-跌落-020-05]

[设置滑落阙值组]命令的回答短信：OK-[SZ-滑落-080-10]

[取得已设置的阙值组列表]命令的回答短信：跌落-020-05；滑落-080-10

[删除滑落阙值组]命令的回答短信：OK-[SQ-滑落]。

只有管理员可以添加和删除监护人手机号码，一个装置只能设置一个管理员，但可以设置多个监护人。管理员必然也是监护人。第一个发送设置管理员命令的手机号将被默认为管理员，且此时命令中的手机号码必须为发送命令的手机号。此后，【取得当前位置】以外的命令只能由这个号码发送，否则命令不会被执行。

如果管理员再次发送设置管理员命令，且命令中管理员号码不是原来的管理员号码，则新号码被设置为管理员，原来的号码被取消管理员资格。同时新的管理员会被添加为监护人。但是原来的管理员仍然是监护人，除非用【删除监护人手机号码】命令取消其监护人资格。

本装置收到短信时，先检查发送命令的手机号是否具备相应的权限。【取得当前位置】以外的命令只能由管理员号码发送。如果还没有设置管理员号码，则忽略【设置管理员】命令以外的所有命令，直至收到【设置管理员】命令。【取得当前位置】命令可以由任意监护人发送。本装置收到短信后，如果权限检查不通过，则忽略这条短信。如果短信内容无法识别，也忽略这条短信。

本装置收到【添加监护人手机号码】命令时，权限检查通过后，如果发现该号码已经是监护人，则忽略这条短信。否则添加该号码为监护人。本装置收到【删除监护人手机号码】命令时，权限检查通过后，如果发现该号码不在监护人列表中，或者该号码是管理员号码，则忽略这条短信。否则从监护人列表中删除该号码。

一个客户端程序可以与多个本发明所指的装置进行通信，通过装置的手机号码来区分不同的装置。

本装置在收到设置阙值组的命令时，先进行权限检查，然后对命令中的加速度阙值和名称与已经设置好的阙值组的加速度阙值和名称进行比较。如果存在加速度阙值一致而名称不一致的阙值组，则命令执行失败，忽略这条命令；如果存在加速度阙值和名称都一致的阙值组，或者存在加速度阙值不一致而名称一致的阙值组，则删除已存在的同名阙值组，然后保存新设置的阙值组；如果不存在加速度阙值一致或者名称一致的阙值组，则直接保存命令中的阙值组。然后按[加速度阙值]的大小对所有阙值组进行从大到小的排序。最后发送设置成功的回答短信。

本装置在收到删除阙值组的命令时，先检查是否存在指定名称的阙值组。如果存在，则删除该阙值组，并发送删除成功的回答短信。

本装置按一定的时间间隔（该时间间隔通常不大于0.1秒，下文称为[加速度检测时间间隔]）取得当前的重力加速度值。在检测到重力加速度降低时，先按照顺序用已排序的阙值组列表对检测到的加速度进行检查，如果符合加速度阙值条件，则这一阙值条件下的持续时间加上[加速度检测时间间隔]，如果相加结果满足时间阙值条件，则认为发生了该事件，打开卫星定位和基站定位，取得位置信息后发送警报短信给监护人的手机。如果存在多个监护人则给每个监护人都发送同样的警报短信。

关于满足某一加速度阙值的持续时间的计算，需要去除一些干扰信号。装置把持续时间很短（小于等于装置预设的干扰信号持续时间）的突然升高的加速度值视为干扰信号。假设装置预设的干扰信号持续时间为0.2秒，然后假设[加速度检测时间间隔]是0.1秒，采集到的加速度值序列是1g,1g,1g,0.3g,0.5g,0.4g,0.7g,0.9g,0.6g,0.7g,1g,1g,1g，在这些数值中中间大部分数据都满足小于0.8g的条件，但是中间出现了一个0.9g不满足条件。由于0.9g的值只出现一次，而[加速度检测时间间隔]是0.1秒，意味着持续的时间不会超过装置预设的干扰信号持续时间0.2秒，所以被认为是干扰信号而予以忽略。故计算小于0.8g的持续时间时，从第四个数值开始，一直到倒数第四个数值为止，即小于0.8g的持续时间是0.7秒。

持续时间的计算方法例：

本装置加电起动后，先通过移动数据网路进行时间同步，然后装置内部对所有已设置的阙值按照加速度阙值的大小进行排序，然后针对每一组阙值设置一组阙值数据结构，数据结构内容包括加速度阙值、时间阙值、加速度满足阙值条件持续时间、干扰信号持续时间和警报标志。其中加速度阙值、时间阙值从保存的阙值组中取得，加速度满足阙值条件持续时间和干扰信号持续时间、警报标志则初始化为0。

然后本装置按加速度检测时间间隔读取三轴加速度传感器检测到的合加速度值（根据三轴加速度传感器的不同，合加速度可能需要计算得出），对每一个读取到的加速度值都与所有的阙值组进行比较。

如果加速度值小于某个加速度阙值，则对应的阙值数据结构中的[加速度满足阙值条件持续时间]加上加速度检测时间间隔，同时如果[干扰信号持续时间]不为0，则[加速度满足阙值条件持续时间]再加上[干扰信号持续时间]，然后[干扰信号持续时间]设置为0。然后判断[加速度满足阙值条件持续时间]是否满足时间阙值，不满足的话什么都不做；满足的话判断[警报标志]。如果[警报标志]为0，则开启卫星定位和基站定位，取得位置后发送警报信息，同时[警报标志]设为1；如果[警报标志]为1，则什么都不做。

如果加速度值大于等于某个加速度阙值，则检查阙值数据中的[加速度满足阙值条件持续时间]是否为0，为0的话什么都不做；不为0的话，则[干扰信号持续时间]加上加速度检测时间间隔，然后判断[干扰信号持续时间]是否超过装置预设的干扰信号持续时间，如果不超过，则什么都不做。如果超过，则判断为不是干扰信号，把[加速度满足阙值条件持续时间]、[干扰信号持续时间]、[警报标志]都设置为0。

具体实施例：

假设某小朋友在堤岸上玩耍，堤岸的形状如附图2所示，顶部是平面，侧面上部是一个较平缓的斜坡，垂直高度0.47米；侧面下部是比较陡的斜坡，垂直高度（离地面的高度）1.59米。假设小孩子从斜坡顶部滑落。由于上部较平缓，假设滑落时检测到的重力加速度为0.75g，总共持续了0.62秒。下部比较陡，假设检测到的重力加速度为0.1g，持续时间为0.6秒。落到地面后，检测到的重力加速度又恢复到1g左右的水平。

假设已设置且排序后的阙值为：滑落-080-10；跌落-020-05。

假设本装置取得重力加速度值（实际上使用合加速度来替代重力加速度进行判断）的时间间隔为0.02秒。

重力加速度的变化如附图3所示。

在0秒，重力加速度值为1g，0.02秒后，取得的重力加速度为0.75g。与第一组阙值进行比较，加速度值小于0.8g，满足滑落的加速度条件，于是对应的[加速度满足阙值条件持续时间]加0.02秒，此时持续时间总共为0.02秒，不满足滑落的时间条件。接下来与第二组阙值进行比较，加速度大于0.2g，持续时间小于0.5秒，均不满足跌落的阙值条件。经过这样总共0.62秒计31次的判断，仍然既不满足滑落条件也不满足跌落条件。又过了0.02秒，重力加速度变成了0.1g，同时满足滑落和跌落的加速度条件，但是跌落的持续时间才刚刚开始计时（即0.02秒），而滑落的时间则持续了0.64秒。又经过总共0.36秒的18次判断后，滑落的持续时间达到了1秒，时间阙值也满足了。于是本装置开启卫星定位和基站定位。又经过总共0.12秒的6次判断后，由于加速度0.1g的持续时间合计0.5秒也达到了跌落的时间阙值条件，于是本装置再次尝试开启卫星定位和基站定位。由于事实上前面已经开启了卫星定位和基站定位，所以这次开启动作实际上什么也不做。

由于是先满足滑落条件而后满足跌落条件，所以会先发送滑落警报短信再发送跌落警报短信。

卫星定位和基站定位开启后，如果卫星定位先成功取得位置信息，则发送警报短信（GPS:12.345678,23.456789-滑落）和（GPS:12.345678,23.456789-跌落）给监护人，然后停止基站定位。如果基站定位先成功取得位置信息，则发送警报短信（LBS:12.345678,23.456789-滑落）和（LBS:12.345678,23.456789-跌落）给监护人，然后继续等待卫星定位结果。卫星定位成功后，再次发送警报短信（GPS:12.345678,23.456789-滑落）和（GPS:12.345678,23.456789-跌落）给监护人。

本装置需要电源才能运行。当本装置嵌入到手表等含电源的设备中时，可以共用电源，也可以使用独立电源；当本装置嵌入到皮带等不含电源的物品中时，需要使用独立电源。独立电源通常使用可充电电池。

在电源允许的情况下，卫星定位也可以保持常开状态，这样会增加电量的消耗，同时也能使本装置在需要报警时不需要再去开启卫星定位，从而能较快取得定位位置，缩短定位所需的时间，更及时的发出报警信息。

基站定位需要开通移动数据网络服务才能使用。

在实际应用中，也可以给所有监护人赋予管理员的权限，即不再需要管理员这个角色。这样对本装置的主要功能也没有什么影响。

以上描述并非对本发明的限制。一些加速度传感器集成了部分计算功能，能够设置报警阙值；一些基带芯片集成了CPU和存储芯片；卫星定位也可以采用北斗定位或者多种卫星定位方法混合定位；对摔落的检测可以仅限于跌落或者滑落。本装置与监护人终端设备的通信短信也可以通过移动数据网络发送。此类类似的技术方案的替换或功能简化并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种从高处摔落的检测及报警方法和装置，其特征是：包含卫星定位模块、三轴加速度传感器、通信模块、计时模块、计算模块、存储模块、以及相应的电路和软件系统；能够设置监护人信息；能够根据三轴加速度传感器收集的加速度变化信息和持续时间，判断出从高处摔落的状态，并能通过通信模块发送位置信息和警报信息到监护人的终端设备。

2.权利要求1所述的判断出从高处摔落的状态，其特征是，通过对加速度的值和持续时间与预先设置的阙值相比较，来进行判断，同时还能去除加速度值的干扰信号。

3.权利要求1所述的发送位置信息和警报信息，其特征是，本装置需要安装手机SIM卡，才能发送和接收信息。

4.权利要求1所述的监护人的终端设备，其特征是，监护人能通过终端设备发送命令给本装置，并且能通过终端设备接收位置信息和警报信息，以及其他应答信息。

5.权利要求1所述的位置数据，其特征是，在有卫星定位位置信息的情况下，优先采用卫星定位位置数据；在没有卫星定位位置信息的情况下，采用基站定位位置数据。