CN108171931A - 老人跌倒预警及定位大数据系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及预防老年人跌倒的安全防护技术领域。目的在于提供老人跌倒预警及定位大数据系统。本发明所采用的技术方案是：包括穿戴式信号采集装置和云端数据分析系统；所述穿戴式信号采集装置包括用于采集使用者步行状态时脚跟，第二跖骨、趾骨和第一跖骨、趾骨处压力信号的第一压力采集单元、第二压力采集单元和第三压力采集单元；所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和第三压力采集单元均与本地储存模块连接，所述本地储存模块通过短途无线通讯单元与使用者的手机连接，所述手机与云端数据分析系统远程通讯连接。本发明能够有效的保障老年人的人身安全，降低了老年人跌倒的风险。

Description

老人跌倒预警及定位大数据系统
技术领域
本发明涉及预防老年人跌倒的安全防护技术领域,具体涉及老人跌 倒预警及定位大数据系统。
背景技术
20世纪90年代以来，中国的老龄化进程加快。65岁及以上老年人口 从1990年的6299万增加到2000年的8811万，占总人口的比例由5.57％上 升为6.96％，目前中国人口已经进入老年型。性别间的死亡差异使女性 老年人成为老年人口中的绝大多数。预计到2040年，65岁及以上老年人 口占总人口的比例将超过20％。同时，老年人口高龄化趋势日益明显： 80岁及以上高龄老人正以每年5％的速度增加，到2040年将增加到7400多 万人。迅速发展的人口老龄化趋势，与人口生育率和出生率下降，以及 死亡率下降、预期寿命提高密切相关。目前中国的生育率已经降到更替 水平以下，人口预期寿命和死亡率也接近发达国家水平。随着20世纪中 期出生高峰的人口陆续进入老年，可以预见，21世纪前期将是中国人口 老龄化发展最快的时期。
目前，我国针对预防老年人跌倒的问题主要采取以下方式，1、通 过加强宣传教育，鼓励老年人增强锻炼，提高自身的身体机能，但这种 方式任重而道远，非一朝一夕可见成效，适合长期推行，但短期内效果 甚微。2、完全依赖人工进行陪护，但这种方式不仅占用了大量的劳动 力资源，且在实际推行中受到的影响因素众多，如：专业陪护人员的缺 失、高昂的陪护费用等。
发明内容
本发明的目的在于提供老人跌倒预警及定位大数据系统，能够结合 老年人在步行过程中的生理参数对老年人跌倒的风险进行评估并及时 反馈，极大的降低了老年人跌倒的风险。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：老人跌倒预警 及定位大数据系统，包括穿戴式信号采集装置和云端数据分析系统；
所述穿戴式信号采集装置包括用于采集使用者步行状态时脚跟，第 二跖骨、趾骨和第一跖骨、趾骨处压力信号的第一压力采集单元、第二 压力采集单元和第三压力采集单元；所述第一压力采集单元、第二压力 采集单元和第三压力采集单元均与本地储存模块连接，所述本地储存模 块通过短途无线通讯单元与使用者的手机连接，所述手机与云端数据分 析系统远程通讯连接。
优选的，所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和第三压力采 集单元、本地储存模块和短途无线通讯单元均设置在鞋垫上；所述鞋垫 上表面对应使用者脚跟，第二跖骨、趾骨和第一跖骨、趾骨的位置均设 置有一个安装槽，所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和第三压 力采集单元对应设置在安装槽内，且通过与安装槽相适配的垫片封装在 安装槽内；所述本地储存模块和短途无线通讯单元均设置在鞋垫的中部 内。
优选的，所述短途无线通讯单元至少包括蓝牙通信模块、WIFI通信 模块、红外通信模块、ZigBee通信模块中的一个。
优选的，所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和第三压力采 集单元均呈片状，且均由阵列排布在柔性顶片和柔性底片之间的若干压 力传感器构成。
优选的，所述穿戴式信号采集装置还包括RFID标签、用于读取RFID 标签信号的RFID读取器、以及用于对读取到的RFID信号进行强度判定 的RFID信号强度识别模块；所述RFID读取器和RFID信号强度识别模 块设置在鞋垫内，所述RFID标签通过腕带佩戴在使用者的手腕部；所 述RFID信号强度识别模块与短途无线通讯单元连接。
优选的，老人跌倒预警及定位大数据系统的使用方法包括以下步骤：
A、穿戴：佩戴好穿戴式信号采集装置，将短途无线通讯单元与使 用者手机连接，并确保手机处于联网状态；
B、数据库建立：使用者进行步行测试，第一压力采集单元、第二 压力采集单元和第三压力采集单元采集使用者在步行测试状态下的压 力数据和时间数据，并将压力数据和时间数据上传至云端数据分析系统 内进行存档，建立起与使用者编号对应的数据库，步行测试采用3米折 返步行；
C、正常状态阈值设置：正常压力阈值设置，云端数据分析系统根 据数据库资料设定使用者步行状态下脚部一个起落周期内各压力采集 单元的正常压力阈值范围；正常单位时间阈值设置：云端数据分析系统 根据数据库资料设定使用者步行一定距离的正常单位时间阈值范围；
D、风险状态阈值设置：风险压力阈值设置，云端数据分析系统根 据数据库资料设定使用者步行状态下脚部一个起落周期内各压力采集 单元的风险压力阈值范围；风险单位时间阈值设置：云端数据分析系统 根据数据库资料设定使用者步行一定距离的风险单位时间阈值范围；
E、正常工作：使用者在走动的过程中，第一压力采集单元、第二 压力采集单元和第三压力采集单元采集到实时压力数据和使用者手机 应用程序测算的实时单位时间数据，通过使用者手机发送至云端数据分 析系统，与风险状态阈值范围进行对比，判断使用者跌倒的风险；当出 现跌倒风险时，使用者的手机通过语音提示提醒使用者跌倒风险，警示 使用者注意安全，并给予针对性的防跌倒预防措施指导。
优选的，使用方法还包括，F、跌倒状态评估：跌倒风险出现时， RFID读取器启动，接收RFID标签的RFID信号，并发送至RFID信号强 度识别模块进行信号强度判断；如信号强度超过预设范围，则表明RFID 标签与RFID读取器距离过近，此时使用者处于倒地状态，使用者手机 向云端数据分析系统发送报警及定位；如信号强度在预设范围内，则表 明RFID标签与RFID读取器处于适宜范围内，此时使用者未倒地，使用 者的手机通过语音提示提醒使用者跌倒风险，警示使用者注意安全，并 给予针对性的防跌倒预防措施指导。
优选的，所述第一压力采集单元、第二压力采集单元和第三压力采 集单元采集到的压力数据为多个压力传感器采集到的数据平均值。
本发明的有益效果集中体现在：
人体在一个步行周期内，也就是放脚抬脚的过程中，足底的压力中 心由脚跟逐渐向前转移至第二跖骨、趾骨区域，在离地瞬间转移至第一 跖骨、趾骨区域；因此，人体脚跟，第二跖骨、趾骨，第一跖骨、趾骨 三个位置的压力变化关系即可准确的反应出人体行走状态是否正常。本 发明利用第一压力采集单元、第二压力采集单元和第三压力采集单元对三个位置的压力进行实时采集，并结合云端数据分析系统对压力信号进 行分析，从而对使用者跌倒的风险进行评估，并根据评估结果进行应急 处置，实现了跌倒预测、跌倒报警、休息提示、定位等功能，能够有效 的保障老年人的人身安全，降低了老年人跌倒的风险。
附图说明
图1为人体在步行时足底三个压力中心的示意图；
图2为鞋垫的结构示意图；
图3为图2中所示结构的A-A向视图；
图4为图3中B部放大图；
图5为本发明的结构框图。
具体实施方式
结合图1-5所示的老人跌倒预警及定位大数据系统，包括穿戴式信 号采集装置和云端数据分析系统。所述穿戴式信号采集装置包括用于采 集使用者步行状态时脚跟1，第二跖骨、趾骨2和第一跖骨、趾骨3处 压力信号的第一压力采集单元4、第二压力采集单元5和第三压力采集 单元6。所述第一压力采集单元4、第二压力采集单元5和第三压力采 集单元6可以是各有一个压力传感器11直接构成，当然，为了提高本 发明的通用性，以适应不同的个体，更好的做法是所述第一压力采集单 元4、第二压力采集单元5和第三压力采集单元6均呈片状，且均由阵 列排布在柔性顶片21和柔性底片22之间的若干压力传感器11构成。在采集压力数据时，以多个压力传感器11采集到的数据平均值为准。
所述第一压力采集单元4、第二压力采集单元5和第三压力采集单 元6均与本地储存模块7连接，所述本地储存模块7通过短途无线通讯 单元8与使用者的手机连接，所述短途无线通讯单元8至少包括蓝牙通 信模块、WIFI通信模块、红外通信模块、ZigBee通信模块中的一个， 也就是说手机可通过蓝牙、WIFI、红外、ZigBee等一种方式与本地储存 模块7连接，也可以同时兼具以上多种通讯方式，所述手机与云端数据 分析系统远程通讯连接。
人体在一个步行周期内，也就是放脚抬脚的过程中，足底的压力中 心由脚跟1逐渐向前转移至第二跖骨2区域，在离地瞬间转移至第一跖 骨3区域；因此，人体脚跟1，第二跖骨、趾骨2，第一跖骨、趾骨3 三个位置的压力变化关系即可准确的反应出人体行走状态是否正常。本 发明利用第一压力采集单元4、第二压力采集单元5和第三压力采集单 元6对三个位置的压力进行实时采集，并结合云端数据分析系统对压力 信号进行分析，从而对使用者跌倒的风险进行评估，并根据评估结果进 行应急处置，实现了跌倒预测、跌倒报警、休息提示、定位等功能，能 够有效的保障老年人的人身安全，降低了老年人跌倒的风险。
本发明所述第一压力采集单元4、第二压力采集单元5和第三压力 采集单元6、本地储存模块7和短途无线通讯单元8均可设置在鞋子上， 以鞋子作为各部件安装的主体。但为了提高本发明的通用性和适应性， 更好的做法是将部件设置在鞋垫9上。所述鞋垫9上表面对应使用者脚 跟1，第二跖骨、趾骨2和第一跖骨、趾骨3的位置均设置有一个安装 槽，所述第一压力采集单元4、第二压力采集单元5和第三压力采集单 元6对应设置在安装槽内，且通过与安装槽相适配的垫片10封装在安 装槽内。所述本地储存模块7和短途无线通讯单元8均设置在鞋垫9的 中部内。
所述穿戴式信号采集装置还包括RFID标签、用于读取RFID标签信 号的RFID读取器、以及用于对读取到的RFID信号进行强度判定的RFID 信号强度识别模块。所述RFID读取器和RFID信号强度识别模块设置在 鞋垫9内，所述RFID标签通过腕带佩戴在使用者的手腕部。所述RFID 信号强度识别模块与短途无线通讯单元8连接。
本发明所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，使用方法包括以下 步骤：
A、穿戴：佩戴好穿戴式信号采集装置，将短途无线通讯单元8与 使用者手机连接，并确保手机处于联网状态；
B、数据库建立：使用者进行步行测试，第一压力采集单元4、第二 压力采集单元5和第三压力采集单元6采集使用者在步行测试状态下的 压力数据和时间数据，并将压力数据和时间数据上传至云端数据分析系 统内进行存档，建立起与使用者编号对应的数据库，步行测试采用3米 折返步行；
C、正常状态阈值设置：正常压力阈值设置，云端数据分析系统根 据数据库资料设定使用者步行状态下脚部一个起落周期内各压力采集 单元的正常压力阈值范围；正常单位时间阈值设置：云端数据分析系统 根据数据库资料设定使用者步行一定距离的正常单位时间阈值范围；
D、风险状态阈值设置：风险压力阈值设置，云端数据分析系统根 据数据库资料设定使用者步行状态下脚部一个起落周期内各压力采集 单元的风险压力阈值范围；风险单位时间阈值设置：云端数据分析系统 根据数据库资料设定使用者步行一定距离的风险单位时间阈值范围；
E、正常工作：使用者在走动的过程中，第一压力采集单元4、第二 压力采集单元5和第三压力采集单元6采集到实时压力数据和使用者手 机应用程序测算的实时单位时间数据，单位时间数据测算的原理如下： 手机中依托于GPS定位功能的测距应用程序可测算出使用者移动的距离， 移动的距离除以手机计时模块计算出的时间，即可得到单位时间数据。 实时压力数据和实时单位时间数据均通过使用者手机发送至云端数据 分析系统，与风险状态阈值范围进行对比，判断使用者跌倒的风险；当 出现跌倒风险时，使用者的手机通过语音提示提醒使用者跌倒风险，警 示使用者注意安全，并给予针对性的防跌倒预防措施指导。当然，针对 部分无计时模块和定位功能的手机，直接在鞋垫9上设置时间模块和基于GPS定位的测距模块也是可行的。
本发明使用方法还包括，F、跌倒状态评估：跌倒风险出现时，RFID 读取器启动，接收RFID标签的RFID信号，并发送至RFID信号强度识 别模块进行信号强度判断；如信号强度超过预设范围，则表明RFID标 签与RFID读取器距离过近，此时使用者处于倒地状态，使用者手机向 云端数据分析系统发送报警及定位；如信号强度在预设范围内，则表明 RFID标签与RFID读取器处于适宜范围内，此时使用者未倒地，使用者 的手机通过语音提示提醒使用者跌倒风险，警示使用者注意安全，并给 予针对性的防跌倒预防措施指导。

Claims (8)

1.老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：包括穿戴式信号采集装置和云端数据分析系统；
所述穿戴式信号采集装置包括用于采集使用者步行状态时脚跟(1)，第二跖骨、趾骨(2)和第一跖骨、趾骨(3)处压力信号的第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)；所述第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)均与本地储存模块(7)连接，所述本地储存模块(7)通过短途无线通讯单元(8)与使用者的手机连接，所述手机与云端数据分析系统远程通讯连接。
2.根据权利要求1所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：所述第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)、本地储存模块(7)和短途无线通讯单元(8)均设置在鞋垫(9)上；所述鞋垫(9)上表面对应使用者脚跟(1)，第二跖骨、趾骨(2)和第一跖骨、趾骨(3)的位置均设置有一个安装槽，所述第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)对应设置在安装槽内，且通过与安装槽相适配的垫片(10)封装在安装槽内；所述本地储存模块(7)和短途无线通讯单元(8)均设置在鞋垫(9)的中部内。
3.根据权利要求2所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：所述短途无线通讯单元(8)至少包括蓝牙通信模块、WIFI通信模块、红外通信模块、ZigBee通信模块中的一个。
4.根据权利要求3所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：所述第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)均呈片状，且均由阵列排布在柔性顶片(21)和柔性底片(22)之间的若干压力传感器(11)构成。
5.根据权利要求4所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：所述穿戴式信号采集装置还包括RFID标签、用于读取RFID标签信号的RFID读取器、以及用于对读取到的RFID信号进行强度判定的RFID信号强度识别模块；所述RFID读取器和RFID信号强度识别模块设置在鞋垫(9)内，所述RFID标签通过腕带佩戴在使用者的手腕部；所述RFID信号强度识别模块与短途无线通讯单元(8)连接。
6.根据权利要求5所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：使用方法包括以下步骤：
A、穿戴：佩戴好穿戴式信号采集装置，将短途无线通讯单元(8)与使用者手机连接，并确保手机处于联网状态；
B、数据库建立：使用者进行步行测试，第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)采集使用者在步行测试状态下的压力数据和时间数据，并将压力数据和时间数据上传至云端数据分析系统内进行存档，建立起与使用者编号对应的数据库，步行测试采用3米折返步行；
C、正常状态阈值设置：正常压力阈值设置，云端数据分析系统根据数据库资料设定使用者步行状态下脚部一个起落周期内各压力采集单元的正常压力阈值范围；正常单位时间阈值设置：云端数据分析系统根据数据库资料设定使用者步行一定距离的正常单位时间阈值范围；
D、风险状态阈值设置：风险压力阈值设置，云端数据分析系统根据数据库资料设定使用者步行状态下脚部一个起落周期内各压力采集单元的风险压力阈值范围；风险单位时间阈值设置：云端数据分析系统根据数据库资料设定使用者步行一定距离的风险单位时间阈值范围；
E、正常工作：使用者在走动的过程中，第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)采集到实时压力数据和使用者手机应用程序测算的实时单位时间数据，通过使用者手机发送至云端数据分析系统，与风险状态阈值范围进行对比，判断使用者跌倒的风险；当出现跌倒风险时，使用者的手机通过语音提示提醒使用者跌倒风险，警示使用者注意安全，并给予针对性的防跌倒预防措施指导。
7.根据权利要求6所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：使用方法还包括，F、跌倒状态评估：跌倒风险出现时，RFID读取器启动，接收RFID标签的RFID信号，并发送至RFID信号强度识别模块进行信号强度判断；如信号强度超过预设范围，则表明RFID标签与RFID读取器距离过近，此时使用者处于倒地状态，使用者手机向云端数据分析系统发送报警及定位；如信号强度在预设范围内，则表明RFID标签与RFID读取器处于适宜范围内，此时使用者未倒地，使用者的手机通过语音提示提醒使用者跌倒风险，警示使用者注意安全，并给予针对性的防跌倒预防措施指导。
8.根据权利要求7所述的老人跌倒预警及定位大数据系统，其特征在于：所述第一压力采集单元(4)、第二压力采集单元(5)和第三压力采集单元(6)采集到的压力数据为多个压力传感器(11)采集到的数据平均值。
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