CN105448039A - 降低误报警率的跌倒检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低误报警率的跌倒检测方法，通过限定用户必须将具有加速度传感器的跌倒检测器竖直佩戴在躯干上，例如腰部(皮带上)(位置一)，此时三轴加速度传感器检测到Z轴与重力方向的夹角的角度α小于等于15°，即跌倒检测器处于竖直状态，则启动工作模式，监测佩戴用户的运动状态；当用户取下跌倒检测器随手放置时，三轴加速度传感器将检测到Z轴与重力方向的夹角的角度α大于15°，即跌倒检测器此时状态(位置二)与竖直状态(位置一)的夹角超过15°，则启动休眠模式，不监测佩戴用户的运动状态；应用该跌倒检测方法的跌倒检测器能够在提高跌倒报警准确率的前提下，降低误报警次数，减少误报情况的发生。

Description

降低误报警率的跌倒检测方法

技术领域

本发明涉及人体跌倒检测技术领域，具体是涉及一种降低误报警率的跌倒检测方法。

背景技术

据统计，全国目前有近50％的老年人正过着“空巢”“半空巢”生活，其中超过2亿的老年人作为老年服务产品潜在的用户群体，每年正以千万数量递增。随着我国老龄化社会的到来，老人跌倒、走失、突发性疾病时有发生，如果老人得不到及时的救治，伤残和死亡的比率就会大大增加，这将严重威胁老年人的身心健康、日常活动及独立生活能力，大大增加家庭的负担。

跌倒的定义为身体到地面的突然不受控制的非故意向下位移，随后发生碰撞，尔后身体停留在地上。现有的跌倒检测器产品主要是通过对一个或多个运动传感器的输出进行处理，以确定用户是否遭受了跌倒。现有的身体佩戴式的跌倒检测器都使用了加速度计(三轴加速度计)，它们通过处理所述加速度计生成的时间序列来确定跌倒的产生；一旦检测到跌倒，跌倒检测器就会触发报警。这种身体佩戴式的跌倒检测器通常被设计成垂直佩戴在用户的脖子上或被设计成佩戴在用户的躯干或者四肢上。当用户不使用时很可能随手放在桌上或者放在袋子中、口袋中，实际佩戴人并没有跌倒，然而，现有的基于分析加速度计的测量结果的跌倒检测方法的跌倒检测器很可能会发生误报。

因此，需要一种在不降低跌倒检测准确率前提下改进的降低误报警率的跌倒检测方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种降低误报警率的跌倒检测方法，应用该跌倒检测方法的跌倒检测器能够在提高跌倒报警准确率的前提下，降低误报警次数，减少误报情况的发生。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种降低误报警率的跌倒检测方法，包括如下步骤：

a、定义基于加速度传感器的跌倒检测器竖直佩戴在佩戴者的躯干上的状态为位置一；定义佩戴者取下跌倒检测器放置的状态为位置二；

b、加速度传感器的校准；采用重力场的1g标定法对加速度传感器的Z轴电压输出进行参数标定，V_1g表示加速度传感器Z轴方向与重力反向一致，且重力加速度为1g时的电压输出；V_0g表示重力加速度为0g时的电压输出；

c、加速度传感器的温度补偿；采用下面公式(1)对加速度传感器的Z轴加速度信号进行温度补偿，

A_OC＝A+(a+b×T+c×T²)(1)

其中，A_OC是温度补偿后的加速度信号，A是未经补偿的加速度信号，T是温度，a、b、c是在整个温度范围内选三个温度点来进行实验，通过拉格朗日插值来选定的参数；

d、加速度传感器Z轴倾角的测量；在步骤b和步骤c后，采用下面公式(2)计算出加速度传感器的Z轴与重力方向的夹角的角度α，

α＝arccos(V_out-V_0g)/(V_1g)(2)

其中，α、V_out分别为加速度传感器的Z轴与重力方向的夹角和加速度传感器的Z轴方向的输出电压，V_1g表示重力加速度为1g时的电压输出；V_0g表示重力加速度为0g时的电压输出；

e、判定跌倒检测器的状态；若步骤d中计算得出的加速度传感器Z轴与重力方向的夹角的角度α小于等于15°，加速度传感器检测出跌倒检测器处于位置一，跌倒检测器启动工作模式，监测佩戴用户的运动状态；若步骤d中计算得出的加速度传感器Z轴与重力方向的夹角的角度α大于15°，加速度传感器检测出跌倒检测器处于位置二，跌倒检测器启动休眠模式，不监测佩戴用户的运动状态。

本发明的有益效果是：本发明提供一种降低误报警率的跌倒检测方法，应用该跌倒检测方法的跌倒检测器可以在现有硬件技术条件下不降低跌倒检测的准确率，同时能够有效的降低跌倒报警的误报率，减少误报次数。

附图说明

图1为本发明实施例中跌倒检测器结构示意图；

图2为本发明中加速度传感器检测原理示意图；

图3为本发明实施例中跌倒检测器内部模块结构示意图。

结合附图，作以下说明：

1——跌倒检测器2——加速度传感器

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，一种降低误报警率的跌倒检测方法，包括如下步骤：

a、定义基于加速度传感器的跌倒检测器竖直佩戴在佩戴者的躯干上的状态为位置一；定义佩戴者取下跌倒检测器放置的状态为位置二；

b、加速度传感器的校准；采用重力场的1g标定法对加速度传感器的Z轴电压输出进行参数标定，V_1g表示加速度传感器Z轴方向与重力反向一致，重力加速度为1g时的电压输出；V_0g表示重力加速度为0g时的电压输出；

由于器件的差异，各个加速度传感器的0g重力加速度的电压输出和1g重力加速度的电压输出均是不同的，就算是同一片芯片的不同轴该参数也不同，所以要提高测量精度，就需要在使用前标定相关参数。对于低g的加速度传感器，重力场是最稳定精确的加速度参考量，为了得到更高的精度，可以采用上述重力场的1g标定法。

以加速度传感器Z轴为例，采用重力加速度进行标定：利用型材将加速度传感器固定在上面，尽量使Z轴的敏感方向与重力方向一致，不断调整PCB板，当测量到输出最大值时表明Z轴电压输出为重力加速度1g，记为Z_max；将PCB板旋转180°，同样测出-1g时的Z轴电压输出，记为Z_min，这样，通过公式(3)和(4)可以计算出0g和1g时Z轴电压输出的参数V_0g和V_1g：

V_0g＝(Z_max+Z_min)/2(3)

V_1g＝(Z_max-Z_min)/2(4)

c、加速度传感器的温度补偿；在温度影响下，加速度传感器会产生偏移。本发明采用下面公式(1)对加速度传感器的Z轴加速度信号进行温度补偿，

A_OC＝A+(a+b×T+c×T²)(1)

其中，A_OC是温度补偿后的加速度信号，A是未经补偿的加速度信号，T是温度，a、b、c是在整个温度范围内选三个温度点来进行实验，通过拉格朗日插值来选定的参数；

d、加速度传感器Z轴倾角的测量；在标定完相应的加速度传感器后，对单轴倾角变化的测量非常简单：以Z轴倾角为例：

在步骤b和步骤c后，采用下面公式(2)计算出加速度传感器的Z轴与重力方向的夹角的角度α，

α＝arccos(V_out-V_0g)/(V_1g)(2)

其中，α、V_out分别为加速度传感器的Z轴与重力方向的夹角和加速度传感器的Z轴方向的输出电压，V_1g表示重力加速度为1g时的电压输出；V_0g表示重力加速度为0g时的电压输出；具体计算方法参见图2，其中，垂直方向为重力加速度方向，一般静止状态为1g，斜箭头方向假定为加速度传感器的Z轴测量方向，根据上面所述的标定方法得出V_1g和V_0g，然后根据公式

α＝arccos(V_out-V_0g)/(V_1g)(2)

计算出Z轴倾斜的角度α。

对温度进行补偿在测量加速度时是必要的，但是利用所示的公式(2)进行倾角测量时，由于温度发生漂移时Z_max和Z_min同时上升，0g电压会上升，但是V_out也是上升了同样的幅值，而1g电压通过上述式子计算不会有变化，因此，通过下式

α＝arccos(V_out-V_0g)/(V_1g)(2)

计算出来的倾角在精度上不会有变化。

同样的方法，可以进行加速度传感器X和Y轴倾角的测量。

e、判定跌倒检测器的状态；若步骤d中计算得出的加速度传感器Z轴与重力方向的夹角的角度α小于等于15°，加速度传感器检测出跌倒检测器处于位置一，跌倒检测器启动工作模式，监测佩戴用户的运动状态；若步骤d中计算得出的加速度传感器Z轴与重力方向的夹角的角度α大于15°，加速度传感器检测出跌倒检测器处于位置二，跌倒检测器启动休眠模式，不监测佩戴用户的运动状态。

按照上述公式(1)(2)方法测量计算Z轴(或XY轴)与重力方向的角度，如果角度α大于15°，说明设备不处在正常佩戴状态，则启动休眠模式，不监测佩戴用户的运动状态，降低系统功耗。如果角度α小于等于15°，则设备从休眠模式转为工作模式，实时监测判断加速度计生成的时间序列和陀螺仪的角度变化来确定跌倒的产生。

综上，为了降低跌倒检测器的误报警次数(特定的运动轨迹或者未佩戴把检测装置随手放置)，本发明具体实施时：限定用户必须将具有加速度传感器的跌倒检测器竖直佩戴在躯干上，例如腰部(皮带上)(位置一)，此时三轴加速度传感器检测到Z轴与重力方向的夹角的角度α小于等于15°，即跌倒检测器处于竖直状态，则启动工作模式，监测佩戴用户的运动状态；当用户取下跌倒检测器随手放置时，三轴加速度传感器将检测到Z轴与重力方向的夹角的角度α大于15°，即跌倒检测器此时状态(位置二)与竖直状态(位置一)的夹角超过15°，则启动休眠模式，不监测佩戴用户的运动状态。

以下给出应用本发明降低误报警率的跌倒检测方法的跌倒检测器的具体实施例。

参见图3，一种跌倒检测器的内部模块主要包括处理器、语音模块、按键单元、录音模块、定位模块、跌倒检测模块和远程网络通信模块。处理器的CPU主要负责所有采集信息的处理；语音模块主要负责播报系统提示语音，远程服务器发来的广播通知等内容；按键单元主要负责采集电源按键、联系人一按键、联系人二按键、联系人三按键、联系人四按键、紧急报警按键信号，并且处理器做出相应的动作；录音模块主要负责周围环境声音信号的录音；定位模块包括GPS和LBS定位，确定设备所处的位置；跌倒检测模块主要是三轴加速度信号和三轴陀螺仪信号的采集分析，首先，通过上述降低误报警率的跌倒检测方法确定跌倒检测器是否佩戴在佩戴者身上，如果跌倒检测器佩戴在佩戴者身上，则跌倒检测模块检测到跌倒检测器处于竖直状态，则启动工作模式，监测佩戴用户的运动状态，并实时检测判断佩戴者是否跌倒；当用户取下跌倒检测器随手放置时，跌倒检测模块检测到跌倒检测器处于启动休眠模式，不监测佩戴用户的运动状态。远程网络通信模块具有2G/3G网络数据通信、电话通信功能。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种降低误报警率的跌倒检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、定义基于加速度传感器(2)的跌倒检测器(1)竖直佩戴在佩戴者的躯干上的状态为位置一；定义佩戴者取下跌倒检测器放置的状态为位置二；

b、加速度传感器的校准；采用重力场的1g标定法对加速度传感器的Z轴电压输出进行参数标定，V_1g表示加速度传感器Z轴方向与重力反向一致，且重力加速度为1g时的电压输出；V_0g表示重力加速度为0g时的电压输出；

c、加速度传感器的温度补偿；采用下面公式(1)对加速度传感器的Z轴加速度信号进行温度补偿，

A_OC＝A+(a+b×T+c×T²)(1)

其中，A_OC是温度补偿后的加速度信号，A是未经补偿的加速度信号，T是温度，a、b、c是在整个温度范围内选三个温度点来进行实验，通过拉格朗日插值来选定的参数；

d、加速度传感器Z轴倾角的测量；在步骤b和步骤c后，采用下面公式(2)计算出加速度传感器的Z轴与重力方向的夹角的角度α，

α＝arccos(V_out-V_0g)/(V_1g)(2)

其中，α、V_out分别为加速度传感器的Z轴与重力方向的夹角和加速度传感器的Z轴方向的输出电压，V_1g表示重力加速度为1g时的电压输出；V_0g表示重力加速度为0g时的电压输出；

e、判定跌倒检测器的状态；若步骤d中计算得出的加速度传感器Z轴与重力方向的夹角的角度α小于等于15°，加速度传感器检测出跌倒检测器处于位置一，跌倒检测器启动工作模式，监测佩戴用户的运动状态；若步骤d中计算得出的加速度传感器Z轴与重力方向的夹角的角度α大于15°，加速度传感器检测出跌倒检测器处于位置二，跌倒检测器启动休眠模式，不监测佩戴用户的运动状态。