CN107223038A - 在地板覆盖物中具有压力传感器的监视系统 - Google Patents

在地板覆盖物中具有压力传感器的监视系统 Download PDF

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CN107223038A CN201580062710.XA CN201580062710A CN107223038A CN 107223038 A CN107223038 A CN 107223038A CN 201580062710 A CN201580062710 A CN 201580062710A CN 107223038 A CN107223038 A CN 107223038A
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帕斯卡尔·迪克罗斯
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Abstract

披露了一种监视系统，该监视系统包括具有片式压力传感器的地板覆盖物并且包括传感器控制单元。该传感器控制单元包括：用于提供原始数字信号的ADC；微控制器，所述微控制器被配置成用于通过对该原始数字信号进行信号处理并且生成具有比该原始数字信号更小的数字带宽的已处理数字信号来执行数据提取；以及通信模块，该通信模块连接该微控制器或集成在其内以便接收该已处理数字信号。该通信模块被配置成用于与一个或多个数据库服务器建立数据通信并且将所提取的数据传输至该一个或多个数据库服务器。

Description

在地板覆盖物中具有压力传感器的监视系统
发明领域
本发明总体上涉及一种监视系统，所述监视系统尤其但非排他性地用于监视看护机构例如医院、疗养院或养老院、或刑罚机构的房间中的人，同时尽可能地保护被监视的人的自主性和隐私权。
发明背景
医疗保健设施中的房间通常装备有护士呼叫按钮(或其他类型的开关)，使得房间中的人能够请求护士或看护者的帮助。按下该呼叫按钮将触发向看护者的房间、并且可能会向看护者的寻呼机或其他移动设备发送信号。这样的呼叫系统对于响应够得着按钮或开关的房间居住者所表达的特定需求是有用的。然而，在紧急情况下、尤其在跌倒事件时，它们仅是部分适当的。
因此，需要尤其允许在检测到被看护的人跌倒时发出警报的监视系统。
US 5 877 675披露了一种便携式三路无线通信系统，该三路无线通信系统给患者提供与看护者、以及中央设施例如护士站的直接联系。该系统包括患者单元、看护者单元以及中央站。该患者单元被设计成小且便携的并且可以佩戴在患者的手腕或类似部位上。该单元准许患者直接向指定看护者发送援助请求、并且在患者与看护者之间提供双向语音通信。该单元存储了与该患者相关联的信息，例如身份证明、药物治疗、主治医师等。该看护者单元也是便携的并且提供与患者和其他看护者的双向语音通信。该单元显示与指派给该看护者的每个患者有关的信息。在看护者不能及时响应来自患者的呼叫的事件中，该中央站可以用作候补。此外，该中央站存储了与患者有关的更详细信息，看护者可以经由其独立的单元来访问这些信息。
US 2008/0117060 A1披露了一种用于便于个人独立居住的系统。该系统被适配成用于一个或多个看护者通信并且包括：装配有应急按钮以及活动传感器的佩戴装置；放在用户的生活区中的传感器；以及场外监视中心。第一子系统监视个人的活动程度并且确定该活动程度是否指示了该个人的健康状况下降；第二子系统可以选择性地由该个人来激活以便在需要援助时向看护者发出警报；第三子系统至少部分地基于该第一子系统的确定而自动向看护者发出需要援助的警报；并且第四子系统监视该个人是否正在进行游走活动。
因此，在多种不同应用中地板安装式监视系统是熟知的。
例如，US 5 592 152涉及一种闯入者检测装置，所述装置有待被安装在集成式突起地板系统中。所述闯入者检测装置包括地板面板组件以及用于将该地板面板组件支撑在基础地板上的多个底座、壳体、恢复构件、开关单元、以及活塞。恢复构件使上部壳体部件背离下部壳体部件偏置。开关单元安装在该下部壳体部件上并且具有可以通过活塞被解除激活的弹性开关触点。
EP 2 263 217披露了一种对象跟踪系统，该对象跟踪系统包括在地板中的密集传感器场。该对象跟踪系统检测传感器的激活并且将对象与每次激活相联系。该对象跟踪系统进一步产生描述即时或稍后使用的事件的事件信息。该系统根据针对多个事件限定的条件、基于传感器观察结果来检测这些事件。这些条件可以涉及对象的本质，例如与该对象相联系的观察结果的强度、该对象的大小和/或形状、本质的时间变化、以及运动。该系统可以例如用于通过用该密集传感器场来跟踪对象，从而检测人跌倒、下床、到达某个空间或者从中离开，并且用于生成关于这个人的治疗或安全性的事件信息以递送给提供护理的人。
US 8 138 882披露了一种电子多点触摸地板覆盖物，该电子多点触摸地板覆盖物具有安排成致密的二维阵列的多个传感器，以用于识别形状。该电子多点触摸地板覆盖物识别与该电子多点触摸地板覆盖物的表面相接触的对象的形状。然后从例如数据库等数据存储设备中检索实体记录，其中检索到的实体记录对应于所识别的形状。然后从具有与检索到的实体记录相对应的动作的第二数据存储设备中检索动作。然后由计算机系统来执行检索到的动作。例如，如果该系统检测到，家养狗已经进入了对其“禁止”的区域，则可以向主人发送通知来将该狗从禁止位置带走。
US 6 515 586涉及一种地板覆盖物，该地板覆盖物集成了触觉感测层以形成触觉感测表面。该触觉感测层具有被安排成致密的二维阵列的多个传感器。控制器连接至该触觉感测表面上以便跟踪人或对象。该触觉感测表面可以是挠性的并且是成卷批量制造的，使得它在长度和宽度两方面是可调整的。
US 2006/0171570披露了一种监视并且识别人、动物以及其他对象的“智能机”。对象是基于重量、足迹以及地板/墙壁压力图案(例如行人的脚印以及其他图案)来区分的。
技术问题
本发明一方面的目的是提供一种新颖的监视系统，具体地但非排他性地为房间居住者监视系统。
一般说明
根据本发明的优选方面，一种监视系统包括：
○优选地弹性的地板覆盖物(地板铺设物)，该地板覆盖物具有安装在其中或其下方的片式压力传感器；
○以及连接至该片式压力传感器上的传感器控制单元，该传感器控制单元包括：
-用于将由该压力传感器提供的模拟信号转换成原始数字信号的模数转换器；
-连接该模数转换器以用于接收该原始数字信号的微控制器，该微控制器被配置成用于通过对该原始数字信号进行信号处理并且生成具有比该原始数字信号更小的数字带宽的已处理数字信号来执行数据提取；该已处理数字信号携带有在该原始数字信号的处理过程中所提取的数据；
-以及通信模块，该通信模块连接该微控制器或集成在其内以便接收该已处理数字信号，该通信模块被配置成用于与一个或多个数据库服务器建立数据通信并且将所提取的数据传输至该一个或多个数据库服务器。
优选地，该地板覆盖物或地板铺设物包括或其组成为：连续铺设的(片式地板铺设物)或者由独立的地板铺设物元件(地板砖或木板)组成的弹性多层或单层地板铺设物。优选地，该弹性多层或单层地板铺设物是以持久的(“永久性”)方式安装的(目标寿命是若干年)。该单层或多层地板铺设物优选地具有装饰性顶表面。
在本发明背景下使用的多层地板铺设物包括一个或多个芯层或背衬层(当已经安装了地板铺设物时被印刷层隐藏)、印刷层(薄的印刷基板、一个或多个墨料层)以及位于该印刷层顶部上的一个或多个透明层(顶涂层和/或磨损层)。印刷可以是在专用基板(例如，纸或聚合材料的幅面)上完成，该专用基板可以与其他层进行层压或者以其他方式相组合。或者，人们可以直接在结构层之一(例如芯层或背衬层)上或在磨损层的背面上印刷。
该片式压力传感器优选地包括被夹在第一电极层与第二电极层之间的铁电驻极体聚合物膜。本文使用的术语“铁电驻极体聚合物膜”表示以下多孔聚合物膜结构：该多孔聚合物膜结构展现出压电特性并且更特别地响应于向该聚合物膜结构施加压力而在施加到其表面上的第一与第二电极层之间生成电势差。“由该压力传感器提供的模拟信号”表示可能在通过电气部件或电子部件进行信号调节(例如，滤波或平滑化)之后被应用于模数转换器(ADC)的输入端的模拟信号。“原始数字信号”是在数字领域中的任何信号成形、处理或数据提取之前，由ADC递送的数字信号。“已处理数字信号”携带了从原始数字信号提取的数据。“通信模块”表示实现为了使用特定物理层和数据链路层标准(例如，以太网、Wi-Fi、蓝牙等)进行通信而需要的电子电路的硬件模块(例如，卡、适配器或控制器)。
ADC优选地被配置成用于以包括在从50Hz至1kHz的范围内、更优选地从50Hz至500Hz的范围内、并且甚至更优选地从100Hz至200Hz的范围内的采样速率来对模拟信号进行采样。ADC的分辨率优选地为至少8位(28＝256个量化级)、更优选至少12位(212个量化级)、甚至更优选至少16位(216个量化级)。有利的是，ADC经由电荷放大器和低通滤波器连接至该压力传感器上。该低通滤波器优选地具有200Hz或以下、更优选为100Hz或以下的截止频率。
根据本发明的优选实施例，该微控制器被配置成用于通过对原始数字信号的处理来检测(人，例如房间居住者的)跌倒事件。用于检测跌倒事件的例程可以包括从原始数字信号提取特征。该微控制器可以被配置成用于根据预定义的评级方案对所监测的不同量进行评级，这些等级反映在发生跌倒事件时每个监测量的值出现的概率或合理性。该微控制器可以被配置成用于在反映已发生跌倒的概率的累积等级超过某个阈值的情况下得出在时间窗口内对跌倒事件的肯定检测。
根据本发明的优选方面，该监视系统包括用于控制楼宇自动化系统(BAS)的电气器具的操作的楼宇自动化系统致动器。经常用于BAS的另一个术语是BMS(楼宇管理系统)。在此背景下，术语“BAS致动器”表示使监视系统与BAS接口联接并且允许该监视装置控制至少一个器具例如照明装置、空调、卷帘、通风设备、空调等的适配器。例如，该监视系统可以被配置成用于在夜间当检测到人在房间里行走时开启房间照明装置。额外地或替代地，该监视系统可以被配置成用于在检测到跌倒的情况下给该跌倒的人以下反馈：已经检测到跌倒并且已经通知看护者。这样的反馈可以例如经由房间照明装置(通过使其闪烁)、经由专门的视觉指示器、或经由扬声器给出。
除了与BAS接口联接之外或者作为其替代方案，该监视系统可以包括用于控制电负载(例如，灯、电铃、卷帘马达、通风设备、空调等)的操作的继电器。例如，该监视系统的继电器可以并联连接至护士呼叫按钮或灯开关上。因此，该监视系统可以根据微控制器所提取的数据来开启护士呼叫或开灯。例如，如果该监视系统检测到跌倒，则它可以经由对应的继电器来触发护士呼叫。在同一时间或随后，该监视系统可以通过使房间内的灯闪烁来向跌倒的人提供视觉反馈。对该监视系统提供一个或多个继电器是有利的，因为并不是所有的楼宇和看护设施都装备有BAS。此外，可能存在BAS和常规电力网络共存的楼宇。
根据本发明的优选实施例，该监视系统包括壁脚板，该壁脚板具有集成在其中的照明装置(白炽灯、LED或OLED)，这些照明装置是与该楼宇自动化系统致动器或该继电器相连接的并且是可由其控制的。
代替单一压力传感器，该地板覆盖物可以具有安装在其中或其下方的多个片式压力传感器，它们各自包括铁电驻极体聚合物膜，该铁电驻极体聚合物膜被夹在第一电极层与第二电极层之间并且连接该传感器控制单元，该片式压力传感器以基本上不重叠的方式被安排在房间的不同区域中，该房间被分隔成至少包括卧室分区和浴室分区的至少两个分区。在本发明的这个优选实施例，该传感器控制单元接收来自这些不同压力传感器的模拟信号并且将其转换成对应的原始数字信号。该微控制器执行从这些独立的原始数字信号的数据提取。该微控制器可以被配置成将所提取的数据编码在一个或多个已处理数字信号上。
该原始数字信号的信号处理优选地包括根据预定义的检测标准来检测原始数字信号中的事件。所检测的事件优选地包括以下各项中的至少一项、优选地至少两项：跌倒、(行走)活动开始、(行走)活动结束、进入被监视房间、以及离开被监视房间。
根据本发明的优选实施例，该原始数字信号的信号处理包括：检测该原始数字信号中的心跳信号和/或呼吸信号、并且确定心跳速率和/或呼吸速率。心跳和/或呼吸信号检测可以包括对原始数字信号进行低通滤波和/或对这些信号进行信号整流。
优选地，生成该已处理数字信号包括组装多个数据报或数据包，它们各自至少包括标识该微控制器的标识符、时间戳、以及所提取的数据中的一个或多个，例如用预定义事件描述代码描述的检测到的事件。
该监视系统优选地包括该一个或多个数据库服务器。该一个或多个数据库服务器有利地被配置成用于：将所提取的数据录入数据库中、根据所提取的数据来计算分析数据、并且优选地经由安全的因特网连接与被配置成用于将所述分析数据可视化的客户端应用程序(客户端“apps”或客户端“仪表板”)接口联接。
此外，该一个或多个数据库服务器可以被配置成用于：在给定时间(例如，每秒、每5秒、每10秒、每20秒、每30秒、每分钟、每2分钟、每5分钟、每10分钟、每15分钟、每30分钟或每小时)将所提取的数据转换成一个或多个离散时间数据(反映被监视房间的状态)以生成时间线；将这些离散时间数据信号记录在该数据库中；并且使该离散时间数据作为该分析数据的一部分可用于这些客户端应用程序。
该一个或多个数据库服务器优选地被配置成还用于：计算与所提取的数据和/或该离散时间数据相关的统计指示符、将该统计指示符记录在该数据库中、并且使该统计指示符作为该分析数据的一部分可用于这些客户端应用程序。
该一个或多个数据库服务器可以被配置成用于使该分析数据的至少一部分流到这些客户端应用程序。额外地或替代地，该一个或多个数据库服务器可以被配置成用于在接收到客户端应用程序发出的请求或在被客户端应用程序轮询时将该分析数据的至少一部分传输至这些客户端应用程序。
该一个或多个数据库服务器可以被配置成用于检测以下潜在紧急情形中的至少一项：基于对所提取的数据的短时间分析来检测例如人未经授权地离开被监视房间、未经授权地闯入被监视房间、跌倒、被监视房间内的人的突然健康退化等；或者基于对所提取的数据的长时间分析来检测被监视房间内的人的潜在的缓慢健康退化。在本文献的背景下，“短时间分析”是指在不超过5分钟、优选地不超过2分钟、更优选地不超过1分钟并且优选地不超过30s、20s、15s、10s、5s、2s、1.5s或甚至更少的时间窗口内对数据进行分析。在本文献的背景下，“长时间分析”是指对于在超过不少于1小时、优选地不少于2小时的时间内上收集到的数据进行分析；数据的长时间分析也可能延续到几天、几周、几个月或甚至几年的数据，如果这样长时间的观察是可获得的话。
本发明的特别优选的实施例涉及一种监视系统，其被实施为看护设施例如医院、或疗养院或养老院或刑罚机构中的房间居住者监视系统。该房间居住者监视系统包括地板覆盖物(地板铺设物)，该地板覆盖物具有安装在其中或其下方的、上文指明类型的多个片式压力传感器，这些片式压力传感器基本上不重叠地被安排在房间的不同区域中，该房间被分隔成至少包括卧室分区和浴室分区的至少两个分区。根据该特别优选的实施例，该原始数字信号的信号处理包括：根据检测标准来检测该原始数字信号中的激活事件，包括疑似跌倒、活动开始、活动结束、疑似进入和疑似出去中的至少两者。进一步地，生成该已处理数字信号包括组装多个数据报或数据包，它们各自至少含有标识该微控制器的标识符、时间戳、以及从来自不同压力传感器的原始信号提取的数据中的一个或多个数据。仍然根据该特别优选的实施例，提供了一个或多个数据库服务器，该一个或多个数据库服务器被配置成用于：将所提取的数据录入数据库中；根据所提取的数据来计算分析数据；与被配置成用于将该分析数据可视化的客户端应用程序接口联接；将所述提取的数据转换成一个或多个离散时间数据；将该离散时间数据记录在该数据库中；并且使该离散时间数据作为该分析数据的一部分而可用于这些客户端应用程序；计算与所提取的数据相关的统计指示符；将这些统计指示符记录在该数据库中；并且使这些统计指示符作为该分析数据的一部分而可用于这些客户端应用程序。该房间居住者监视系统的一个或多个数据库服务器优选地被配置成用于使该分析数据的至少一部分流到这些客户端应用程序；和/或优选地被配置成用于检测以下各项中的至少一项：基于对所提取的数据的短时间分析来检测例如未经授权的离开、未经授权的闯入、跌倒、突发健康退化等；或者基于对所提取的数据的长时间分析来检测潜在的缓慢健康退化。
本发明的显著优点在于：不要求被监视的人或在被监视房间内的人佩戴(用于测量脉搏、呼吸速率和/或其他参数的)可佩带装置。这大大地减小了所感知到的对被监视人的生活的影响。因此根据本发明的优选实施例，该监视系统不包括任何这样的可佩戴装置。然而，应注意的是，在意欲或需要对人进行更靠近和/或更先进(医疗)的监视的情况下，不排除将本监视系统与一个或多个其他监视系统组合使用。更确切地，本监视系统并不旨在替代生命体征医疗监视系统、而是尤其(但非排他性地)针对不需要对生命体征进行永久性医疗监视、但希望监视人的活动的情形提供监视解决方案。应了解的是，根据本发明的系统关于被监视人的私人生活而言以相对不侵犯的方式填充了这种空隙。
根据本发明的优选实施例，膜式压力传感器以及可选的其连接器被密封在不漏水的外壳内。进一步应了解的是，所提出的系统对水分和湿度不敏感(与基于电容性感测的系统不同)。因此，包括该传感器的地板覆盖物可以用于必须用洗涤剂定期清洁的浴室、厨房或房间中。
该监视系统的实施例提供长期和短期的健康监视功能。该监视系统可以包括报警特征。被监视个体的健康可以基于该个体在白天和晚上的活动程度来进行评估。白天的多活动和晚上的少活动通常指示身体健康。相应地，当白天与晚上活动之比呈下降趋势时，该系统可以向看护者发出相应的报警，然后看护者可以尝试确定该趋势的原因、并且采取旨在恢复患者健康条件的措施。
与依赖于所佩戴的装置、并且因此需要被监视人的最少量的能力和合作意愿的系统相比，根据本发明的监视系统不要求对被监视人者进行特别的教育。经常发生患者拒绝佩戴监视装置。拒绝的原因可能是因为不适或害怕作为必须被监视的人而背上污名。经验显示，当人感觉健康时，鼓励这个人携带可佩带装置可能会更加困难。在这方面，本发明大大简化了看护者的任务。
根据本发明的系统可以被配置成用于同时解决多个问题。首先，该监视系统准许监视紧急条件、尤其是被监视的人是否已经跌倒。第二，该监视系统进行的活动监视允许评估被监视人的健康条件。可以将该数据库配置成用于学习特定人的活动模式并且触发警报或消息，从而告知看护者关于与预期活动模式相比的任何显着偏差或活动模式中的特定趋势。该特征可以促进早期检测到疾病。
附图简要说明
通过举例的方式，将参照附图来详细描述本发明的优选的非限制性实施例，在附图中：
图1：是看护设施中的房间居住者监视系统的示意图；
图2：是包括片式压力传感器的地板覆盖物的构造的透视展示；
图3：是基于铁电驻极体的压力传感器以及连接至其上的传感器控制单元的示意图；
图4：是监视系统的高水平示意性的布局；
图5：是原始数字信号在滤波之后但是在数据提取之前的截图；
图6：是用于将根据本发明的房间监视系统收集到的数据可视化的客户端应用程序的实例的第一屏幕的截图；
图7：是该客户端应用程序的第二屏幕的截图。
一个或多个优选实施例的详细说明
图1示意性地展示了看护设施(例如在当前情况下为养老院或医院)中的房间居住者监视系统10。示出了具有有待监视的人的房间12、看护者的房间14以及连接这些房间的走廊或过道15。当然养老院或医院可以包括另外多个房间，但是为附图清晰起见未示出。房间12包括主卧分区16以及浴室分区18。房间12是可从走廊或过道15经由入口/出口区域20进入的，该入口/出口区域与房间12的门(未示出)相邻。
房间居住者监视系统10包括弹性的基于聚合物的地板覆盖物22，该地板覆盖物具有安装在其下方的多个片式压力传感器24。图2中最佳地展示了该地板覆盖物的构造。该片式压力传感器24通过第一粘合层28附着至地板铺面26上。该弹性地板覆盖物通过第二粘合层30附着在该片式压力传感器24的顶表面上。图2中还示出了具有LED照明特征的壁脚板32。
可以被配置成挠性贴砖、木板、条带或区带的片式压力传感器24是基本上彼此不重叠地安排的。在该房间的每个区域中，这些片式压力传感器24并联连接至传感器控制单元34上，其方式为使得源于同一区域内的不同传感器的模拟信号不能容易地被传感器控制单元34分辨。给定区域的传感器在下文中统称为“传感器组”。然而，不同的传感器组(各自与房间的不同区域相关联)独立地连接至传感器控制单元34上，由此而得知模拟信号来自哪个传感器组。在图1所展示的实施例中，针对以下区域中的每个区域存在一个传感器组：1)入口/出口区域20，2)卧室分区16，以及3)浴室分区18。
图3示意性地展示了传感器控制单元34以及它如何连接一个片式压力传感器24。该片式压力传感器24包括被夹在第一电极38与第二电极40之间的铁电驻极体聚合物膜36。当压缩该铁电驻极体聚合物膜36时，在第一与第二电极38、40之间产生电压。该电压被输入至该传感器控制单元34，该传感器控制单元将其转换成数字信号以用于进一步处理。在该第二电极40上安排了第一电绝缘膜42，并且在第一电极38与屏蔽电极46之间安排了第二电绝缘膜44。向该屏蔽电极46的相反侧上施加了第三电绝缘膜48。该第二电极40和屏蔽电极46接地的方式为使得该第一电极38屏蔽而免于外部的电磁干扰，该第一电极是该传感器的信号电极。在所展示的实施例中，这些电极38、40以及46各自是具有5至20μm(例如，9μm)厚度的铝层。该铁电驻极体聚合物膜36具有的厚度优选地包括在从50至100μm(例如，65μm)的范围内。这些电绝缘膜42、44、48可以由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或任何其他电绝缘聚合物制成。其厚度优选地合计为50至250μm(例如，75μm)。因此该片式压力传感器24的总厚度合计为小于1mm。该信号电极(第一电极38)可以通过优选地沿着直轴线延伸的绝缘区域被图案化。这些区域允许压力传感器被切割成希望的形状，并且降低了该切割致使该信号电极38与接地电极40、46之一之间发生短路的风险。
压力传感器24通过同轴电缆50连接至该传感器控制单元34上，该同轴电缆包括芯部导体52以及环绕该芯部导体52的至少一个屏蔽导体54。该芯部导体52连接至该信号电极38上，而该屏蔽导体54连接至接地电极40、46上。该芯部导体的另一端连接至电荷放大器56上。由电荷放大器56输出的模拟信号被低通滤波器58滤波并且输入ADC 60，该ADC优选地以100Hz至200Hz的采样速率和至少8位的分辨率进行操作。由ADC 60输出的原始数字信号被微控制器62处理。该微控制器62包括存储器模块64或者连接至其上，传感器控制单元34的固件被存储在该存储器模块中。该微控制器62进一步包括多个通信模块或连接到其上，在所展示的实施例中，这些通信模块包括以太网通信模块66、WiFi通信模块68和DECT(数字增强无绳电信)通信模块70。替代DECT通信模块或除此之外，该微控制器62可以例如包括以下各项并且连接至其上：GMS(全球移动通信系统)通信模块、GPRS(通用分组无线电业务)通信模块、EDGE(增强型数据速率GSM演进)通信模块、UMTS(通用移动电信系统)等通信模块。该微控制器62还控制继电器72、74，从而允许它开启和关掉连接至继电器72、74上的电气装置。最后，该传感器控制单元34包括楼宇自动化系统致动器76，微控制器62可以经由该楼宇自动化系统致动器与BAS接口联接。
如在图1和4中最佳示出，该传感器控制单元34(图4中标记为“电子板”)经由以太网和/或WiFi链路连接到云服务器78上。该云服务器78实现了管理数据库的数据库服务器，从该传感器控制单元34接收到的数据被存储在其中。应理解的是，在典型的应用中，云服务器78将被连接到若干个传感器控制单元34(来自同一或不同的设施)上。因此，该数据库将含有来自不同房间的、并且涉及不同的房间居住者的数据。然而，出于本发明的目的，由于来自不同的传感器控制单元34的数据典型地彼此独立地被处理，所以阐释关于单个传感器控制单元34执行的分析就足够了。
该微控制器62从原始数字信号执行数据提取，该原始数字信号是从ADC 60接收到的。数据提取包括搜索原始数字信号来寻找与有待检测到的预定义事件相对应的图案。必须检测的一个事件是被监视房间12中的人的跌倒。为此，微控制器62连续地检查在预定持续时间的时间窗口内的信号是否满足该固件中预定义的某个标准。参考图5描述了用于跌倒检测的算法的实例，该图中示出了在被监视房间内发生跌倒之时所测量到的原始数字信号的一小部分。
该微控制器在给定持续时间的时间窗口内连续监测某些参数。这些被监测的参数随着最早的样本离开该时间窗口并且新的样本进入而被更新。该微控制器检查这些被监测的参数中的每一个是在预定义阈值之上还是之下还是在预定义范围内。在满足针对跌倒检测的预定义最低要求时，得出跌倒的结论。例如，该微控制器可以被配置成如果这些被监测的参数均位于相应的区间内就检测为跌倒。替代地，该微控制器可以计算指示每个参数满足对应标准的程度的值、计算这些值的总和、并将该总和与阈值进行比较：如果超过阈值，则检测到跌倒；如果不超过该阈值，则不检测为跌倒。当然，也可以实施其他用于检测跌倒的启发式方法。
该微控制器检测的其他事件可以是活动(行走)的开始和结束。可以例如通过该微控制器将能量参数与阈值进行比较来完成行走活动检测。该微控制器可以例如被配置成用于检测活动的开始。相反，如果在同一时期内未能检测到任何活动，则该微控制器可以检测活动的结束。每当微控制器62检测到这些事件之一时，它组装数据报或数据包，该数据报或数据包至少含有传感器控制单元的ID、标识所检测到的事件的标识符、标识发生该事件的区域的标识符、以及指示何时检测到该事件的时间戳。可选地，该数据报或数据包中可以包括进一步的指示，例如，导致检测到被标识事件的参数。如果短时间内一件接一件地发生几个事件，则这些事件可以被包括在单独的数据报或数据包中或被合组成一个数据报或数据包。
这些数据报或数据包经由以太网链路和/或WiFi链路被传输到云服务器78。如果云服务器78接收到数据报或数据包，则它向该数据报或数据包所源自的传感器控制单元34确认收到。在没有任何接收确认的情况下，该微控制器重新发送该数据报或数据包。
当检测事件时，该微控制器可以考虑来自不同传感器组的原始数字信号。例如，如果这些传感器组的信号仅被单独处理，则可能不能检测到发生在两个传感器组的边界上(例如在从卧室到浴室的通道中)的跌倒。因此，该微控制器可以可选地检查来自相邻传感器组的原始数字信号的总和是否包括与该跌倒相对应的图案。这种检查可以连续地或仅偶尔(例如，每当关于这些传感器组中的一个或多个而言，满足这些被监测的参数中的一个或多个的预定义条件时)执行。
该微控制器62将任何检测到的事件的本地副本保存在循环缓冲存储器中。该缓冲存储器的大小可以是使得，在传感器控制单元与云服务器之间的通信链路中断的情况下，可以存储几天的数据。
该微控制器62还包括时钟，该时钟尤其用于对数据报或数据包加时间戳。在所展示的实施例中，每当在传感器控制单元与云服务器直接交换数据时，完成本地时钟与“系统时间”的同步，该系统时间由云服务器或连接至云服务器上的时钟服务器保存。
传感器控制单元34被配置成用于进一步检测房间内的人的心率和/或呼吸速率。微控制器62可以例如通过以下方式来实现这一点：在表示几秒的测量(例如，至少20秒或30秒)的原始数字方波信号样本序列上执行快速傅立叶变换、并且检测所感兴趣波谱范围内的波谱峰值。检测到的心率和/或呼吸速率优选地以规律的间隔被传输至云服务器。这可以用第二类型的数据报或数据包、或者在含有关于检测到的事件的信息的同一数据报或数据包内来完成。
如图1所展示的，该传感器控制单元与看护设施的护士或看护者呼叫系统相连接。每个房间12装备有护士呼叫按钮86，该护士呼叫按钮典型地以使得房间居住者可以从其床上够到它的方式进行安排。在其基础构型中，致动该护士呼叫按钮使得电路闭合，这激活了看护者房间14内的声学和视觉报警信号。在这种情况下，传感器控制单元34的继电器72、74中的一者并联连接至护士呼叫按钮86上，其方式使得该微控制器62可以控制发出警报的电路。如果养老院或医院包括更现代的护士或看护者呼叫系统，则该传感器控制系统可以经由BAS致动器76、DECT通信模块70、以太网通信模块66和/或WiFi通信模块68与之接口联接。当微控制器62检测到房间居住者88(如图1所示)跌倒时，它经由看护设施的护士或看护者呼叫系统触发警报。如果该护士或看护者呼叫系统可以解决，则还发送可能指示该居住者已经跌倒的紧急代码，以便传达需要援助的紧迫性。该传感器控制单元34进一步与集成在房间12的壁脚板32中的LED接口联接。当检测到跌倒时，该微控制器62控制这些LED，其方式为使得它们生成告知该房间居住者关于已经检测到跌倒并且已经发出警报的视觉信号(例如，闪烁或闪光)。如果养老院或医院的护士或看护者呼叫系统具有双向通信的特征，则微控制器62还可以通过发射第二视觉信号来告知房间居住者关于看护者已经确认接收到警报。
在跌倒情况下，向房间居住者反馈他们的跌倒已经被检测到并且正在进行帮助具有大大降低心理压力的潜力。这还可以略微降低房间居住者在夜间起床时的恐惧感。值得注意的是，在房间居住者跌倒并且该跌倒没有被监视系统检测到的情况下，可以向房间居住者传输敲击代码(敲击和较短或较长停顿的预定义序列)。在这种情况下，该微控制器被配置成用于识别模拟信号中的敲击代码、并且在肯定检测的情况下触发警报。如果跌倒的人没有从壁脚板接收到该跌倒已被检测到的视觉反馈，则他们可以通过将该预定义敲击代码敲入地板来手动地触发警报。
该微控制器可以可选地被配置成用于仅在跌倒之后的短时间段(例如，在30秒至2分钟的范围内)内没有出现指示了人能够移动的规律行走活动时，触发报警。在这种情况下，跌倒可能会被登记，而不导致养老院或医院人员的(即时)干预。
云服务器78接收所传输的数据报或数据包并且将其中所含的数据(事件信息、心率、呼吸频率)存储在该数据库中。该数据如接收时的原样被存储。云服务器进一步将接收到的数据转换为反映被监视房间的状态的离散时间数据，以生成时间线。具体来说，当云服务器收到事件“活动开始(卧室)”时，它每个预定义的时间间隔(例如，每分钟)地记录“卧室活动”状态，直到它接收到事件“活动结束(卧室)”或“检测到跌倒(卧室)”。类似地，它每个预定义的时间间隔地记录“不活动”状态，直到它接收到以下事件之一：“活动开始(卧室)”、“活动开始(浴室)”、“活动开始(进入/出去)”或任何跌倒检测事件。每个时间线与数据库中的传感器控制单元ID相关联，这准许查找每个房间在过去的任何时刻的状态。当传感器控制单元测量到心率和呼吸速率时，云服务器也将这些数据记录在时间线上。
除了记录数据之外，云服务器还允许客户端应用程序(例如仪表板应用程序)将该数据可视化在客户端设备(例如，计算机80、平板计算机82、智能电话84、平板手机(未示出)等)上。可用于客户端应用程序的数据可以包括分析数据，例如上述时间线和由云服务器计算出的统计指示符。可以例如计算以下统计指示符：
[a]浴室内活动期的数量(每天、每晚等)；
[b]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[a]的平均值；
[c][a]或[b]的趋势(导数)；
[d]房间的任何或特定区域内的跌倒次数(每天、每晚)；
[e]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[d]的平均值；
[f][d]或[e]的趋势(导数)；
[g]累积的活动持续时间(每天、每晚)
[h]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[g]的平均值；
[i][g]或[h]的趋势(导数)；
[j]每天的最大心率；
[k]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[j]的平均值；
[l][j]或[k]的趋势(导数)；
[m]每天的最小心率；
[n]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[m]的平均值；
[o][m]或[n]的趋势(导数)；
[p]每天的最大呼吸速率；
[q]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[p]的平均值；
[r][p]或[q]的趋势(导数)；
[s]每天的最小呼吸速率；
[t]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[s]的平均值；
[u][s]或[t]的趋势(导数)；
[v]每天或每晚的(未被通知或未经授权的)离开次数；
[w]在较长时间段(例如一周、一个月等)上[v]的平均值；
[x][v]或[w]的趋势(导数)；
等。
云服务器可以及时分析上述指示符的分布、对其进行频率分析、计算不同指示符之间的互相关等。
这些客户端应用程序优选地被配置成以矩阵、图表、直方图或任何其他方便的方式来将该分析数据可视化。
客户端应用程序和/或云服务器可以配置成用于对可用数据进行长时间分析。优选地，它们还进一步被配置成用于告知用户紧急情况、异常事件、潜在的健康退化、以及任何值得人为干预的其他情况。由云服务器和/或客户应用程序处理的数据可以例如用于检测癫痫危机、心脏病发作、糖尿病危机等的迹象。
例如，在检测到跌倒后的短时间内没有行走活动可以导致，云服务器可以向访问有关数据的应用程序推送警报消息，从而告知用户：被监视房间内的人迫切需要帮助。警报消息也可以被自动发送到注册的电话或寻呼机号码。这样，给激活医院或养老院的护士或看护者呼叫系统的传感器控制单元添加了冗余。
使用上述指示符，云服务器和/或客户端应用程序可以在较早的时间点检测到在其他情况下可能仍旧未被发现的缓慢健康退化。例如，(行走)活动增加可能指示失眠；在浴室内停留次数上升可能是例如肾脏疾病的迹象。应注意的是，根据本发明的监视系统可以辅助医务人员发现症状，而诊断工作本身仍然由这些人员负责。该监视系统的一个特别的优点是，关于例如夜间活动、日间活动和厕所使用的问题，医务人员不必仅仅依赖于通过询问而获得的患者响应，这些响应不可能总是可信的。例如，在房间居住者患有痴呆症(例如，阿尔茨海默病)、帕金森综合症等的情况下，作为客观信息的额外来源的系统将是高度希望的。它可以进一步证明其在这些疾病的(早期)诊断中的用途、尤其是关于症状的检测。
优选地，云服务器和/或客户端应用程序包括用于确定被监视人的日常活动模式中的异常的一个或多个子系统。该子系统可以被配置成用于在初始阶段期间学习每个被监视人的正常活动模式(例如，在多维特征空间中被表示为观察向量)、并且接着评估当前活动模式与学到的模式或根据过去的观察预测到的模式的匹配程度。两个模式的匹配程度的指示符可以是在特征空间中这些模式之间的适当定义的距离(公制)。该子系统可以被配置成用于如果当前活动模式与预期的或存储的活动模式之间的距离超过预定阈值，则检测为异常。如果该子系统发现异常，云服务器和/或客户端应用程序向看护者发出相应的警报。这样的警报可以作为使用短消息服务的短信和/或客户端应用程序中的弹出窗口发出。该客户端应用程序优选地使看护者能够确认接收到该警报、和/或关于被监视人的实际条件进行反馈。接着可以考虑该反馈以进行进一步监视。例如，如果看护者对检测到的情形确认了异常，则该子系统可以禁止将对应的模式考虑在内来用于计算“正常”模式。以此方式，可以避免，异常模式逐渐干扰被视为正常的子系统。另一方面，如果看护者的反馈为：存在虚假警报，则该子系统可以将该信息考虑在内来变得针对异常值更能忍受和/或更鲁棒。该子系统优选地还被配置成用于监测所检测到的模式在特征空间中如何长期地演变。它可以特别地被配置成用于检测所检测到的模式的长期转变、并且经由客户端应用程序向看护者发出对应的报警。优选地，将造成发出报警的转变图形可视化给看护者，使得他们能够更容易地调查报警的原因。
该监视系统还可以用于其他功能，例如像控制环境照明、例如到出口或到浴室的导向装置。当该微控制器检测到房间居住者脚踏在地板上时，根据所展示实施例的监视系统被配置成开启壁脚板32的LED。为了控制居间动作(例如，开启或关掉浴室照明装置、控制窗帘、控制浴室加热器等)，传感器控制单元34优选地连接至养老院或医院的BAS上。
图6和图7是从客户端应用程序的可能实施例截取的截图，这些图将云服务器可用的数据可视化给最终用户。该客户端应用程序被配置成交互式仪表板100或图形用户界面。仪表板100包括两个主视图，一个是所谓的“数据视图”100a(图6)，另一个是所谓的“图表视图”100b(图7)。控制按钮102允许用户容易地在两个视图之间切换。
该仪表板包括导航窗格104，该导航窗格在“数据视图”和“图表视图”中都可用。导航窗格104含有不同类别的数据的快捷方式，例如“跌倒事件”、“房间之间”(闯入和离开)、“夜间活动”和“日间活动”。“主页”被提供了另外的链接，这允许用户总体上显示与客户端应用程序有关的信息、以及选择其数据有待被可视化的房间号106。导航窗格104还包括允许生成预配置报告的控件108、提供对设置面板的访问的控件110和登出按钮112。
在“数据视图”100a中，仪表板以相反的时间顺序给出了系统检测到的各个事件(顶部上为最近事件)的概述。每个事件的特征在于其性质(例如“跌倒”、“闯入”或“离开”)、其时间戳116及其发生的位置118。每个事件进一步包括指示用户之一是否已经考虑该事件的状态120(“已确认”或“未确认”)。
可以通过点击下拉控件122在事件历史的上下文中可视化每个事件。在点击该下拉控件时，打开下拉部分，其中时间线114显示了在包括相关事件的时间窗口中记录的所有事件。在设置面板中，时间窗口的默认长度是可调整的。此外，该仪表板可以被配置成用于通过将光标停在感兴趣的时间点上并转动鼠标滚轮来允许放大和缩小。当放大时，时间线114的粒度变得越来越细，直到所有事件被独立地分解。当缩小时，相邻的时间间隔被折叠，并且其中所含的事件由单个条表示，其高度表示其代表的事件的数量。
值得注意的是，导航窗格中可用的类别及其基础数据选择标准可以由系统管理员和/或用户(如果用户已被给予相应的权限)来配置。
在“图表视图”100b中，该仪表板给出了统计数据的概述。该图表视图的默认布局可以由用户或以系统管理员级来配置，使得使相关信息随时可用。在所展示的实例中，“图表视图”显示了图形124、126、128，从而允许在两个不同年份中记录的相同类型的事件的频率之间进行比较。此外，饼图130展示了所记录的跌倒事件如何按位置分布。
尽管本文已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员应了解的是，可以根据本披露的整体传教内容来开发对这些细节的多种不同修改和替代。因此，所披露的具体安排仅旨在是说明性的，并不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任何和所有等效物的全部范围给出。

Claims (16)

1.一种监视系统，包括
地板覆盖物，该地板覆盖物具有安装在其中或其下方的片式压力传感器；
连接至所述片式压力传感器上的传感器控制单元，该传感器控制单元包括：用于将由所述压力传感器提供的模拟信号转换成原始数字信号的模数转换器；
连接所述模数转换器以用于接收所述原始数字信号的微控制器，所述微控制器被配置成用于通过对所述原始数字信号进行信号处理并且生成具有比所述原始数字信号更小的数字带宽的已处理数字信号来执行数据提取，所述已处理数字信号携带有在所述原始数字信号的处理过程中所提取的数据；
通信模块，该通信模块连接所述微控制器或集成在其内以便接收所述已处理数字信号，所述通信模块被配置成用于与一个或多个数据库服务器建立数据通信并且将所述所提取的数据传输至所述一个或多个数据库服务器。
2.如权利要求1所述的监视系统，其中所述片式压力传感器包括铁电驻极体聚合物膜，该铁电驻极体聚合物膜包括展现出压电特性的多孔聚合物膜结构，该铁电驻极体聚合物膜被夹在第一电极层与第二电极层之间。
3.如权利要求1或2所述的监视系统，进一步包括用于控制楼宇自动化系统的电气器具的操作的楼宇自动化系统致动器。
4.如权利要求1、2或3所述的监视系统，进一步包括用于控制供电网络中的电负载的操作的继电器。
5.如权利要求3或4所述的监视系统，包括壁脚板，所述壁脚板具有集成在其中的照明装置，所述照明装置与所述楼宇自动化系统致动器或所述继电器相连接并且可由其控制。
6.如权利要求1至5中任一项所述的监视系统，其中所述地板覆盖物具有安装在其中或其下方的多个片式压力传感器，这些片式压力传感器各自包括铁电驻极体聚合物膜，该铁电驻极体聚合物膜包括展现出压电特性的多孔聚合物膜结构，该铁电驻极体聚合物膜被夹在第一电极层与第二电极层之间并且连接所述传感器控制单元，所述片式压力传感器以基本上不重叠的方式被安排在房间的不同区域中，该房间被分隔成至少包括卧室分区和浴室分区的至少两个分区。
7.如权利要求1至6中任一项所述的监视系统，其中所述原始数字信号的所述信号处理包括：根据检测标准来检测所述原始数字信号的激活事件，包括疑似跌倒、活动开始、活动结束、疑似进入和疑似出去中的至少一者、优选地至少两者。
8.如权利要求1至7中任一项所述的监视系统，其中所述原始数字信号的所述信号处理包括：检测所述原始数字信号中的心跳信号和/或呼吸信号、并且确定心跳速率和/或呼吸速率。
9.如权利要求1至8中任一项所述的监视系统，其中生成所述已处理数字信号包括组装多个数据报或数据包，它们各自至少包括标识所述微控制器的标识符、时间戳、以及所述提取的数据中的一个或多个。
10.如权利要求1至9中任一项所述的监视系统，包括所述一个或多个数据库服务器，所述一个或多个数据库服务器被配置成用于：将所述提取的数据录入数据库中、由所述提取的数据来计算分析数据、并且与被配置成用于将所述分析数据可视化的客户端应用程序接口联接。
11.如权利要求10所述的监视系统，其中所述一个或多个数据库服务器被配置成用于：将所述提取的数据转换成一个或多个离散时间数据、将所述离散时间数据记录在所述数据库中、并且使所述离散时间数据作为所述分析数据的一部分可用于所述客户端应用程序。
12.如权利要求10或11所述的监视系统，其中所述一个或多个数据库服务器被配置成用于：计算与所述提取的数据相关的统计指示符、将所述统计指示符记录在所述数据库中、并且使所述统计指示符作为所述分析数据的一部分而可供所述客户端应用程序使用。
13.如权利要求10至12中任一项所述的监视系统，其中所述一个或多个数据库服务器被配置成用于使所述分析数据中的至少一部分流到所述客户端应用程序。
14.如权利要求10至13中任一项所述的监视系统，其中所述一个或多个数据库服务器被配置成用于检测以下潜在紧急情形中的至少一项：基于对所述提取的数据的短时间分析来检测例如未经授权的离开、未经授权的闯入、跌倒、突发健康退化等；或者基于对所述提取的数据的长时间分析来检测潜在的缓慢健康退化。
15.如权利要求1所述的监视系统，该监视系统被实施为医院或疗养院或养老院或刑罚机构中的房间居住者监视系统，该监视系统包括所述一个或多个数据库服务器，
其中所述地板覆盖物具有安装在其中或其下方的多个片式压力传感器，它们各自包括铁电驻极体聚合物膜，该铁电驻极体聚合物膜被夹在第一电极层与第二电极层之间并且连接所述传感器控制单元，所述片式压力传感器以基本上不重叠的方式被安排在房间的不同区域中，该房间被分隔成至少包括卧室分区和浴室分区的至少两个分区；
其中所述原始数字信号的所述信号处理包括：根据检测标准来检测所述原始数字信号的激活事件，包括疑似跌倒、活动开始、活动结束、疑似进入和疑似出去中的至少一者、优选地至少两者；
其中生成所述已处理数字信号包括组装多个数据报或数据包，它们各自至少包括标识所述微控制器的标识符、时间戳、以及所述提取的数据中的一个或多个；
其中，所述一个或多个数据库服务器被配置成用于：将所述提取的数据录入数据库中、根据所述提取的数据来计算分析数据、与被配置成用于将所述分析数据可视化的客户端应用程序接口联接，
其中所述一个或多个数据库服务器被配置成用于：将所述提取的数据转换成一个或多个离散时间数据、将所述离散时间数据记录在所述数据库中、并且使所述离散时间数据作为所述分析数据的一部分可用于所述客户端应用程序；并且
其中所述一个或多个数据库服务器还被配置成用于：计算与所述提取的数据相关的统计指示符、将所述统计指示符记录在所述数据库中、并且使所述统计指示符作为所述分析数据的一部分可用于所述客户端应用程序。
16.如权利要求1至15中任一项所述的监视系统，该监视系统被实施为医院或疗养院或养老院或刑罚机构中的房间居住者监视系统，所述原始数字信号的所述信号处理包括：根据检测标准来检测房间居住者的跌倒。
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