DE102017203672A1

DE102017203672A1 - Verfahren zur Erkennung eines Sturzes einer Person und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102017203672A1
Application number: DE102017203672.9A
Authority: DE
Inventors: Nino Haeberlen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Bei einem Verfahren (100) zur Erkennung eines Sturzes einer Person auf der Basis von Sensorsignalen wenigstens eines mindestens einachsigen Beschleunigungssensors (12) werden die von dem Beschleunigungssensor (12) erfassten Signale mit einem Hochpassfilter (110) gefiltert. Die resultierenden Werte werden in denselben Wertebereich überführt und mit einem Tiefpassfilter (130) gefiltert, bevor die Werte mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen (160) werden. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs wird ein Sturz erkannt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Sturzes einer Person auf der Basis von Sensorsignalen eines dreiachsigen Beschleunigungssensors sowie eine Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät, die zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet sind.
Stand der Technik
Zum Schutz von beispielsweise Motorradfahrern gibt es verschiedene Airbagsysteme, welche mit mehreren Sensoren an den Schultern und am Rücken des Motorradfahrers sowie am Fahrzeug Beschleunigungen und Drehraten erfassen. Mit Hilfe dieser Signale können Unfallsituationen erkannt werden.
Die US-Patentanmeldung US 2012/0223833 A1 offenbart ein System auf der Basis von Sensoren, mit dem insbesondere Kollisionsereignisse von Personen oder Objekten erkannt werden können. Hierbei können beispielsweise Gyroskop-Sensoren oder Beschleunigungssensoren eingesetzt werden, die in einem Helm verbaut sind.
Für Fußgänger sind ebenfalls bereits Detektoren bekannt, die beispielsweise einen Sturz erkennen können. Dies ist vor allem für ältere Personen interessant. Hierfür können Sensoren verwendet werden, die in Form einer Armbanduhr am Körper getragen werden können. Sobald ein Sturz erkannt wird und der Benutzer nicht wieder aufsteht, kann ein Alarmsignal versendet werden, um Hilfe zu rufen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt ein neues Verfahren zur Erkennung eines Sturzes einer Person bereit, das auf der Basis von Sensorsignalen wenigstens eines Beschleunigungssensors durchgeführt wird. Der Beschleunigungssensor ist mindestens einachsig. In bevorzugter Weise handelt es sich bei dem Beschleunigungssensor jedoch um einen mindestens zweiachsigen und, besonders bevorzugt, um einen dreiachsigen Beschleunigungssensor, da mit einem solchen Sensor die Sturzerkennung in besonders zuverlässiger Weise erfolgen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die von dem Beschleunigungssensor erfassten Signale zunächst mit einem Hochpassfilter gefiltert. Die resultierenden Werte werden in denselben Wertebereich, also in denselben Vorzeichenbereich, überführt. Besonders bevorzugt ist der positive Vorzeichenbereich. Die Werte werden dann mit einem Tiefpassfilter gefiltert. Die resultierenden Werte, gegebenenfalls nach weiterer Verarbeitung, werden zu jedem Zeitpunkt (im zeitlichen Verlauf) mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen, wobei ein Überschreiten des Schwellwerts auf einen Sturz rückschließen lässt (Sturzschwellwert). In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs wird gegebenenfalls ein Sturz erkannt. Mit diesem Verfahren kann in besonders zuverlässiger Weise ein Sturz erkannt werden. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Werteverlauf stellt dabei im Prinzip ein Maß für die Energie bzw. die Vibration im hochfrequenten Bereich im zeitlichen Verlauf dar. Bei Anwendung eines Schwellwertes hierauf und beim Überschreiten dieses Schwellwertes wird zuverlässig ein Sturz erkannt.
Der Beschleunigungssensor erfasst die Bewegungsdaten der Person, beispielsweise eines Motorradfahrers. Mit dem beschriebenen Algorithmus kann anhand dieser Beschleunigungssignale ein Sturz der Person erkannt werden. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Systemen liegt zum einen in der Zuverlässigkeit des Verfahrens und zum anderen in der geringen Größe sowie der einfachen und bequemen Tragbarkeit des Sensors, beispielsweise am Handgelenk. Der Sensor muss nicht an der Schutzkleidung, am Helm oder an dem Fahrzeug angebracht werden und kann sehr flexibel eingesetzt werden. So kann der gleiche oder sogar derselbe Sensor bei verschiedenen Fortbewegungsarten, zum Beispiel auf dem Motorrad, auf dem Fahrrad und zu Fuß verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert auch keine Ruhephase bzw. eine Phase einer Bewegungs- oder Bewusstlosigkeit nach einem Sturz oder Aufprall, wie es beispielsweise bei herkömmlichen Produkten für eine Fußgängersturzerkennung erforderlich ist.
Wenn ein zweiachsiger oder ein dreiachsiger Beschleunigungssensor eingesetzt wird, ist es besonders bevorzugt, dass die tiefpassgefilterten Werte der mindestens zwei Achsen vor dem Vergleich mit dem Schwellwert über die Achsen summiert werden. „Über die Achsen summiert“ meint hierbei, dass nicht die aufeinanderfolgenden Werte jeder Achse sondern die jeweiligen Werte jeder Achse zu einem bestimmten Zeitpunkt addiert werden, sodass sich pro Zeitpunkt jeweils ein Wert ergibt.
Um die Werte in denselben Wertebereich zu überführen, kann beispielsweise der Absolutbetrag der Werte gebildet werden, beispielsweise durch Multiplikation mit der Signumfunktion, sodass die Werte in den positiven Vorzeichenbereich überführt werden. In einer anderen besonders bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrensschrittes werden die Werte nach der Hochpassfilterung mit einem geradzahligen Exponenten potenziert, um die gefilterten Signale in den positiven Wertebereich zu überführen. Beispielsweise werden die Werte quadriert. Durch eine Potenzierung der Werte kann die Erkennungsqualität deutlich gesteigert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Vergleich mit dem vorgebbaren Schwellwert die Werte mit einem positiven Wurzelexponenten radiziert und erst diese resultierenden Werte mit dem vorgebbaren Schwellwert verglichen. Durch diese Maßnahme erfolgt eine Skalierung der Werte, wobei die absoluten Werte verkleinert werden, was unter Umständen die Berechnungen erleichtert. Durch diesen Schritt kann weiterhin eine Normierung der Werte oder Größen erfolgen. Vorzugsweise wird für diesen Schritt eine Potenzierung mit dem Kehrwert des Exponenten durchgeführt, welcher vorher für die Überführung in den positiven Wertebereich bzw. für die erste Potenzierung verwendet wurde. Beispielsweise kann bei diesem Schritt die Quadratwurzel gezogen werden, wenn vorher die Werte quadriert wurden. Die Verwendung des Kehrwerts des Exponenten als Wurzelexponenten für diesen Schritt hat weiterhin den Vorteil, dass die ursprüngliche Einheit von m/s² wiederhergestellt wird. Dies hat Vorteile bei der Wahl des Schwellwertes und veranschaulicht darüber hinaus das Signal. Der Schwellwert wird zweckmäßigerweise an diesen Schritt entsprechend angepasst. Der Schwellwert wird also entsprechend niedriger gewählt, wenn eine solche Radizierung vorgesehen ist.
Der für das Verfahren erforderliche Beschleunigungssensor kann beispielsweise mit Hilfe eines Armbandes von einer Person getragen werden. In dieser Form ist der Sensor sehr bequem zu tragen, kann einfach wie eine Armbanduhr angelegt werden und ist jederzeit einsetzbar. Die Vorrichtung mit dem Sensor kann gegebenenfalls auch an andere Personen weitergegeben werden, da keine Anpassung oder Einstellung für eine bestimmte Person oder eine bestimmte Installation erforderlich ist. Es sind auch andere Anbringungsmöglichkeiten möglich, beispielsweise an einem Fußgelenk oder durch Befestigung an der Kleidung (indirekte Anbringung) oder Ähnliches.
Als Sensor eignen sich insbesondere handelsübliche dreiachsige Beschleunigungssensoren, die mit einer geeigneten Abtastrate, beispielsweise mit einer Abtastrate von mindestens 50 Hz, vorzugsweise 100 Hz, und in einem geeigneten Wertebereich von beispielsweise bis zu +/-150 m/s² arbeiten. In der Praxis haben sich beispielsweise Beschleunigungssensoren bewährt, die in einem Bereich von +/- 8 g arbeiten (entspricht circa +/- 80 m/s²). Tests haben gezeigt, dass beispielsweise auch Sensoren in einem Bereich von +/- 4 g für diesen Einsatzzweck geeignet sind. Auch Sensoren, die in einem höheren Wertebereich arbeiten, können verwendet werden, solange sichergestellt ist, dass kleine Beschleunigungssignale ausreichend aufgelöst (ausreichende Bitbreite) werden können.
Die Hochpassfilterung erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines digitalen Filters, beispielsweise eines digitalen IIR-Filters. Bei diesem Schritt werden die hohen Frequenzen, die bei einem Sturz auftreten, isoliert. Niedrigere Frequenzen, die nicht von dem Sturz herrühren und stören, werden eliminiert.
Zweckmäßigerweise wird ein Filter mit einer geeigneten Filtercharakteristik eingesetzt, wie beispielsweise ein Filter mit einer Grenzfrequenz von 20 Hz. Geeignet ist beispielsweise ein Filter 4. Ordnung, beispielsweise ein sogenanntes Tschebyscheff-Filter Typ I.
In der anschließenden Tiefpassfilterung wird gewissermaßen eine Hüllkurve auf der Basis der Signale gebildet und das Rauschen wird geglättet. Hierfür wird wiederum vorzugsweise ein digitales Filter eingesetzt, beispielsweise ein digitales IIR-Filter mit einer geeigneten Filtercharakteristik, beispielsweise mit einer Grenzfrequenz von 0,8 Hz. Geeignet ist beispielsweise ein Filter 1. Ordnung, insbesondere ein sogenanntes Butterworthfilter 1. Ordnung.
Durch die anschließende Addition der resultierenden Signale bei einem zwei- oder mehrachsigen Sensor wird zu jedem Zeitpunkt ein einzelner Wert generiert, der mit einem vorgebbaren Sturzschwellwert vergleichbar ist. Durch die Addition der Werte über die Achsen, also die Bildung einer Summe, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders einfache und schnelle Auswertung der Sensordaten. Wenn der Sturzschwellwert von dem erfindungsgemäß ermittelten Wert überschritten wird, wird ein Sturz erkannt.
Der vorgebbare Schwellwert wird zweckmäßiger Weise an den Einsatzzweck bei der Sturzerkennung angepasst. Der Schwellwert für die Sturzerkennung eines Motorradfahrers ist dabei beispielsweise ein anderer als bei der Sturzerkennung eines Fußgängers. Darüber hinaus ist die Vorgabe des jeweiligen Schwellwertes von dem konkret eingesetzten Algorithmus abhängig. Beispielsweise sollte bei der Vorgabe des Schwellwertes berücksichtigt werden, ob und in welcher Form eine Potenzierung und/oder Radizierung der Werte erfolgt ist. Wenn beispielsweise nach der Hochpassfilterung eine Quadrierung durchgeführt und vor dem Vergleich mit dem Schwellwert die Quadratwurzel gezogen wurde, können geeignete Schwellwerte insbesondere in einem Bereich zwischen 10 und 50 m/s² liegen. Ein geeigneter Schwellwert für Motorradfahrer kann beispielsweise bei 30 m/s² oder für Fußgänger bei 15 m/s² liegen. Ohne Ziehen der Quadratwurzel würden die entsprechenden Schwellwerte in einem Bereich zwischen 100 und 2500 m²/s⁴ liegen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Sturzerkennung genutzt, um ein Signal, insbesondere ein Notrufsignal, abzusetzen. Durch die unmittelbare Erkennung eines Sturzes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und durch die Absetzung eines Notrufsignals können wertvolle Sekunden in der Rettungskette der gestürzten Person gewonnen werden, indem sehr schnell Hilfe herbeigerufen wird.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in das Verfahren zusätzlich Signale wenigstens eines Umgebungsluftdrucksensors einbezogen. Durch den damit messbaren Luftdruck oder gegebenenfalls der aus dem Luftdruck berechneten barometrischen Höhe kann die Güte der Sturzerkennung weiter verbessert werden. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere für die Sturzerkennung bei Personen, die sich verhältnismäßig langsam bewegen, beispielsweise bei Fußgängern. Dem liegt zugrunde, dass durch schnelle Bewegungen, beispielsweise wie beim Motorradfahren, durch den Fahrtwind das Luftdrucksignal zu stark mit Rauschen behaftet ist.
Vorzugsweise wird eine Differenz von maximalen und minimalen Signalen des Umgebungsluftdrucksensors vor und nach dem potentiellen Sturzereignis mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs kann ein Sturz erkannt und/oder das Erkennen eines Sturzes verifiziert oder widerlegt werden. Hierbei lässt das Signal des Umgebungsluftdrucksensors Rückschlüsse auf die barometrische Höhe zu, wobei aus den Luftdruckwerten mittels der barometrischen Höhenformel zumindest eine relative Höhe errechnet werden kann. Durch die Betrachtung von maximalen und minimalen Signalen des Umgebungsluftdrucksensors kann also erkannt werden, ob ein Höhenunterschied vorliegt. Ein Höhenunterschied kann eintreten, wenn eine Person aus der aufrechten vertikalen Position in eine horizontale Lage auf einer niedrigeren Höhe kommt, was auf einen Sturz hinweisen kann, wenn auch die Beschleunigungssignale gemäß der oben erläuterten Auswertung dies nahelegen.
Bei der Verarbeitung der Signale des Umgebungsluftdrucksensors werden die Signale vorzugsweise zunächst tiefpassgefiltert. Vorab oder anschließend können die Signale in eine daraus ableitbare barometrische Höhe umgerechnet werden. Nach einem potentiellen Sturzereignis, das insbesondere anhand der Beschleunigungssignale erkannt werden kann, werden vorzugsweise die maximalen Werte aus einem Intervall vor dem Sturzereignis von den minimalen Werte aus einem Intervall nach dem Sturzereignis abgezogen und so die Differenz gebildet. Diese Differenz wird mit einem negativen Schwellwert verglichen. Wenn die Differenz kleiner als der Schwellwert ist, kann das Ereignis als tatsächlicher Sturz qualifiziert bzw. verifiziert oder andernfalls gegebenenfalls widerlegt werden. Statt eines negativen Schwellwerts kann beispielsweise auch das Vorzeichen der gebildeten Differenz geändert werden und ein positiver Schwellwert verwendet werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Erkennung eines Sturzes, wobei diese Vorrichtung wenigstens einen mindestens einachsigen Beschleunigungssensor aufweist und zur direkten oder indirekten Befestigung an dem Körper einer Person vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Sensor ein mindestens zweiachsiger und besonders bevorzugt ein dreiachsiger Beschleunigungssensor. Diese Vorrichtung ist zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Bei der Vorrichtung kann es sich vorzugsweise um eine Vorrichtung zur direkten Befestigung am Handgelenk der Person handeln. Hierfür kann beispielsweise ein einfaches Armband verwendet werden, wobei die Vorrichtung dabei in Form einer Armbanduhr oder Vergleichbarem ausgestaltet sein kann. Durch Einstellung von geeigneten Schwellwerten kann die gleiche oder dieselbe Vorrichtung für unterschiedliche Anwendungszwecke eingerichtet werden, so kann beispielsweise ein Modus für Motorradfahrer und ein Modus für Fußgänger vorgesehen sein. Mit besonderem Vorteil ist die Vorrichtung weiterhin mit wenigstens einem Umgebungsluftdrucksensor ausgestattet, sodass die oben beschriebene bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung von Umgebungsluftdrucksensordaten durchgeführt werden kann.
Die Vorrichtung kann insbesondere für die Erfassung von Beschleunigungen in einem Wertebereich von bis zu +/- 150 m/s², beispielsweise von +/- 80 m/s² (entspricht circa +/- 8 g), mit einer Abtastrate von mindestens 50 Hz, beispielsweise 100 Hz, eingerichtet sein. Diese Wertebereiche eignen sich insbesondere für eine Sturzerkennung beispielsweise bei Motorradfahrern oder Fußgängern. Je nach Anwendung können jedoch auch andere Wertebereiche geeignet sein. Beispielsweise können auch Beschleunigungssensoren geeignet sein, die in einem Wertebereich von +/- 4 g oder in einem höheren Wertebereich arbeiten.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das für die Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm bzw. als maschinenlesbares Speichermedium oder als elektronisches Steuergerät hat den besonderen Vorteil, dass damit das erfindungsgemäße Verfahren auch bei vorhandenen Geräten, die mit einem entsprechenden dreiachsigen Beschleunigungssensor ausgestattet sind, in einfacher Weise implementiert werden kann, um so das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung eines Sturzes ohne weitere Hardware-Maßnahmen durchführen zu können.
Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für eine Sturzerkennung bei Motorradfahrern im Straßenverkehr oder auf einer Rennstrecke sowie auch bei vielen anderen Sportarten, beispielsweise bei Mountainbike-Fahrern, bei Downhill-Fahrern, bei Skifahrern und ähnlichem. Weiterhin eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für Fußgänger oder Läufer. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren von älteren Personen oder allgemein von Personen, die sturzgefährdet sind, genutzt werden, um im Notfall sehr schnell Hilfe herbeirufen zu können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergaben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
In den Zeichnungen zeigen:

1 schematische Darstellung der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Darstellung eines beispielhaften Algorithmus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine beispielhafte Darstellung von Beschleunigungssignalen, die erfindungsgemäß ausgewertet werden; und
3 eine beispielhafte Darstellung von Signalen eines Umgebungsluftdrucksensors, die erfindungsgemäß ausgewertet werden.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt in schematischer Weise die verschiedenen Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, mit der das erfindungsgemäße Verfahren zur Sturzerkennung bei einer Person durchgeführt werden kann. Dieses Verfahren ist als Blockdiagramm mit seinen einzelnen Verfahrensschritten als Algorithmus 100 dargestellt, der in der Vorrichtung 10 implementiert ist. Die Vorrichtung 10 ist beispielsweise als Gehäuse 11, das die verschiedenen Komponenten enthält, und das beispielsweise mit einem Armband am Handgelenk eines Benutzers befestigt werden kann, realisiert. Das Gehäuse 11 enthält einen dreiachsigen Beschleunigungssensor 12 und einen Mikroprozessor 13, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Algorithmus 100 eingerichtet ist. Zum Betrieb des Mikroprozessors 13 und zum Betrieb des Beschleunigungssensors 12 ist eine übliche Spannungsversorgung 14 vorgesehen. Weiterhin enthält die Vorrichtung 10 eine Userausgabe/Schnittstelle 15, die beispielsweise als Display für eine optische Signalgebung und/oder als akustischer Signalgeber und/oder als Schnittstelle für eine Signalweiterleitung, beispielsweise über Bluetooth, zur Absetzung eines Notrufs oder Ähnliches ausgestaltet sein kann. Für die Absetzung eines Notrufs kann beispielsweise ein GSM-Modul (Global System for Mobile communications) vorgesehen sein. Weiterhin kann die Vorrichtung 10 optional einen Umgebungsluftdrucksensor 16 enthalten. Durch eine Kombination mit dem Umgebungsluftdrucksensor (Barometer) 16 in der Vorrichtung 10 und dem damit messbaren Luftdruck bzw. der aus diesem ableitbaren barometrischen Höhe kann die Zuverlässigkeit und die Güte der Sturzerkennung weiter verbessert werden. Diese Erweiterung eignet sich vor allem für eine Sturzerkennung bei langsam sich bewegenden Personen, also insbesondere für Fußgänger.
Wenn die Vorrichtung 10 von einem Benutzer getragen wird, werden mit dem Beschleunigungssensor 12 die Beschleunigungen in den Sensorkoordinaten beispielsweise in einem Wertebereich von +/- 80 m/s² mit beispielsweise einer Abtastrate von 100 Hz in den drei Raumrichtungen a_x, a_y und a_z erfasst. Diese Signale werden in dem Mikroprozessor 13 gemäß dem beschriebenen Algorithmus 100 verarbeitet und ausgewertet. Hierfür werden in Schritt 110 die Signale mit einem Hochpassfilter (z. B. Tschebyscheff-Filter Typ 1, 4. Ordnung, Grenzfrequenz: 20 Hz) gefiltert und im Schritt 120 quadriert. Alternativ können auch andere geradzahlige Potenzen im Schritt 120 eingesetzt werden oder die Werte werden auf andere Weise in denselben Wertebereich überführt. Anschließend werden im Schritt 130 die drei quadrierten Signale tiefpassgefiltert (z. b. Butterworth-Filter 1. Ordnung, Grenzfrequenz: 0,8 Hz). Im Schritt 140 erfolgt eine Addition der drei resultierenden Signale. Im Schritt 150 kann aus dieser Summe die Wurzel gezogen werden. Dieser Schritt ist optional, wobei der im Schritt 160 angewandte Schwellwert entsprechend gewählt sein sollte. Der im Schritt 140 oder im Schritt 150 erhaltene Wert stellt ein Maß für die Energie bzw. die Vibration im hochfrequenten Bereich dar. Bei Anwendung des entsprechenden Schwellwertes im Schritt 160, in diesem Beispiel 30 m/s², wird beim Überschreiten des Schwellwertes ein Sturz erkannt. Wenn ein Sturz erkannt wird, kann über die Userausgabe 15 ein entsprechendes Signal, insbesondere ein Notruf, abgesetzt werden.
2 illustriert beispielhafte Beschleunigungssignale, die bei einem Sturz auftreten können, und deren Verarbeitung gemäß dem beschriebenen Algorithmus 100. Die 2 umfasst vier Diagramme (A bis D). Das Diagramm A zeigt die Rohdaten ax, ay und az des Beschleunigungssensors im Zeitverlauf zwischen 0 und 5 Sekunden. Dargestellt sind die Beschleunigungen in den drei Raumachsen in m/s², die in diesem Beispiel mit einer Frequenz von 100 Hz abgetastet werden. Als Sensor kann hierbei ein üblicher dreiachsiger Beschleunigungssensor verwendet werden. Die Signalverarbeitung dieser Signale erfolgt mit dem beschriebenen Verfahren, insbesondere mit dem in der 1 dargestellten Algorithmus 100. In dem ersten Schritt (Schritt 110) werden die Signale hochpassgefiltert (z. B. Tschebyscheff-Filter Typ 1, 4. Ordnung, Grenzfrequenz: 20 Hz), wobei die resultierenden Werte im Diagramm B dargestellt sind. Hierbei werden speziell die hohen Frequenzen, die bei einem Sturz auftreten, isoliert und die störenden niedrigen Frequenzen eliminiert. Anschließend erfolgt eine Quadrierung der drei gefilterten Signalverläufe (Schritt 120), sodass der negative Wertebereich in den positiven Bereich überführt wird. Die resultierenden Werte sind im Diagramm C dargestellt. Anschließend erfolgt eine Tiefpassfilterung (Schritt 130) mittels eines digitalen Filters (z. B. Butterworth-Filter 1. Ordnung, Grenzfrequenz: 0,8 Hz), wobei hierdurch in etwa die Einhüllenden (Hüllkurve) der vorherigen Signale erhalten werden und das Rauschen geglättet wird. Die tiefpassgefilterten Signale bzw. Kurven der drei Raumachsen werden summiert (Schritt 140) und in diesem Beispiel daraus die Wurzel gezogen (Schritt 150). Die Bildung der Quadratwurzel der gebildeten Summe ist optional und kann durch geeignete Anpassung des Schwellwertes (z. B. Quadrierung des Schwellwertes) entfallen. Das Diagramm D fasst die resultierenden Signale zusammen, wobei der Verlauf 151 das Resultat als Wurzel aus der Summe der tiefpassgefilterten Signale darstellt. Der Verlauf 151 ist in vergrößertem Maßstab (Y-Achse auf der rechten Seite) dargestellt. Weiterhin ist in Diagramm D der Schwellwert 161 dargestellt, der auf den Verlauf 151 angewandt wird. Der Schwellwert ist in diesem Beispiel auf 30 m/s² eingestellt und ist insbesondere für die Erkennung eines Sturzes bei Motorradfahrern geeignet. Mit dieser erfindungsgemäßen Auswertung der Beschleunigungssignale kann in diesem Beispiel zum Zeitpunkt 2,5 Sekunden ein Sturz festgestellt werden, da zu diesem Zeitpunkt der Signalverlauf 151 den Schwellwert 161 übersteigt. In diesem Fall kann beispielsweise ein automatischer Notruf abgesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 werden Signale eines Umgebungsluftdrucksensors 16 in die Auswertung mit einbezogen. Dies eignet sich vor allem für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Fußgängern. 3 zeigt ein Diagramm mit beispielhaften Signalen eines Umgebungsluftdrucksensors im Zeitverlauf (0 bis 5 Sekunden). Hierbei stellt die Kurve 310 die barometrische Höhe dar, welche durch Anwendung der barometrischen Höhenformel auf die mit dem Barometer (Umgebungsluftdrucksensor) gemessenen (Roh-)Signale in Pascal (Pa) berechnet wurde. Die Kurve 320 stellt die tiefpassgefilterten Werte der zuvor berechneten Höhe dar. Zu beachten ist dabei, dass das hier gewählte Filter eine relativ lange Einschwingphase hat, welche die angezeigten 5 s deutlich übersteigt. Das bedeutet, dass das Diagramm einen Ausschnitt aus einem längeren Signal darstellt, bei welchem sich das Filter und somit die gefilterte Höhe (Kurve 320) bereits eingeschwungen hat. Das erklärt die Tatsache, dass die gefilterte Höhe 320 zum Zeitpunkt t = 0 s vom Rohsignal bzw. der daraus berechneten Kurve 310 abweicht. Aus dem tiefpassgefilterten Signal 320 kann in einem Zeitintervall nach dem potentiellen Sturzereignis das Minimum bestimmt werden. Weiterhin wird das Maximum des tiefpassgefilterten Signals 320 aus einem Intervall vor dem Ereignis bestimmt. Das Minimum wird von dem Maximum subtrahiert und die Differenz mit einem negativen Schwellwert verglichen. Wenn die Differenz kleiner als der Schwellwert ist, wird das Ereignis als tatsächlicher Sturz qualifiziert. Eine vorgelagerte Umrechnung des Luftdrucks in eine Höhe ist optional und kann durch geeignete Adaption des Schwellwertes und gegebenenfalls durch Drehung des Vorzeichens des Luftdrucks entfallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0223833 A1 [0003]

Claims

Verfahren (100) zur Erkennung eines Sturzes einer Person auf der Basis von Sensorsignalen wenigstens eines mindestens einachsigen Beschleunigungssensors (12), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - die von dem wenigstens einen mindestens einachsigen Beschleunigungssensor (12) erfassten Signale werden mit einem Hochpassfilter (110) gefiltert, - die resultierenden Werte werden in denselben Wertebereich überführt, - die resultierenden Werte werden mit einem Tiefpassfilter (130) gefiltert, - die resultierende Werte werden mit einem vorgebbaren Schwellwert (161) verglichen (160) und - in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs wird ein Sturz erkannt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (12) mindestens zweiachsig, vorzugsweise dreiachsig ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefpassgefilterten Werte der mindestens zwei Achsen vor dem Vergleich (160) mit dem Schwellwert über die Achsen summiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführung der Werte in denselben Wertebereich durch Potenzierung mit einem geradzahligen Exponenten (120) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vergleich (160) mit dem vorgebbaren Schwellwert (161) die Werte radiziert (150) werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Sturzes ein Notrufsignal abgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Signale wenigstens eines Umgebungsluftdrucksensors (16) einbezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz von maximalen und minimalen Signalen des wenigstens einen Umgebungsluftdrucksensors (16) vor und nach dem potentiellen Sturzereignis mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Sturz erkannt und/oder das Erkennen eines Sturzes verifiziert oder widerlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem wenigstens einen Umgebungsluftdrucksensor (16) erfassten Signale mit einem Tiefpassfilter gefiltert werden.
Vorrichtung (10) zur Erkennung eines Sturzes, wobei die Vorrichtung wenigstens einen mindestens einachsigen Beschleunigungssensor (12) aufweist und zur direkten oder indirekten Befestigung an dem Körper einer Person vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) weiterhin wenigstens einen Umgebungsluftdrucksensor (16) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) für die Erfassung von Beschleunigungen in einem Wertebereich von bis zu +/-150 m/s² mit einer Abtastrate von mindestens 50 Hz eingerichtet ist.
Computerprogramm, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (13), das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.