CN113096357B - 一种监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法，依赖于一种卧床监控装置，按照以下过程具体实施，步骤1，构建卧床监控装置的主控器与外部设备的连接方式；步骤2，对老人日常卧床模式进行自学习；步骤3，进行实际监控应用，对老人异常的卧床状态进行判断；步骤4，对异常状态进行提醒。本发明的方法，通过各个压力型传感器采集卧床状态变化信息，主控器依据接收的数据判断独居老人的卧床休息状况，实现对卧床用户的日常健康睡眠状态的自学习，对与自学习得到的睡眠状态不一致的情况，对可能的突发状态进行本地和用户指定关联用户发出提醒信号，实现对出现突发状况的及时处理。

Description

一种监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法
技术领域
本发明属于智能家居控制技术领域，涉及一种监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法。
背景技术
随着人口老龄化的加剧，城市化进程的加快，农村、城市人口的养老隐性问题显性化，农村、城市人口养老问题将是社会不得不面对的重要任务。由于子女生活和工作的压力，不能长时间陪伴与照顾老人，独居老人存在健康安全隐患，他们的安全监护的问题日渐突出。
目前，通过离床和在床状态识别的技术很多，例如，制作压力感测床垫，将获取信息远程传输看护中心，通过较为复杂的多参数基线方法进行识别处理；也有将多种传感器很细致复杂地监控人体的运动状态，生命体征等方法，用于医疗监护。然而，针对可生活自理，独居老人的突发危险状态的识别，则不是很适用，很容易因为系统对事件的敏感而频繁报警，或者对老人生活的隐私暴露太多而弃用。
考虑到独居老人突发状况是小概率事件，一个让老人无感，但对突发事件能够准确识别的方法就成为一个非常重要的需求。
为此，亟需研制一种对传感器采集到的老人千变万化的正常卧床规律进行渐消记忆的自学习，给出既能够适应生活变化，又能够对突发的危险状况进行检测的突发危险状态识别方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法，当独居老人出现意外情况进行识别后，发出声音提醒，快速给予老人帮助。
本发明采用的技术方案是，一种监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法，依赖于一种卧床监控装置，按照以下过程具体实施，
步骤1，构建卧床监控装置的主控器与外部设备的连接方式，
1.1)进行硬件的总体连接，
主控器上的微控制单元，通过I/O口，采用数据线连接的方式，与设置在床板上的传感器组连接；通过蓝牙模块，采用无线方式与设置在房间内不同地方的应答按钮组连接；通过WiFi模块与云服务器连接，实现对远程终端的信息传输；
1.2)具体布置步骤1.1)中的应答按钮组，
将各个应答按钮分别安装在家里老人经常走动并且容易触碰的地方，以便当蜂鸣器响起时，如果没有突发意外情况，老人自主按压就近的应答按钮，及时关闭异常状态提醒；
1.3)具体布置步骤1.1)中的传感器组，
1.3.1)传感器组中所有的传感器均采用压力型传感器，所承受重量值的范围是pb≥pp+pm+Δp，其中，pb是所选择压力型传感器的承重值；pp是老人的体重的上限值；pm是床垫和被褥之和重量的上限值；Δp是承压裕量，Δp＝0.1·(pp+pm)；
1.3.2)各个传感器相对均匀地设置在床板上表面不同的位置上；并且传感器与床垫之间设置一层硬板；
步骤2，对老人日常卧床模式进行自学习；
步骤3，进行实际监控应用，对老人异常的卧床状态进行判断；
步骤4，对异常状态进行提醒。
本发明的有益效果是，通过各个压力型传感器采集卧床状态变化信息，通过主控器接收所有压力的数据信息；主控器依据接收的数据判断独居老人的卧床休息状况；通过传感器组与主控器关联，实现对卧床用户的日常健康睡眠状态的自学习，对与自学习得到的睡眠状态不一致的情况，判断其中的突发状态；对可能的突发状态进行本地和用户指定关联用户(例如子女或社区)发出提醒信号，即对判断为可能的突发危险状况，进行对本地的老人的一级警示，以及远程发往子女和社区中控室的二级警示，实现对出现突发状况的及时处理。
附图说明
图1是本发明方法采用的卧床监控装置硬件结构示意图；
图2是本发明方法中的传感器组在床板上的平面分布位置示意图；
图3是本发明方法中的传感器组在床板上的截面安装位置示意图。
图中，1.主控器，2.微控制单元，3.蜂鸣器，4.应答按钮组，5.云服务器，6.远程终端，7.蓝牙模块，8.WiFi模块，9.压力型传感器，10.传感器组，11.控制终端，12.床垫，13.硬板，14.床板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，是本发明方法采用的(智能家居)卧床监控装置的硬件结构，包括主控器1，主控器1内部包括微控制单元2、蓝牙模块7和WiFi模块8，微控制单元2对外设置有三组I/O口，第一组I/O口与传感器组10(由多个传感器9组网而成)信号连接；第二组I/O口与用户输入参数的控制终端11信号连接，第三组I/O口与蜂鸣器3信号连接；微控制单元2通过蓝牙模块7与应答按钮组4信号连接；微控制单元2另外通过WiFi模块8与云服务器5连接，云服务器5再与远程终端6(包括关联的子女手机和/或社区中控室)连接。
参照图2和图3，传感器组10中的每个传感器9的设置位置要考虑到老人睡觉时卧床位置的不确定性，为保证检测准确性，在床板14上按照网格状平面分布多个传感器9，实现人体在床上大部分位置的压力检测。图2所示实施例的传感器9数量设置为9个，相对均匀地设置在床板14上表面不同的位置上。图3所示实施例，为保证传感器9检测参数的稳定性，传感器组10设置在床垫12与床板14之间，并且在所有传感器9与床垫12之间设置有一层硬板13，用硬板13隔开，硬板13是为了让传感器受力均匀。
主控器1中的微控制单元2用于进行信号处理与控制操作，通过三组I/O口，采用数据线连接的方式，与设置在床板14上的传感器组10连接；通过蓝牙模块7，采用无线方式与设置在房间内不同位置的应答按钮组4连接；通过WiFi模块8与云服务器5连接，以实现对远程终端6的信息传输。主控器1另外连接有操作界面和显示界面。
应答按钮组4的设置方式是，将每一个应答按钮安装在家里老人经常去并且容易触碰的地方，例如洗手间的马桶边上、阳台的窗台边上、沙发扶手位置上、以及桌子的边框上等位置；如果蜂鸣器3响起时，如果没有突发意外情况，方便老人自主按压最近位置的一个应答按钮，关闭微控制单元2做出的异常状态提醒。
本发明监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法，依赖于上述的卧床监控装置，按照以下过程具体实施，
步骤1，构建卧床监控装置的主控器1与外部设备的连接方式，
1.1)进行硬件的总体连接，
如图1所示，主控器1上的微控制单元2，通过I/O口，采用数据线连接的方式，与设置在床板14上的传感器组10连接；通过蓝牙模块7，采用无线方式与设置在房间内不同地方的应答按钮组4连接；通过WiFi模块8与云服务器5连接，实现对远程终端6(老人子女的手机和社区中控室)的信息传输；
1.2)具体布置步骤1.1)中的应答按钮组4，
将各个应答按钮分别安装在家里老人经常走动并且容易触碰的地方，例如：洗手间的马桶边上，阳台的窗台边上，沙发扶手位置上，以及桌子的边框上等位置，以便当蜂鸣器3响起时，如果没有突发意外情况，老人自主按压就近的应答按钮，及时关闭异常状态提醒；
1.3)具体布置步骤1.1)中的传感器组10，
1.3.1)所有传感器9均采用压力型传感器，所承受重量值的范围是pb≥pp+pm+Δp，其中，pb是所选择压力型传感器的承重值；pp是老人的体重的上限值；pm是床垫12和被褥之和重量的上限值；Δp是承压裕量，为经验值，优选Δp＝0.1·(pp+pm)；
1.3.2)各个传感器9的设置位置如图2和图3所示，实施例中的传感器9的数量为9个，相对均匀地设置在床板14上表面不同的位置上；如图3所示，为保证传感器9检测参数的稳定性，传感器组10设置在床板14和床垫12之间，并且传感器9与床垫12之间设置一层硬板13；
步骤2，对老人日常卧床模式进行自学习，
2.1)主控器1中的微控制单元2通过I/O口接收到传感器组10的数据信息，主控器1的显示界面提示用户记录无人卧床时的压力值，设为Pn；提示用户记录有人卧床时的压力值，设为Ps，计算式如下：
Figure BDA0003008052900000061
Figure BDA0003008052900000062
其中，pni为第i个传感器在无人卧床时的压力值，psi为第i个传感器在有人卧床时的压力值，N为传感器组10中所包含的传感器9的个数，优选为N＝9，wi为加权系数，
Figure BDA0003008052900000063
初始值选为
Figure BDA0003008052900000064
2.2)计算第i个传感器的有人在床与无人在床的压力值差异，计算式如下：
Δpi＝psi-pni，i＝1,2,...,N (3)
2.3)根据压力值差异Δpi计算加权系数
Figure BDA0003008052900000065
计算式如下：
Figure BDA0003008052900000066
2.4)更新传感器组10的压力值，计算式如下：
Figure BDA0003008052900000067
其中，pi为第i个传感器在无人卧床时的压力值；
2.5)按照主控器1的显示界面，启动卧床监控装置进入自学习模式，通过自学习模式获取老人M天的卧床轨迹，轨迹的计算式如下：
2.5.1)微控制单元2中的存储单元记录日常卧床状态变化序列，设为[x1(t),x2(t),...,xT(t)]，其中，t表示第t天的记录值，t＝1,2,...,M，M为记录的天数，默认值优选为M＝7；T＝24/ΔT，24是指一天的24小时，ΔT为采样间隔，默认值优选为ΔT＝1，也可以采用用户自定义值，自定义值由操作界面输入；
2.5.2)卧床状态变化序列[x1(t),x2(t),...,xT(t)]的计算式如下：
Figure BDA0003008052900000071
其中，阈值th的计算式如下：
th＝0.8·(Ps-Pn) (7)
2.5.3)老人的日常卧床轨迹[y1,y2,...,yT]的计算式如下：
Figure BDA0003008052900000072
步骤3，进行实际监控应用，对老人异常的卧床状态进行判断，
3.1)依照步骤2.5)确定的采样间隔ΔT，以及公式(5)计算得到的压力值
Figure BDA0003008052900000073
按照下式获得当天的卧床状态变化序列[z1,z2,...,zT]，计算式如下：
Figure BDA0003008052900000074
3.2)计算异常状态标记序列[d1,d2,...,dT]，计算式如下：
Figure BDA0003008052900000075
其中，δ为异常判断阈值，优选为δ＝0.5；
如果dk＝1，表明出现了与日常生活规律不一致的状态；
如果dk＝0，表明与日常的生活规律相同；
3.3)根据步骤3.2)的计算结果，如果持续出现dk＝1的异常状态，则判断为老人出现了突然状况，例如，夜间持续出现不在床的状态，就有可能是老人起夜摔倒无法返回的突然状况，或者白天原本起床活动期间，出现身体不适一直卧床的突发状况，转步骤4进行处理，否则转步骤3.4)；
3.4)更新用户的日常卧床轨迹，
将式(8)计算得到的日常卧床轨迹[y1,y2,...,yT]，按照渐消记忆进行更新，计算式如下：
Figure BDA0003008052900000081
更新值计算后，转步骤3.1)继续执行，其中步骤3.2)公式(10)中的yk更新为
Figure BDA0003008052900000082
步骤4，对异常状态进行提醒，
4.1)对本地的老人进行提醒，
按照步骤3.3)判断出现了异常状况，则主控器1启动计时器计时，如果出现持续一段时间(持续时间的长短由用户设置，或者通过卧床监控装置进行默认设置，默认值优选为白天6小时，夜间4小时)的异常状态，则主控器1控制蜂鸣器3发声提醒，如果老人处于正常活动状态，步骤3.3)所判断的异常状况不是危险情况，例如，不在床是因为睡不着觉去沙发上看电视，或者看书，则老人听到报警声音后及时按压就近一个应答按钮，主控器1通过蓝牙模块7，收到应答关闭信号之后，将异常状况删除，解除报警；
如果主控器1一直未接收到老人的应答关闭信号，则转步骤4.2)；
4.2)对老人的子女或社区进行远程报警，
如果主控器1判断的异常状态一直持续未被关闭，则表明老人出现突发危险状况，行动不能自主，这时，主控器1通过WiFi模块8发送信息到云服务器5，云服务器5再通过无线网将异常报警信息传送至远程终端6进行报警，预先关联设置好的子女手机和/或社区中控室及时得到报警提醒后，尽快对老人进行救援。

Claims (2)

1.一种监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法，其特征在于，依赖于一种卧床监控装置，按照以下过程具体实施：
步骤1，构建卧床监控装置的主控器(1)与外部设备的连接方式，
1.1)进行硬件的总体连接，
主控器(1)上的微控制单元(2)，通过I/O口，采用数据线连接的方式，与设置在床板(14)上的传感器组(10)连接；通过蓝牙模块(7)，采用无线方式与设置在房间内不同地方的应答按钮组(4)连接；通过WiFi模块(8)与云服务器(5)连接，实现对远程终端(6)的信息传输；
1.2)具体布置步骤1.1)中的应答按钮组(4)，
将各个应答按钮分别安装在家里老人经常走动并且容易触碰的地方，以便当蜂鸣器(3)响起时，如果没有突发意外情况，老人自主按压就近的应答按钮，及时关闭异常状态提醒；
1.3)具体布置步骤1.1)中的传感器组(10)，
1.3.1)传感器组(10)中所有的传感器(9)均采用压力型传感器，所承受重量值的范围是pb≥pp+pm+Δp，其中，pb是所选择压力型传感器的承重值；pp是老人的体重的上限值；pm是床垫(12)和被褥之和重量的上限值；Δp是承压裕量，Δp＝0.1·(pp+pm)；
1.3.2)各个传感器(9)相对均匀地设置在床板(14)上表面不同的位置上；并且传感器(9)与床垫(12)之间设置一层硬板(13)；
步骤2，对老人日常卧床模式进行自学习，具体过程是，
2.1)主控器中的微控制单元通过I/O口接收到传感器组的数据信息，主控器的显示界面提示用户记录无人卧床时的压力值，设为Pn；提示用户记录有人卧床时的压力值，设为Ps，计算式如下：
Figure FDA0003521641210000021
Figure FDA0003521641210000022
其中，pni为第i个传感器在无人卧床时的压力值，psi为第i个传感器在有人卧床时的压力值，N为传感器组中所包含的传感器的个数，wi为加权系数，
Figure FDA0003521641210000023
初始值选为
Figure FDA0003521641210000024
2.2)计算第i个传感器的有人在床与无人在床的压力值差异，计算式是：
Δpi＝psi-pni ， i＝1,2,...,N (3)
2.3)根据压力值差异Δpi计算加权系数
Figure FDA0003521641210000025
计算式如下：
Figure FDA0003521641210000026
2.4)更新传感器组的压力值，计算式如下：
Figure FDA0003521641210000027
其中，pi为第i个传感器在无人卧床时的压力值；
2.5)按照主控器的显示界面，启动卧床监控装置进入自学习模式，通过自学习模式获取老人M天的卧床轨迹，轨迹的计算式如下：
2.5.1)微控制单元中的存储单元记录日常卧床状态变化序列，设为[x1(t),x2(t),...,xT(t)]，其中，t表示第t天的记录值，t＝1,2,...,M，M为记录的天数；T＝24/ΔT，24是指一天的24小时，ΔT为采样间隔；
2.5.2)卧床状态变化序列[x1(t),x2(t),...,xT(t)]的计算式如下：
Figure FDA0003521641210000031
其中，阈值th的计算式是：th＝0.8·(Ps-Pn)(7)
2.5.3)老人的日常卧床轨迹[y1,y2,...,yT]的计算式如下：
Figure FDA0003521641210000032
步骤3，进行实际监控应用，对老人异常的卧床状态进行判断，具体过程是，
3.1)依照步骤2.5)确定的采样间隔ΔT，以及公式(5)计算得到的压力值
Figure FDA0003521641210000033
按照下式获得当天的卧床状态变化序列[z1,z2,...,zT]，计算式如下：
Figure FDA0003521641210000034
3.2)计算异常状态标记序列[d1,d2,...,dT]，计算式如下：
Figure FDA0003521641210000035
其中，δ为异常判断阈值；
如果dk＝1，表明出现了与日常生活规律不一致的状态；
如果dk＝0，表明与日常的生活规律相同；
3.3)根据步骤3.2)的计算结果，如果持续出现dk＝1的异常状态，则判断为老人出现了突发状况，转步骤4进行处理，否则转步骤3.4)；
3.4)更新用户的日常卧床轨迹，
将式(8)计算得到的日常卧床轨迹[y1,y2,...,yT]，按照渐消记忆进行更新，计算式如下：
Figure FDA0003521641210000036
更新值计算后，转步骤3.1)继续执行，其中步骤3.2)公式(10)中的yk更新为
Figure FDA0003521641210000037
步骤4，对异常状态进行提醒，具体过程是，
4.1)对本地的老人进行提醒，
按照步骤3.3)判断出现了异常状况，则主控器启动计时器计时，如果出现持续一段时间的异常状态，则主控器控制蜂鸣器发声提醒，如果老人处于正常活动状态，步骤3.3)所判断的异常状况不是危险情况，则老人听到报警声音后及时按压就近一个应答按钮，主控器通过蓝牙模块，收到应答关闭信号之后，将异常状况删除，解除报警；
如果主控器一直未接收到老人的应答关闭信号，则转步骤4.2)；
4.2)对老人的子女或社区进行远程报警，
如果主控器判断的异常状态一直持续未被关闭，则表明老人出现突发危险状况，行动不能自主，这时，主控器通过WiFi模块发送信息到云服务器，云服务器再通过无线网将异常报警信息传送至远程终端进行报警，预先关联设置好的子女手机和/或社区中控室及时得到报警提醒后，对老人进行救援。
2.根据权利要求1所述的监测独居老人卧床状态的突发危险状况判别方法，其特征在于：所述的卧床监控装置，具体结构是，
包括主控器(1)，主控器(1)内部包括微控制单元(2)、蓝牙模块(7)和WiFi模块(8)，微控制单元(2)对外设置有三组I/O口，第一组I/O口与传感器组(10)信号连接；第二组I/O口与用户输入参数的控制终端(11)信号连接，第三组I/O口与蜂鸣器(3)信号连接；微控制单元(2)通过蓝牙模块(7)与应答按钮组(4)信号连接；微控制单元(2)另外通过WiFi模块(8)与云服务器(5)连接，云服务器(5)再与远程终端(6)连接。
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