CN113017335A - 一种集成于床垫的预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成于床垫的预警系统，其至少包括设置有感应单元(2)的床垫本体(1)，所述感应单元(2)镶嵌于所述床垫本体(1)的内部/外缘并能够通过有线/无线的方式与处理单元(3)建立数据连接；所述处理单元(3)基于所述感应单元(2)采集到所述动力信息生成样本数据并读取样本库中(6)的筛选条件，并基于所述筛选条件对所述样本数据进行判断。

Description

一种集成于床垫的预警系统
本发明是申请号为201811606239.8，申请日为2018年12月27日，申请类型为发明，申请名称为一种基于敲击信号预警的床垫的分案申请。
技术领域
本发明属于智能家居技术领域，涉及一种集成于床垫的预警系统。
背景技术
随着人们物质水平的不断提升，越来越多的人开始注重自己的生活品质，年轻人备受者工作压力、养老压力和育儿压力组合而成的多重压力。因此社会上出现了许多因工作而猝死和老人独居突发疾病无法及时救助等现象的发生。当年轻人发生脑中风之时以及老人独居突发疾病如何得到有效的救助是社会上密切关注的。随着智能技术的开发，越来越多的智能家居或智能系统能够用于监测用户的生理状态，但都无法解决用户突发疾病时如何及时救助的技术问题。
例如，公开号为CN106406182A的中国专利公开的一种基于智能床垫的智能看护系统，包括环境监测模块、睡眠质量监测模块、数据处理模块、控制模块、网络连接模块、智能终端、预警模块、温度调控系统、与控制模块连接的电池模块以及存储模块。环境监测模块、睡眠质量监测模块通过有限或无线的方式分别与数据处理模块连接；所述数据处理模块依次连接控制模块、预警模块以及温度调控系统；所述控制模块通过网络连接模块与智能终端连接，所述存储模块与数据处理模块连接。该发明能够随时能够进行睡眠质量信息记录、存储、对比；能够实现远程家庭健康呵护；操作简单、可靠性高。
例如，公开号为CN106846735A的中国专利公开的一种智能床垫报警系统。该系统包括采集装置、异常监测模块、云服务器、移动终端和预警模块；异常监测模块监测采集模块采集的睡眠数据并判断个体类别，基于睡眠数据相对于个体类别的异常变化判断直接预警模式或分析预警模式，云服务器基于采集装置采集的睡眠数据统一至少一个个体的生理信息并识别睡眠模式，并且将生理信息、个体类别、睡眠模式和/或异常数据交互关联以分析用户的异常状态等级，云服务器根据异常状态低等级向预警模块和/或移动终端发送对应的预警请求信息。预警模块基于预警请求新型发出相应的预警信息，移动终端基于预警请求信息向预设的援助人员和/或救助机构发送救助信息。该发明基于个体类别进行预警，准确快速。
例如，公开号为CN107065719A的中国专利公开的一种智能床垫的数据分析系统，包括采集装置、通道选择模块、云服务器、智能终端和警报发送模块，采集装置包括由与至少一个信号通道连接的若干个陶瓷压电传感器组成的压力采集装置，通道选择模块基于数据源阈值和在限定时间内信号通道中来源于陶瓷压电传感器且满足数据选择条件的合格数据的数据源数量筛选至少一个用于接收并发送压力数据的信号通道，云服务器基于信号通道发送的压力数据统计第一生理信息数据并识别睡眠模式，以将第一生理信息、存储的第二生理信息和/或睡眠模式交互关联的方式确定至少一个用户、分析并反馈用户的睡眠质量信息、异常状态信息和/或医疗建议至智能终端。本发明保证采集数据完整，分析结果准确。
例如，公开号为CN106618526A的中国专利公开的一种睡眠监测方法及系统。该方法包括：监测系统判断被监测人当前所处的状态，并依据状态提取生理参数的判定阈值，生理参数包括心率、血压和呼吸率；读取被监测人心率、血压和呼吸率，并与相应参数的判定阈值做比较，如果心率高于阈值的报警上限或低于阈值的报警下限，则监测系统向指定的家人或护理人员发出警报。在该发明中，生理参数的判定阈值存储在云服务器上，个人终端依据被监测人的体质、年龄、性别以及当前季节等参数从服务器上调取适配的判定阈值进行判定。一旦心率、血压或呼吸率中的任意一样出现异常，即可以及时发出警报，提示家人或医护人员进行查看。
例如，公开号为CN108245144A的中国专利公开的一种基于多传感器融合的非接触式监护床垫及监护系统，旨在解决如何通过床垫监护存在生理病症的病人的技术问题，包括：床垫本体、信号处理分析装置以及上位机监控装置；床垫本体上设置红外温度计、压电薄膜传感器和导电织物；信号处理分析装置包括压电信号处理模块、心电信号处理模块、AD转换模块和ARM处理单元；ARM处理单元对转换后的数字信号进行处理获得心率、呼吸率、温度以及心电信号。上位机监控装置对心率、呼吸率、温度以及心电信号进行分析获得患者身体动作、睡眠情况以及健康情况。本发明的监护床垫及监护系统可对病人进行24小时不间断监护，并在情况异常时给医生或家属发出报警提示，及时处理病情或发现意外离床的事故，便于做出迅速的补救措施。但是，该专利需要患者是属于被动监控状态，需要智能床垫全时监控。
又如，公开号为CN105534150A的中国专利公开的一种多功能智能床垫系统。该多功能智能床垫系统包括睡眠质量监控系统、环境监控系统和智能移动终端；睡眠质量监控系统包括呼吸频率传感器、心率监测传感器和感应单元，环境监控系统包括温度传感器、湿度传感器和亮度传感器，智能移动终端与睡眠质量监控系统及环境监控系统数据连接，睡眠质量监控系统和环境监控系统监控到的信息传递给智能移动终端并在其显示屏当中进行显示，并生成相应的可视化睡眠质量报告。该专利的智能床垫系统垫体内部包括有磁石棉、远外红棉和负离子棉当中的任意一种或多种，可以有效的增强保健功能，同时将这种保健功能与睡眠质量监控系统、环境监控系统和智能移动终端相配合，就可以很好的将保健的效果通过数据、图表等方式形象的展示给使用者。该专利至少存在以下不足：(1)需要采集庞大的数据，造成数据处理困难，从而造成智能床垫运行困难；(2)对于用户的异常监测的监控力不足。
众所周知，急性病患者例如中风患者在发病时基本上会先丧失语言功能，而后丧失动作功能，此时患者已经不能通过120等终端进行自救，如果患者在能够有意识的情况下对床垫进行敲击，发出自救信号，无疑是为自己的抢救提供了许多时间。不过，由于床垫接收到的外载实属太多，而在这种情况下，即时患者对床垫发出了敲击信号，也可能不能被系统识别而导致自救失败。通过调研现有技术，现有技术中已经解决了如何监测用户的睡眠质量的和被动监控患者健康体征的技术问题，但是并没有一款针对日常家居生活中用于解决如何监控用户在睡眠过程中发生的意外事故的技术问题的智能床垫，例如可用于解决健康用户突发性脑中风时如何主动性通过智能床垫发出求救信号的技术问题。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于敲击信号预警的床垫。该床垫包括：床垫本体、感应单元、处理单元和预警单元，所述感应单元镶嵌于所述床垫本体的内部/外缘并能够通过有线/无线的方式与所述处理单元建立数据连接；其中，所述感应单元响应于所述床垫本体接收到的外载荷并基于所述床垫本体产生的应力和/或应变采集所述床垫本体的动力信息，所述处理单元基于所述感应单元采集到所述动力信息生成样本数据并读取样本库中的筛选条件，并基于所述筛选条件对所述样本数据进行判断，在所述样本数据符合所述预设样本库的筛选条件的情况下，所述处理单元将所述动力信息标记为敲击信号并得到所述敲击信号的至少一个特征值；其中，所述处理单元基于所述特征值与所述样本库中对应的特征值的触发条件进行匹配；在所述特征值与及其对应的所述触发条件成功匹配的情况下，所述处理单元生成警示信息并以将所述警示信息反馈至所述预警单元的形式与所述预警单元建立数据连接，所述预警单元响应于所述警示信息生成预警信号推送至服务终端。
根据一种优选的实施方式，所述特征值至少包括振动幅值、能量比和能量值均值；其中，在所述振动幅值与第一触发条件匹配成功的情况下，所述处理单元生成警示信息；在所述振动幅值与所述第一触发条件匹配失败的情况下，所述处理单元将所述能量比与第二触发条件进行匹配，在所述能量比与所述第二触发条件匹配成功的情况下，所述处理单元生成警示信息；在所述能量比与所述第二触发条件匹配失败的情况下，所述处理单元将所述能量值均值与第三触发条件进行匹配，在所述能量值均值与所述第三触发条件匹配成功的情况下，所述处理单元生成警示信息。
根据一种优选的实施方式，所述处理单元包括I级处理单元、II级处理单元和III级处理单元；其中，所述I级处理单元用于获取所述振动幅值并基于所述振动幅值与存储于所述样本库中的所述第一触发条件进行匹配，其中，在所述振动幅值与所述第一触发条件匹配失败的情况下，所述II级处理单元获取所述能量比并基于所述能量比与存储于所述样本库中的所述第二触发条件进行匹配；其中，在所述能量比与所述第二触发条件匹配失败的情况下，所述III级处理单元获取所述能量值均值并基于所述能量值均值与存储于所述样本库中的所述第三触发条件进行匹配。
根据一种优选的实施方式，所述处理单元还包括IV级处理单元，所述IV级处理单元响应于所述能量值均值与所述第三触发条件的失败匹配分别用于与所述I级处理单元建立数据连接获取所述振动幅值与所述第一触发条件的第一差异性、与所述II级处理单元建立数据连接获取所述能量比与所述第二触发条件的第二差异性以及与所述III级处理单元建立数据连接获取所述能量值均值与所述第三触发条件的第三异性；所述IV级处理单元分别将所述第一差异性、所述第二差异性、所述第三差异性与第四触发条件匹配，在所述第一差异性、第二差异性和第三差异性满足第四触发条件的情况下，所述IV级处理单元生成疑似警示信号。
根据一种优选的实施方式，所述筛选条件包括第一筛选条件和第二筛选条件，其中，在所述样本数据至少满足所述第一筛选条件或第二筛选条件中的一个的情况下，所述处理单元将所述动力信息标记为所述敲击信号并得到所述敲击信号的至少一个特征值；其中，所述第一筛选条件配置为：在采样时间内，长时窗的最大值MAX与M的比值大于或等于预设的长时窗阈值；所述第二筛选条件配置为：在采样时间内，MIN与M的比值大于或等于预设的短时窗阈值，其中MIN为短时窗的最大值；其中，M通过将滞后点区域作为背景噪声取绝对值得到；其中，所述采样时间通过最大脉冲频次乘以相邻脉冲之间最大时间间隔加上滞后点数得到，所述滞后点数为一个所述采样时间内首次触发脉冲前保留的数据点数。
根据一种优选的实施方式，所述感应单元至少包括柔性智能织物传感器，所述柔性智能织物传感器包括压敏材料层、电极层和保护层，其中，所述电极层通过至少一条引线从所述压敏材料层的表面引出；所述保护层设置于所述表面的相对面，其中，所述床垫本体由所述柔性智能织物传感器分隔为上本体和下本体；所述上本体和/或所述下本体与所述柔性智能织物传感器之间设置有至少一层绝缘层。
根据一种优选的实施方式，所述预警单元包括定位模块、监控预警模块；其中，所述定位模块包括实时与所述监控预警模块通信的定位系统，所述定位模块在所述监控预警模块接收到所述警示信息或所述疑似警示信息的情况下确定所述敲击信号的位置信息，所述监控预警模块在接收到所述位置信息的情况下生成所述预警信号并推送至服务终端；其中，所述预警信号至少包括所述特征值、所述位置信息、所述第一差异性、所述第二差异性和所述第三差异性。
根据一种优选的实施方式，所述预警单元还包括决策预警模块；所述决策预警模块在所述特征值落入所述样本库对应的所述特征值阈值范围内的情况下能够启动语音采集单元、视频采集单元和图像采集单元中的至少一种；以使得所述语音采集单元、所述视频采集单元和所述图像采集单元中的至少一种能够与所述服务终端建立数据连接，从而所述服务终端的操纵人员能够基于所述语音采集单元采集的语音、所述视频采集单元采集的视频和所述图像采集单元采集的图像中的一种建立提前干预措施或者实时监控用户的状态。
根据一种优选的实施方式，本发明还公开了一种基于敲击信号预警的方法，所述方法包括：感应单元响应于床垫本体接收到的外载荷并基于所述床垫本体产生的应力和/或应变采集所述床垫本体的动力信息，处理单元基于所述感应单元采集到所述动力信息生成样本数据并读取样本库中的筛选条件，并基于所述筛选条件对所述样本数据进行判断，在所述样本数据符合所述预设样本库的筛选条件的情况下，所述处理单元将所述动力信息标记为敲击信号并得到所述敲击信号的至少一个特征值；其中，所述处理单元基于所述特征值与所述样本库中对应的特征值的触发条件进行匹配；在所述特征值与及其对应的所述触发条件成功匹配的情况下，所述处理单元生成警示信息并以将所述警示信息反馈至所述预警单元的形式与所述预警单元建立数据连接，所述预警单元响应于所述警示信息生成预警信号推送至服务终端。
根据一种优选的实施方式，所述特征值至少包括振动幅值、能量比和能量值均值；其中，在所述振动幅值与第一触发条件匹配成功的情况下，所述处理单元生成警示信息；在所述振动幅值与所述第一触发条件匹配失败的情况下，所述处理单元将所述能量比与第二触发条件进行匹配，在所述能量比与所述第二触发条件匹配成功的情况下，所述处理单元生成警示信息；在所述能量比与所述第二触发条件匹配失败的情况下，所述处理单元将所述能量值均值与第三触发条件进行匹配，在所述能量值均值与所述第三触发条件匹配成功的情况下，所述处理单元生成警示信息。
本发明提供一种基于敲击信号预警的床垫，至少具有如下优势：
(1)能够区分敲击信号和非敲击信号；而敲击信号是用户在发生意外情况下的一种发出求救的信号，因此，处理单元必须要对感应单元采集到的信号进行筛选，以获取正确的敲击信号而非以正规工作产生的信号进行预警。通过初次筛选的方式，将敲击信号从多种信号中识别和判断出来，一方面能够提升该床垫发出预警的正确性，另一方面减少了该床垫发出预警的计算成本。
(2)该柔性智能织物传感器通过超声波融合技术将纳米级的纳米敏感功能材料贯穿于织物料内，实现了敏感功能材料对外界压力形变线性范围的拓宽，更好地完成对敲击信号的采集。例如，对于发生脑中风的人群，由于其已经不能用很大力气对床垫本体敲击，产生的敲击信号很弱，该柔性智能织物传感器由于其采用了纳米敏感功能材料，拓宽了采集范围，便能采集到敲击信号。
(3)本发明采用逐级比对的方式对敲击信号的特征值及其对应的触发条件进行比较，只要满足其中一个触发条件的情况下，就能够发出预警信号。设计多层次获取特征值，有助于在危险状态时能够对敲击信号的正确处理，及时对困难用户提供帮助。
(4)由于上述第一触发条件、第二触发条件和第三触发条件的值都是通过人工统计或者经验获得，具有一定的误差。为了防止敲击信号的流失，本发明还设置有第四触发条件，该设置旨在克服统计上存在的误差，提高预警系统的精度，用于提高识别敲击信号和非敲击信号的精度，从而能够及时发出救助信息以及防止发出非救助信息。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于敲击信号预警的床垫的逻辑模块示意图；和
图2是本发明提供的一种基于敲击信号预警的床垫的一种优选的结构示意图；
附图标记列表
1：床垫本体 1a：上本体
2：感应单元 1b：下本体
3：处理单元 2a：压敏材料层
4：预警单元 2b：电极层
5：服务终端 2c：保护层
6：样本库 2d：绝缘层
具体实施方式
下面结合附图1和2进行详细说明。
本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”和仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“内侧”、“内部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，术语“以可拆卸的方式”是粘接、键连接、螺纹连接、销连接、卡接、铰接、间隙配合或过渡配合中的一种。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例公开了一种基于敲击信号预警的床垫，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。优选地，该系统可以由本发明的方法和/或其他可替代的模块实现。
本发明尤其适用于患有急性病的用户和老年用户。众所周知，急性病患者例如中风患者在发病时基本上会先丧失语言功能，而后丧失动作功能，此时患者已经不能通过120等终端进行自救，如果患者在能够有意识的情况下对床垫进行敲击，发出自救信号，无疑是为自己的抢救提供了许多时间。不过，由于床垫接收到的外载实属太多，而在这种情况下，即时患者对床垫发出了敲击信号，也可能不能被系统识别而导致自救失败。因此，本发明提供了一种基于敲击信号预警的床垫。
如图1所示，本发明提供的一种基于敲击信号预警的床垫。该床垫包括：床垫本体1、感应单元2、处理单元3和预警单元4。感应单元2镶嵌于床垫本体1的内部/外缘并能够通过有线/无线的方式与处理单元3建立数据连接。比如，优选地，感应单元2可以通过Wifi模块、EnOcean模块或者光纤与处理单元3建立数据连接。优选地，EnOcean模块是一种基于能量收集的超低功耗短距离无线通信技术，被应用于室内能量收集，在智能家居、工业、交通、物流也有应用。基于EnOcean技术的模块有高质量无线通信、能量收集和转化及超低功耗的特点。在紧急情况下，EnOcean模块由于其高质量无线通信、能量收集和转化及超低功耗的特点，能够及时的在本发明的各模块之间及时传输数据并及时有效地发出预警。
优选地，感应单元2响应于床垫本体1接收到的外载荷并基于床垫本体1产生的应力和/或应变采集床垫本体1的动力信息。处理单元3基于感应单元2采集到动力信息生成样本数据并读取样本库中6的筛选条件，并基于筛选条件对样本数据进行判断，在样本数据符合预设样本库的筛选条件的情况下，处理单元3将动力信息标记为敲击信号并得到敲击信号的至少一个特征值。床垫大部分是用于用户睡觉的地方，床垫接收到用户最多的外载荷是呼吸、翻身以及对床垫的踩踏等正规动作。优选地，样本数据包括呼吸信号、翻身信号、踩踏信号和敲击信号。呼吸信号、翻身信号、踩踏信号和敲击信号主要包括了频率、加速度、速度和能量等。动力信息则是用户呼吸、发生、踩踏和敲击对床垫产生的变形和应力。而敲击信号是用户在发生意外情况下的一种发出求救的信号，因此，处理单元3必须要对感应单元2采集到的信号进行筛选，以获取正确的敲击信号而非以正规工作产生的信号进行预警。通过初次筛选的方式，将敲击信号从多种信号中识别和判断出来，一方面能够提升该床垫发出预警的正确性，另一方面减少了该床垫发出预警的计算成本。
优选地，筛选条件包括第一筛选条件和第二筛选条件。优选地，在样本数据至少满足第一筛选条件或第二筛选条件中的一个的情况下，处理单元3将动力信息标记为敲击信号并得到敲击信号的至少一个特征值。即第一筛选条件和第二筛选条件是逻辑“或”的关系，即只要动力信息满足其中一个筛选条件，处理单元3就将动力信息标记为敲击信号并获取至少一个特征值。优选地，第一筛选条件配置为：在采样时间内，长时窗的最大值MAX与M的比值大于或等于预设的长时窗阈值。第二筛选条件配置为：在采样时间内，MIN与M的比值大于或等于预设的短时窗阈值，其中MIN为短时窗的最大值。优选地，M通过将滞后点区域作为背景噪声取绝对值得到。优选地，采样时间通过最大脉冲频次乘以相邻脉冲之间最大时间间隔加上滞后点数得到，滞后点数为一个采样时间内首次触发脉冲前保留的数据点数。本发明中，采样时间的长度、长时窗的时间长度、短时窗的时间长度、长时窗阈值和短时窗阈值的具体数字可以由本领域的技术人员根据实验数据、经验获得。
优选地，感应单元2至少包括柔性智能织物传感器。柔性智能织物传感器包括压敏材料层2a、电极层2b和保护层2c。优选地，电极层2b通过至少一条引线从压敏材料层2a的表面引出。保护层2c设置于表面的相对面。优选的，压敏材料层2a是通过将一体织物面罩置于纳米敏感功能材料液体中，利用超声波将纳米敏感功能材料液体贯穿织物面料的内部并镶嵌在织物面料的表面，随后将该织物面料烘干和固化而成。电极层2b是在柔性衬底乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙二醇和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种上通过压印、刻蚀和/或打印的方法制作图案化电极和电极引线而成。图案化电极和电极引线可以由超薄铜膜或金膜而成。电极层2b是通过粘贴和/或压合的方式与压敏材料层2a表面。保护层2c是聚二甲基硅氧烷薄膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜、聚乙烯薄膜和硅胶薄膜中的一种或几种。优选的，床垫本体1由柔性智能织物传感器分隔为上本体1a和下本体1b。上本体1a和/或下本体1b与柔性智能织物传感器之间设置有至少一层绝缘层2d。绝缘层2d可以是通过纤维素基材料和电绝热热塑性聚合物集料复合而成。上本体1a/下本体1b是通过海绵层和/或松棉层中的一种或两种复合而成。上本体1a/下本体1b的外层可以由化纤棉毡层包裹而成。在床垫本体1接收到外载荷时产生变形和应力，压敏材料层2a基于该变形和应力产生压电信号，该压电信号传输至处理单元3。该柔性智能织物传感器通过超声波融合技术将纳米级的纳米敏感功能材料贯穿于织物料内，实现了敏感功能材料对外界压力形变线性范围的拓宽，更好地完成对敲击信号的采集。例如，对于发生脑中风的人群，由于其已经不能用很大力气对床垫本体敲击，产生的敲击信号很弱，该柔性智能织物传感器由于其采用了纳米敏感功能材料，拓宽了采集范围，便能采集到敲击信号。
突发情况下的敲击信号与正常情况下的敲击信号具有明显的差异。例如顽皮的小孩对床垫的敲击属于正常情况下的敲击信号。而中风患者产生对床垫的敲击属于异常突发情况下的敲击信号。为了能够识别出突发情况系的敲击信号。优选地，处理单元3基于特征值与样本库6中对应的特征值的触发条件进行匹配。在特征值与及其对应的触发条件成功匹配的情况下，处理单元3生成警示信息并以将警示信息反馈至预警单元4的形式与预警单元4建立数据连接，预警单元4响应于警示信息生成预警信号推送至服务终端5。服务终端5可以是微信APP、120终端和110终端。优选地，触发条件是基于多次的模拟得出或者基于许多中风患者敲击后得出的。
优选地，特征值至少包括振动幅值、能量比和能量值均值。在振动幅值与第一触发条件匹配成功的情况下，处理单元3生成警示信息。在振动幅值与第一触发条件匹配失败的情况下，处理单元3将能量比与第二触发条件进行匹配，在能量比与第二触发条件匹配成功的情况下，处理单元3生成警示信息。在能量比与第二触发条件匹配失败的情况下，处理单元3将能量值均值与第三触发条件进行匹配，在能量值均值与第三触发条件匹配成功的情况下，处理单元3生成警示信息。
优选地，处理单元3包括I级处理单元、II级处理单元和III级处理单元。I级处理单元用于获取振动幅值并基于振动幅值与存储于样本库6中的第一触发条件进行匹配。在振动幅值与第一触发条件匹配失败的情况下，II级处理单元获取能量比并基于能量比与存储于样本库6中的第二触发条件进行匹配。其中，在能量比与第二触发条件匹配失败的情况下，III级处理单元获取能量值均值并基于能量值均值与存储于样本库6中的第三触发条件进行匹配。优选地，I级处理单元被配置为：用于获取敲击信号的振动幅值并基于振动幅值与存储于样本库中的第一触发条件进行匹配。当振动幅值符合第一触发条件时，判定敲击信号为有效并由I级处理单元向预警单元4发出警示信息。第一触发条件是对不同性别、年龄段以及突发疾病的类型经过试验和/或统计资料获得。III级处理单元被配置为：当能量比不符合第二触发条件时触发，将敲击信号进行短时傅里叶变换获取时间-频率-能量信号从而获取能量值均值，并将能量值均值与存储于样本库6中的第三触发条件进行匹配。当能量值均值符合第三触发条件时，判定敲击信号为有效并由III级处理单元向预警单元4发出警示信息。能量值均值是对不同性别、年龄段以及突发疾病的类型经过试验和/或统计资料获得。
由于上述第一触发条件、第二触发条件和第三触发条件的值都是通过人工统计或者经验获得，具有一定的误差。为了防止敲击信号的流失。优选地，处理单元3还包括IV级处理单元。IV级处理单元响应于能量值均值与第三触发条件的失败匹配分别用于与I级处理单元建立数据连接获取振动幅值与第一触发条件的第一差异性、与II级处理单元建立数据连接获取能量比与第二触发条件的第二差异性以及与III级处理单元建立数据连接获取能量值均值与第三触发条件的第三异性。IV级处理单元分别将第一差异性、第二差异性、第三差异性与第四触发条件匹配，在第一差异性、第二差异性和第三差异性满足第四触发条件的情况下，IV级处理单元生成疑似警示信号。优选地，第一差异性、第二差异性和第三差异性可以通过百分比或者基于统计规律获得。例如，第一触发条件中幅值为20～40mm，敲击信号中产生的幅值为18mm，则第一差异性计算为|(18-20)|/20＝10％。例如，幅值是服从正态分布，可以基于统计数值计算出均值和标准差，并且其置信区间可以设置为5％。第四触发条件实则是对系统容差率的判定，防止疑似敲击信号的流失。比如，按照百分比计算的第四触发条件可以设置为20％，如果差异性值小于20％，则判定为疑似敲击信号。比如，按照基于统计规律的第四触发条件置信区间可以设置为5％，如果差异性值小于5％，则判定为疑似敲击信号。该设置旨在提高预警系统的精度，用于提高识别敲击信号和非敲击信号的精度，从而能够及时发出救助信息以及防止发出非救助信息。
优选地，预警单元4包括定位模块和监控预警模块。优选地，定位模块包括实时与监控预警模块通信的定位系统，定位模块在监控预警模块接收到警示信息或疑似警示信息的情况下确定敲击信号的位置信息，监控预警模块在接收到位置信息的情况下生成预警信号并推送至服务终端5。优选地，预警信号至少包括特征值、位置信息、第一差异性、第二差异性和第三差异性。优选地，预警单元4以有线和/或无线的方式将报警信号传递至预先连接的120终端、110终端和客户终端。
优选地，预警单元4还包括决策预警模块。决策预警模块在特征值落入样本库6对应的特征值阈值范围内的情况下能够启动语音采集单元、视频采集单元和图像采集单元中的至少一种；以使得语音采集单元、视频采集单元和图像采集单元中的至少一种能够与服务终端5建立数据连接，从而服务终端5的操纵人员能够基于语音采集单元采集的语音、视频采集单元采集的视频和图像采集单元采集的图像中的一种建立提前干预措施或者实时监控用户的状态。优选地，语音信息/图像信息是在处理单元3启动预警单元4之后分别由语音采集单元/图像采集单元获得。救助单位在收到求助信息后，一方面能够通过画面确定用户是否真的需要救助，提高系统的进度；另一方面能够通过图片或者影像及时的确定救助方案，提高救助效率。报警信号至少包括地理位置信息、语音信息和图像信息中的一种或几种。
优选的，处理单元3能够利用STA/LTA算法对敲击信号进行识别，得到敲击信号的脉冲频次和时间间隔。其中，当长时窗内的平均值STA与短时窗内的平均值LTA的比值大于预设比值阀值时，处理单元3至少启动一次预警单元4；和/或处理单元3记录一次敲击脉冲和记录敲击脉冲的时刻，用以确认敲击信号的脉冲频次和时间间隔，存储于异常统计模块。具体地，STA和LTA的比值反映了信号水平或能量。
优选的，感应单元2和处理单元3之间至少还设置有以串联形式连接的放大器、A/D转换器和滤波器，从而敲击信号分别经过放大器的放大处理、A/D转换器的数模转换处理和滤波器的除燥处理后以有线和/或无线的方式传递至处理单元3。用户在危险状态的敲击力往往是很小的，产生的波信号也是比较微弱的，因此需要提高信号的信噪比，以使得感应单元能够识别。
实施例2
本实施例公开了一种基于敲击信号预警的方法。该方法能够应用于本发明记载的床垫，以达到预期的技术效果。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。
本发明还公开了一种基于敲击信号预警的方法。
方法包括：
S1：感应单元2响应于床垫本体1接收到的外载荷并基于床垫本体1产生的应力和/或应变采集床垫本体1的动力信息，
S2：处理单元3基于感应单元2采集到动力信息生成样本数据并读取样本库中6的筛选条件，并基于筛选条件对样本数据进行判断，在样本数据符合预设样本库的筛选条件的情况下，处理单元3将动力信息标记为敲击信号并得到敲击信号的至少一个特征值；
S3：处理单元3基于特征值与样本库6中对应的特征值的触发条件进行匹配；在特征值与及其对应的触发条件成功匹配的情况下，处理单元3生成警示信息并以将警示信息反馈至预警单元4的形式与预警单元4建立数据连接，预警单元4响应于警示信息生成预警信号推送至服务终端5。
优选地，特征值至少包括振动幅值、能量比和能量值均值。步骤S3具体包括：
S31：在振动幅值与第一触发条件匹配成功的情况下，处理单元3生成警示信息。
S32：在振动幅值与第一触发条件匹配失败的情况下，处理单元3将能量比与第二触发条件进行匹配，在能量比与第二触发条件匹配成功的情况下，处理单元3生成警示信息。
S33：在能量比与第二触发条件匹配失败的情况下，处理单元3将能量值均值与第三触发条件进行匹配，在能量值均值与第三触发条件匹配成功的情况下，处理单元3生成警示信息。
优选地，筛选条件包括第一筛选条件和第二筛选条件。优选地，在样本数据至少满足第一筛选条件或第二筛选条件中的一个的情况下，处理单元3将动力信息标记为敲击信号并得到敲击信号的至少一个特征值。即第一筛选条件和第二筛选条件是逻辑“或”的关系，即只要动力信息满足其中一个筛选条件，处理单元3就将动力信息标记为敲击信号并获取至少一个特征值。优选地，第一筛选条件配置为：在采样时间内，长时窗的最大值MAX与M的比值大于或等于预设的长时窗阈值。第二筛选条件配置为：在采样时间内，MIN与M的比值大于或等于预设的短时窗阈值，其中MIN为短时窗的最大值。优选地，M通过将滞后点区域作为背景噪声取绝对值得到。优选地，采样时间通过最大脉冲频次乘以相邻脉冲之间最大时间间隔加上滞后点数得到，滞后点数为一个采样时间内首次触发脉冲前保留的数据点数。本发明中，采样时间的长度、长时窗的时间长度、短时窗的时间长度、长时窗阈值和短时窗阈值的具体数字可以由本领域的技术人员根据实验数据、经验获得。
由于上述第一触发条件、第二触发条件和第三触发条件的值都是通过人工统计或者经验获得，具有一定的误差。为了防止敲击信号的流失。优选地，处理单元3还包括IV级处理单元。IV级处理单元响应于能量值均值与第三触发条件的失败匹配分别用于与I级处理单元建立数据连接获取振动幅值与第一触发条件的第一差异性、与II级处理单元建立数据连接获取能量比与第二触发条件的第二差异性以及与III级处理单元建立数据连接获取能量值均值与第三触发条件的第三异性。IV级处理单元分别将第一差异性、第二差异性、第三差异性与第四触发条件匹配，在第一差异性、第二差异性和第三差异性满足第四触发条件的情况下，IV级处理单元生成疑似警示信号。优选地，第一差异性、第二差异性和第三差异性可以通过百分比或者基于统计规律获得。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种集成于床垫的预警系统，其至少包括设置有感应单元(2)的床垫本体(1)，其特征在于，所述感应单元(2)镶嵌于所述床垫本体(1)的内部/外缘并能够通过有线/无线的方式与处理单元(3)建立数据连接；
所述处理单元(3)基于所述感应单元(2)采集到所述动力信息生成样本数据并读取样本库中(6)的筛选条件，并基于所述筛选条件对所述样本数据进行判断。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感应单元(2)响应于床垫本体(1)接收到的外载荷并基于床垫本体(1)产生的应力和/或应变采集床垫本体(1)的动力信息。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，在样本数据至少满足第一筛选条件或第二筛选条件中的一个的情况下，所述处理单元(3)将动力信息标记为敲击信号并得到敲击信号的至少一个特征值，其中，第一筛选条件和第二筛选条件是逻辑“或”的关系，即只要动力信息满足其中一个筛选条件，处理单元(3)就将动力信息标记为敲击信号并获取至少一个特征值。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述感应单元(2)至少包括柔性智能织物传感器，所述柔性智能织物传感器包括压敏材料层(2a)、电极层(2b)和保护层(2c)，其中，所述电极层(2b)通过至少一条引线从所述压敏材料层(2a)的表面引出；所述保护层(2c)设置于所述表面的相对面，其中，所述床垫本体(1)由所述柔性智能织物传感器分隔为上本体(1a)和下本体(1b)；所述上本体(1a)和/或所述下本体(1b)与所述柔性智能织物传感器之间设置有至少一层绝缘层(2d)；
在所述床垫本体(1)接收到外载荷时产生变形和应力，所述压敏材料层(2a)基于该变形和应力产生压电信号，该压电信号传输至所述处理单元(3)。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述感应单元(2)响应于所述床垫本体(1)接收到的外载荷并基于所述床垫本体(1)产生的应力和/或应变采集所述床垫本体(1)的动力信息，所述处理单元(3)能够通过有线和/或无线的方式与所述感应单元(2)建立数据连接，且所述处理单元(3)能够将所述动力信息与预设筛选条件进行匹配并获取对应的至少一个特征值；
在所述特征值与及其对应的所述触发条件成功匹配的情况下，所述处理单元(3)生成警示信息并以将所述警示信息反馈至所述预警单元(4)的形式与所述预警单元(4)建立数据连接，所述预警单元(4)响应于所述警示信息生成预警信号推送至服务终端(5)。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述特征值至少包括能够与第一触发条件成功匹配的振动幅值、能够与第二触发条件成功匹配的能量比和能够与第三触发条件成功匹配的能量值均值，从而在任一触发条件匹配成功的情况下，所述处理单元(3)生成警示信息。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理单元(3)还设置为I级处理单元、II级处理单元和III级处理单元；
其中，所述I级处理单元用于获取所述振动幅值并基于所述振动幅值与存储于所述样本库中(6)的所述第一触发条件进行匹配，
其中，在所述振动幅值与所述第一触发条件匹配失败的情况下，所述II级处理单元获取所述能量比并基于所述能量比与存储于所述样本库中(6)的所述第二触发条件进行匹配；
其中，在所述能量比与所述第二触发条件匹配失败的情况下，所述III级处理单元获取所述能量值均值并基于所述能量值均值与存储于所述样本库中(6)的所述第三触发条件进行匹配。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一筛选条件配置为：在采样时间内，长时窗的最大值MAX与M的比值大于或等于预设的长时窗阈值；
所述第二筛选条件配置为：在采样时间内，短时窗的最大值MIN与M的比值大于或等于预设的短时窗阈值。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预警单元(4)包括定位模块和监控预警模块，所述定位模块包括实时与所述监控预警模块通信的定位系统，所述定位模块在所述监控预警模块接收到所述警示信息或所述疑似警示信息的情况下确定所述敲击信号的位置信息，所述监控预警模块在接收到所述位置信息的情况下生成所述预警信号并推送至服务终端(5)。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述预警单元(4)还包括决策预警模块；
所述决策预警模块在所述特征值落入所述样本库(6)对应的所述特征值阈值范围内的情况下能够启动语音采集单元、视频采集单元和图像采集单元中的至少一种；以使得所述语音采集单元、所述视频采集单元和所述图像采集单元中的至少一种能够与所述服务终端(5)建立数据连接，从而所述服务终端(5)的操纵人员能够基于所述语音采集单元采集的语音、所述视频采集单元采集的视频和所述图像采集单元采集的图像中的一种建立提前干预措施或者实时监控用户的状态。
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