CN106652347A - 智能头盔摔倒检测方法及智能头盔 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能头盔摔倒检测方法以及智能头盔。该摔倒检测方法包括以下步骤：系统初始化，自由落体判定，撞击判定，静止判定，以及根据所述静止事件发生在自所述撞击事件发生后的第四时长内的检测结果生成求救信号。该智能头盔包括三轴加速度传感器及控制器。本发明提供的智能头盔摔倒检测方法及智能头盔通过在智能头盔上安装三轴加速度传感器测量加速度，并通过分析加速度的变化情况来判断是否发生骑行摔倒事件，并根据摔倒事件进行报警，从而有针对性地解决了骑行过程中摔倒检测及呼救的问题。

Description

智能头盔摔倒检测方法及智能头盔
技术领域
本发明涉及运动保护领域，尤其涉及智能头盔摔倒检测方法及智能头盔。
背景技术
骑行运动是人们一贯热衷的户外运动，在骑行过程中，最容易发生的事故是跌落和受到撞击后摔倒在地，撞击严重时很可能昏迷不醒或者无法动弹，从而无法求助，失去宝贵的抢救时间，尤其当事故发生在偏远山地时，更加危险。因此当出现跌倒情况时，如果能够及时通知相关人员进行救助，将会大大地减轻由于跌倒而造成的危害，因此有必要对摔倒事件进行检测和报警。
然而，现有的跌倒检测技术中没有针对骑行人员的摔倒事件进行检测的技术。骑行人员和普通的步行个体的摔倒模式存在区别，例如其摔落地面的高度不尽相同，而且骑行人员在运动中也不方便佩戴检测仪器，需要考虑在其他合适的位置安装检测仪器。
发明内容
本发明的目的在于，解决如何检测骑行过程中发生摔倒事件的问题。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。
一种智能头盔摔倒检测方法，包括以下步骤：按照预设的监测频率监测三轴加速度；计算所述三轴加速度矢量和，并根据所述加速度矢量和是否满足第一预设条件而判断是否发生自由落体事件；根据所述三轴中任意一轴的加速度是否满足第二预设条件而判断是否发生撞击事件；根据每一轴检测到的加速度变化量是否满足第三预设条件而判断是否发生静止事件；以及根据所述静止事件满足第四预设条件而生成求救信号。
在一种实施方式中，所述智能头盔摔倒检测方法还包括：比较所述撞击事件和所述自由落体事件的时间间隔与预定的失效时长；以及根据所述时间间隔小于或等于所述失效时长的比较结果执行所述判断是否发生静止事件的步骤，或者根据所述时间间隔大于所述失效时长的比较结果返回所述监测三轴加速度的步骤。
在一种实施方式中，所述第一预设条件为所述加速度矢量和持续小于第一阈值且持续时间超过第一时长，所述第二预设条件为所述任意一轴的加速度持续大于第二阈值且持续时间超过第二时长，所述第三预设条件为所述加速度变化量持续小于第三阈值且持续时间超过第三时长，所述第四预设条件为所述静止事件发生在自所述撞击事件发生后的第四时长内，其中，所述第三时长短于所述第四时长。
在一种实施方式中，，所述第一阈值为0.3～0.6g，所述第一时长为400ms～500ms；所述第二阈值为1.5～2g，所述第二时长为300ms～450ms；所述第三阈值为0.3g～0.6g，所述第三时长为8～15s；所述第四时长与所述第三时长相差2～5s。
在一种实施方式中，所述第一阈值为0.54g，所述第一时长为450ms，所述第二阈值为1.992g，所述第二时长为400ms，所述第三阈值为0.5g，所述第三时长为11s，所述第四时长为15s。
在一种实施方式中，所述摔倒检测方法还包括：检测是否持续发生所述静止事件；以及若连续三次未检测到所述静止事件，生成警报解除信号。
一种智能头盔，所述智能头盔包括：三轴加速度传感器，用于检测三轴加速度；以及控制器，用于：按照预设的监测频率监测三轴加速度；计算所述三轴加速度矢量和，并根据所述加速度矢量和是否满足第一预设条件而判断是否发生自由落体事件；根据所述三轴中任意一轴的加速度是否满足第二预设条件而判断是否发生撞击事件；根据每一轴检测到的加速度变化量是否满足第三预设条件而判断是否发生静止事件；以及根据所述静止事件满足第四预设条件而生成求救信号。
在一种实施方式中，所述第一预设条件为所述加速度矢量和持续小于第一阈值且持续时间超过第一时长，所述第二预设条件为所述任意一轴的加速度持续大于第二阈值且持续时间超过第二时长，所述第三预设条件为所述加速度变化量持续小于第三阈值且持续时间超过第三时长，所述第四预设条件为所述静止事件发生在自所述撞击事件发生后的第四时长内，其中，所述第三时长短于所述第四时长。
在一种实施方式中，所述智能头盔进一步包括警示灯，所述警示灯用于开启摔倒警示发光模式。
在一种实施方式中，所述智能头盔进一步包括GPS定位模块和无线通信模块，所述GPS定位模块用于向所述控制器发送当前的地理位置信息，所述无线通信模块用于通过与所述智能头盔相关联的移动终端向预设号码发送求救信息，所述求救信息携带所述当前地理位置信息。
相较于现有技术，本发明提供的智能头盔摔倒检测方法及智能头盔通过在智能头盔上安装三轴加速度传感器测量加速度，并通过分析加速度的变化情况来判断是否发生摔倒事件，并根据摔倒事件进行报警，从而有针对性地解决了骑行过程中摔倒检测及呼救的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的智能头盔摔倒检测方法的流程示意图；
图2是本发明第一实施例提供的智能头盔摔倒检测方法的步骤S4的一种实施方式的流程示意图；
图3是本发明第二实施例提供的智能头盔的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参阅图1，本发明第一实施例提供的智能头盔摔倒检测方法包括步骤S1～S5。
步骤S1，按照预设的监测频率监测三轴加速度。
步骤S2，计算所述三轴加速度矢量和，并根据所述加速度矢量和是否满足第一预设条件而判断是否发生自由落体事件。
步骤S3，根据所述三轴中任意一轴的加速度是否满足第二预设条件而判断是否发生撞击事件。
步骤S4，根据每一轴检测到的加速度变化量是否满足第三预设条件而判断是否发生静止事件。
步骤S5，根据所述静止事件满足第四预设条件而生成求救信号。
在步骤S1之前，优选地，对三轴加速度传感器初始化以正确地检测摔倒事件。在步骤S1中，控制器按照一定频率监测三轴加速度，其监测频率可以和三轴加速度传感器的输出频率相同，也可以不同。
在步骤S2中，控制器等待满足第一预设条件的自由落体事件发生，第一预设条件为所述加速度矢量和持续小于第一阈值且持续时间超过第一时长，具体的第一阈值和第一时长根据骑行特点制定，本实施例根据骑行人员的在骑行时的高度范围把第一阈值(Thresh-FF)设为0.3～0.6g，g表示重力加速度，把第一时长(Time-FF)设为400ms～500ms。优选地，所述第一阈值为0.54g，所述第一时长为450ms。当加速度矢量和持续小于第一阈值且持续时间超过第一时长，发生自由落体事件。若未发生自由落体事件，则返回步骤S1。
在步骤S3中，控制器等待满足第二预设条件的撞击事件发生，第二预设条件为所述任意一轴的加速度持续大于第二阈值且持续时间超过第二时长，具体的第二阈值和第二时长根据骑行特点制定。本实施例根据骑行人员的骑行速度范围把第二阈值(Thresh-Act)设为1.5～2g，把第二时长(Time-Act)设为300～450ms。优选地，所述第二阈值为1.992g，所述第二时长为400ms。当任意一个轴加速度(撞击可能发生在任意一个方向)大于第二阈值且持续时间超过第二时长时，认为骑行人员撞击到地面，发生撞击事件。若未发生撞击事件，则返回步骤S1。
在步骤S4中，控制器等待满足第三预设条件的静止事件发生，第三预设条件为所述加速度变化量持续小于第三阈值且持续时间超过第三时长。本实施例将第三阈值(Thresh-Inact)设为0.3g～0.6g，把第三时长(Time-Inact)设为8～15s，优选地，所述第三阈值为0.5g，所述第三时长为11s。当各个轴加速度变化量小于第三阈值且持续时间超过第三时长时，发生静止事件。变化量是指至少第三时长范围内所检测到的最大值和最小值之间的差值，在第三时长范围内骑行人员几乎没有动，表示其极有可能处于昏迷或者无法动弹的情形。
在步骤S5中，考虑到骑行人员在以骑行的速度发生摔倒后撞击地面不会立即发生至少第三时长内的静止，很大程度上会发生一定时长的滚动才会静止，因此，需要设置第四预设条件来进行合理判断。在本实施例中，第四预设条件具体是在所述撞击事件发生后增加一段缓冲计时，即如果所述静止事件发生在自所述撞击事件发生后的第四时长内，则表示自由落体-撞击-静止三种事件均产生，骑行人员已摔倒，需要发出求救信号。求救信号由控制器向相应的求救模块发出控制信号来发出，求救信号的形式不限，例如发出求救声音和灯光提示、上报手机由手机发出求救短信或拨打求救电话等。本实施例中，第四时长与所述第三时长相差2～5s。优选地，第四时长为15s。
如果上述几个事件均不符合相应的预设条件，则表示摔倒事件不成立，继续监测三轴加速度。
为了进一步精确判断骑行当中自由落体事件和撞击事件之间的关联性，优选的，请参阅图2，在步骤S4中还进一步包括步骤S41～S42。
步骤S41，比较所述撞击事件和所述自由落体事件的时间间隔与预定的失效时长。
步骤S42，根据所述时间间隔小于或等于所述失效时长的比较结果执行所述判断是否发生静止事件的步骤，或者根据所述时间间隔大于所述失效时长的比较结果返回所述监测三轴加速度的步骤。
在步骤S41中，设置失效时长，例如200ms，即撞击事件和自由落体事件之间的时间间隔小于200ms，则表示自由落体和撞击之间具有强关联，可以等待静止事件的发生。超过200ms表示只有自由落体但是没有撞击，则可以认为自由落体和撞击之间无关联，继续监测加速度。
优选的，在发出求救信号后，还可以检测是否持续发生所述静止事件；以及若连续三次未检测到所述静止事件，表示摔倒的人员可以活动，生成警报解除信号，对三轴传感器初始化后继续监测。
综上，本发明实施例中提供的智能头盔摔倒检测方法通过在智能头盔上安装三轴加速度传感器测量加速度，并通过分析骑行中摔倒事件的加速度的变化情况来判断是否发生摔倒事件，并根据摔倒事件进行报警，从而有针对性地解决了骑行过程中摔倒检测及呼救的问题。
第二实施例
请参阅图3，本发明第二实施例提供的智能头盔100包括三轴加速度传感器10和控制器20，该三轴加速度传感器10用于检测三轴加速度，该控制器20用于：按照预设的监测频率监测三轴加速度；计算所述三轴加速度矢量和，并根据所述加速度矢量和是否满足第一预设条件而判断是否发生自由落体事件；根据所述三轴中任意一轴的加速度是否满足第二预设条件而判断是否发生撞击事件；根据每一轴检测到的加速度变化量是否满足第三预设条件而判断是否发生静止事件；以及根据所述静止事件满足第四预设条件生成求救信号。
其中，所述第一预设条件为所述加速度矢量和持续小于第一阈值且持续时间超过第一时长，所述第二预设条件为所述任意一轴的加速度持续大于第二阈值且持续时间超过第二时长，所述第三预设条件为所述加速度变化量持续小于第三阈值且持续时间超过第三时长，所述第四预设条件为所述静止事件发生在自所述撞击事件发生后的第四时长内，其中，所述第三时长短于所述第四时长。
其中，所述第一阈值为0.3～0.6g，所述第一时长为400ms～500ms；所述第二阈值为1.5～2g，所述第二时长为300ms～450ms；所述第三阈值为0.3g～0.6g，所述第三时长为8～15s；所述第四时长与所述第三时长相差2～5s。
优选的，所述第一阈值为0.54g，所述第一时长为450ms，所述第二阈值为1.992g，所述第二时长为400ms，所述第三阈值为0.5g，所述第三时长为11s，所述第四时长为15s。
所述控制器20还用于比较所述撞击事件和所述自由落体事件的时间间隔与预定的失效时长；以及根据所述时间间隔小于或等于所述失效时长的比较结果执行所述判断是否发生静止事件的步骤，或者根据所述时间间隔大于所述失效时长的比较结果返回所述监测三轴加速度的步骤，以及用于检测是否持续发生所述静止事件；以及若连续三次未检测到所述静止事件，生成警报解除信号以停止该求救信号。
所述智能头盔100进一步包括警示灯30，所述警示灯30用于开启摔倒警示发光模式，例如发出爆闪、频闪、或者SOS求救模式等。
所述智能头盔100进一步包括GPS定位模块40和无线通信模块41，所述GPS定位模块40用于向所述控制器20发送当前的地理位置信息，所述无线通信模块41通过与所述智能头盔相关联的移动终端向预设号码发送求救信息，所述求救信息携带所述当前地理位置信息。
智能头盔100可以通过无线通信模块41，例如蓝牙模块，和手机进行连接，控制器20发出的控制信号控制手机向预设的号码(例如骑行人员登记的紧急联系人或者急救中心的号码)发送求救信息，求救信息包括求救短信或者求救电话。
所述智能头盔100进一步包括扬声器50，所述扬声器50用于发出报警声音。
综上，本发明实施例中提供的智能头盔通过在智能头盔上安装三轴加速度传感器测量加速度，并通过分析加速度的变化情况来判断是否发生摔倒事件，并根据摔倒事件进行报警，从而有针对性地解决了骑行过程中摔倒检测及呼救的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能头盔摔倒检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照预设的监测频率监测三轴加速度；
计算所述三轴加速度矢量和，并根据所述加速度矢量和是否满足第一预设条件而判断是否发生自由落体事件；
根据所述三轴中任意一轴的加速度是否满足第二预设条件而判断是否发生撞击事件；
根据每一轴检测到的加速度变化量是否满足第三预设条件而判断是否发生静止事件；以及
根据所述静止事件满足第四预设条件而生成求救信号。
2.如权利要求1所述的智能头盔摔倒检测方法，其特征在于，所述智能头盔摔倒检测方法还包括：
比较所述撞击事件和所述自由落体事件的时间间隔与预定的失效时长；以及根据所述时间间隔小于或等于所述失效时长的比较结果执行所述判断是否发生静止事件的步骤，或者根据所述时间间隔大于所述失效时长的比较结果返回所述监测三轴加速度的步骤。
3.如权利要求1所述的智能头盔摔倒检测方法，其特征在于，所述第一预设条件为所述加速度矢量和持续小于第一阈值且持续时间超过第一时长，所述第二预设条件为所述任意一轴的加速度持续大于第二阈值且持续时间超过第二时长，所述第三预设条件为所述加速度变化量持续小于第三阈值且持续时间超过第三时长，所述第四预设条件为所述静止事件发生在自所述撞击事件发生后的第四时长内，其中，所述第三时长短于所述第四时长。
4.如权利要求3所述的智能头盔摔倒检测方法，其特征在于，所述第一阈值为0.3～0.6g，所述第一时长为400ms～500ms；所述第二阈值为1.5～2g，所述第二时长为300ms～450ms；所述第三阈值为0.3g～0.6g，所述第三时长为8～15s；所述第四时长与所述第三时长相差2～5s。
5.如权利要求4所述的智能头盔摔倒检测方法，其特征在于，所述第一阈值为0.54g，所述第一时长为450ms，所述第二阈值为1.992g，所述第二时长为400ms，所述第三阈值为0.5g，所述第三时长为11s，所述第四时长为15s。
6.如权利要求1所述的智能头盔摔倒检测方法，其特征在于，所述摔倒检测方法还包括：
检测是否持续发生所述静止事件；以及
若连续三次未检测到所述静止事件，生成警报解除信号以停止所述求救信号。
7.一种智能头盔，其特征在于，所述智能头盔包括：
三轴加速度传感器，用于检测三轴加速度；以及
控制器，用于：
按照预设的监测频率监测三轴加速度；
计算所述三轴加速度矢量和，并根据所述加速度矢量和是否满足第一预设条件而判断是否发生自由落体事件；
根据所述三轴中任意一轴的加速度是否满足第二预设条件而判断是否发生撞击事件；
根据每一轴检测到的加速度变化量是否满足第三预设条件而判断是否发生静止事件；以及
根据所述静止事件满足第四预设条件而生成求救信号。
8.如权利要求7所述的智能头盔，其特征在于，所述第一预设条件为所述加速度矢量和持续小于第一阈值且持续时间超过第一时长，所述第二预设条件为所述任意一轴的加速度持续大于第二阈值且持续时间超过第二时长，所述第三预设条件为所述加速度变化量持续小于第三阈值且持续时间超过第三时长，所述第四预设条件为所述静止事件发生在自所述撞击事件发生后的第四时长内，其中，所述第三时长短于所述第四时长。
9.如权利要求7所述的智能头盔，其特征在于，所述智能头盔进一步包括警示灯，所述警示灯用于开启摔倒警示发光模式。
10.如权利要求7所述的智能头盔，其特征在于，所述智能头盔进一步包括GPS定位模块和无线通信模块，所述GPS定位模块用于向所述控制器发送当前的地理位置信息，所述无线通信模块用于通过与所述智能头盔相关联的移动终端向预设号码发送求救信息，所述求救信息携带所述当前地理位置信息。
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