一種人體防跌倒預警方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及可穿戴技術領域，尤其設及一種人體防跌倒預警方法及系統。
【背景技術】
[0002] 跌倒是指突發、不自主的、非故意的體位改變一-倒在地上或更低的平面上。據統 計，世界上每年都有大約424000例死亡與跌倒行為直接相關，跌倒是世界上造成意外傷害 死亡的第二大原因（僅次于交通事故）。研究表明，在65歲W上的老年人中，每年有跌1次或 多次跌倒經歷的比例高達1/3,其中20%~30%的老人在跌倒事件中會造成擦傷、髓部骨 折、頭部外傷等，并隨著年齡的增加而增加。在美國，每年用于跌倒的醫療總費用超過200億 美元。我國目前有約1.3億的老年人，每年約有2000萬老年人至少發生共計2500萬次跌倒事 故，直接醫療費用超過50億人民幣。由此可見，跌倒成為了威脅老年人生命安全和增加社會 負擔的重要因素。
[0003] 目前判斷跌倒主要有W下巧巾方法：1)基于視頻圖像的分析，對象的實時運動由攝 像頭監測，其不足是不能保證用戶的隱私安全，且使用場景受限，成本昂貴;2)基于聲頻信 號的分析，由分析沖擊導致振動的頻率部分判斷跌倒事件，但此類設備安裝比較復雜，資金 投入也比較大;3)基于穿戴式的裝置檢測。考慮用戶的隱私權和盡可能減少干擾用戶生活 方式，穿戴式的裝置是最適合的。穿戴式的跌倒檢測/監測及報警裝置，一般都是基于慣性 傳感單元的。目前常見"跌倒報警器"的傳感模塊一般采用單一的Ξ軸加速度計，測量精度 和數據模態受限，或所采用的闊值算法不夠優良，最大的缺陷是只能實現跌倒報警，即發生 跌倒后的報警、求助，而不能做到預判跌到風險并提醒用戶。
[0004] 中國發明專利201210472813.1公布了一種跌倒檢測自動報警腰帶，包括腰帶和檢 測裝置，其檢測裝置采用加速度檢測模塊，通過檢測用戶的Ξ軸加速度信息(所采用的模塊 為飛思卡爾ΜΜΑ7455Ξ軸加速度傳感器，處理器為單片機）W判斷用戶是否處于跌倒狀態， 可自動通過GI^模塊獲取用戶位置信息并通過GSM模塊發送求教短信到監護人手機上，便于 在人體跌倒后開展及時救治。
[0005] 中國發明專利201410134724.5公開了一種跌倒監測報警系統，包括耳機部和移動 通信終端部，耳機部能夠持續獲取人體的加速度數據、身體角度數據等信息，移動通信終端 部接收耳機部數據，判斷是否滿足跌倒條件，判斷為跌倒狀態則會先向服務器端發送跌倒 報警和定位信息。運種方式通信終端設計比較靈活，但是耳機端需要長時間佩戴在耳朵部 位，易造成人體不適，且實時采集數據功耗高，耳機體積小，電池容量低，不適于長時間佩戴 使用。
[0006] 實用新型專利201520186743.2公開了一種跌倒報警背屯、，包括緊急報警開關、加 速傳感器、信號發射器和定位模塊幾部分，當檢測到發生跌倒，會通過信號發射器發送救助 信息到信號接收器，請求救助。該背屯、穿戴方便，具有通信和定位等功能，但是缺乏必要的 防護機制和預警功能。
[0007] 上述技術具有W下缺陷：1)未實現跌倒前的預警。目前常見"跌倒報警器"的傳感 模塊一般采用單一的Ξ軸加速度計，測量精度和數據模態受限，或所采用的闊值算法不夠 優良，因此僅能實現人體跌倒后的報警功能而不能實現跌倒前的預警。雖然在中國發明專 利201210561342.1設及到了 "預警"，但其實現方式是基于視頻圖像分析的，如前面所述，不 利于保證用戶隱私，且僅僅主要針對居家監測數據，致其應用場景大大受限，從而不太可能 進而實現即時的防跌倒干預措施及實時防護。
[0008] 2)功能單一、接口簡單:已公開的預警器大多只實現簡單的預警提示功能，而預警 器作為用戶貼身佩戴的東西，實際上是一個很重要的數據采集平臺。如果配置一定的接口 和硬件設備，即可W通過網絡與用戶的監護人連接、也可W與自己的移動設備互聯，甚至還 可W實現社交的功能。
[0009] 3)佩戴使用不夠方便:一部分跌倒報警裝置采用了加速度計模塊、姿態傳感器模 塊及壓力傳感器模塊等多模塊組合方式，雖然理論上有利于提高跌倒判斷的準確度，但多 個傳感模塊必然也會增加裝置的體積和功耗，影響了佩戴和使用的方便性。另外，多個傳感 模塊的數據融合處理對微處理器及闊值算法在精度尤其是速度方面提出了更高的要求。另 夕h理論上傳感器模塊越接近于人體，測得的傳感數據就越準確，在實際應用中，多模塊的 組合能否真正有效提高跌倒判斷的準確度還有待進一步驗證。
[0010] 4)跌倒準確性判斷不理想：目前的跌倒判斷裝置大多主要是僅依靠加速度來判斷 跌倒事件的發生，但人體日程運動非常復雜，而跌倒又通常是一瞬間發生的意外行為（1~2 秒），依靠較少或單一的人體運動姿態信息來預測跌倒的可靠性不高(多傳感器模塊組合方 式的分析見上一條，此處不再寶述），當人體有跌倒傾向而未能及時判斷出時，就起不到預 警效果，當人體沒有跌倒傾向而做出誤判斷時，必然給穿戴者帶來不便。
[0011] 5)防護設備不夠便攜、穿戴不便:實用新型專利201220626477.7公開的防護服能 夠提供大面積的防護，但是穿戴特別麻煩、不利于老年人等行動不便的人穿戴，且沒有相應 的跌倒檢測算法，只是簡單的物理防護；中國發明專利201410141280.8、201510038329.1等 公開的遠程跌倒監護智能拐杖、防跌倒座椅等，只能部分實現跌倒防護功能，使用場景受 限，無法大規模普及到整個老年人群體。
【發明內容】
[0012] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種人體防跌倒預警方法及系統。
[0013 ]本發明一方面提供了一種人體防跌倒預警方法，所述人體防跌倒預警方法包括： [0014]實時采集多個采樣點的被監測對象的Ξ軸加速度信息、Ξ軸角速度信息和Ξ軸地 磁場?目息；
[00巧]根據所述Ξ軸加速度信息計算被監測對象在各采樣點的合加速度；
[0016] 根據各采樣點的所述Ξ軸加速度信息、Ξ軸角速度信息和Ξ軸地磁場信息生成歐 拉角差值序列；
[0017] 根據各采樣點的合加速度及預設的合加速度闊值判斷被監測對象的運動狀態是 否為疑似跌倒狀態；
[0018] 如果是，根據由所有采樣點的合加速度得到的合加速度均值及預設的合加速度均 值闊值，結合所述歐拉角差值序列及預設的歐拉角差值闊值判斷被監測對象是否有跌倒傾 向；
[0019] 在被監測對象有跌倒傾向時生成報警信息，w在被監測對象跌倒前進行報警。
[0020] 在一實施例中，所述人體防跌倒預警方法還包括:氣囊執行機構根據所述報警信 息刺破其中的氣瓶W對其中的氣囊進行充氣，W在人體跌倒時提供緩沖。
[0021] 在一實施例中，所述人體防跌倒預警方法還包括:在生成所述報警信息后開始計 時，判斷所述被監測對象是否在一預設報警時間內取消所述報警信息，若否，則在計滿所述 預設報警時間后將所述報警信息發送給監護人。
[0022] 在一實施例中，所述人體防跌倒預警方法還包括:對采集到的各采樣點的所述Ξ 軸加速度信息、Ξ軸角速度信息和Ξ軸地磁場信息進行卡爾曼濾波。
[0023] 在一實施例中，根據所述Ξ軸加速度信息計算被監測對象在各采樣點的合加速 度，包括：
[0024] 根據所述Ξ軸加速度信息，利用加速度模量算法計算被監測對象在各采樣點的合 加速度As?:
[0025]
[0026] 其中，Ax、Ay、Az分別為被監測對象在同一采樣點處的；個軸向的加速度。
[0027] 在一實施例中，根據各采樣點的所述Ξ軸加速度信息、Ξ軸角速度信息和Ξ軸地 磁場信息生成歐拉角差值序列：
[0028] 將所述Ξ軸加速度信息、Ξ軸角速度信息和Ξ軸地磁場信息融合成歐拉角，所述 歐拉角包括航向角、俯仰角及橫滾角；
[0029] 對所述航向角、俯仰角及橫滾角分別進行差分，得到包含所述航向角差值、俯仰角 差值及橫滾角差值的序列：
[0030]
[0031 ]其中，yaw為航向角，pitch為俯仰角，roll為橫滾角，k為當前采樣時刻，k-：L為上一 采樣時刻。
[0032] 在一實施例中，根據各采樣點的合加速度及預設的合加速度闊值判斷被監測對象 的運動狀態是否為疑似跌倒狀態，包括：
[0033] 當至少一采樣點的合加速度大于所述合加速度闊值時，判定所述被監測對象的運 動狀態為疑似跌倒狀態。
[0034] 在一實施例中，根據由所有采樣點的合加速度得到的合加速度均值及預設的合加 速度均值闊值，結合所述歐拉角差值序列及預設的歐拉角差值闊值判斷被監測對象是否有 跌倒傾向，包括：
[0035] 根據各采樣點的所述合加速度，計算被監測對象的合加速均值；
[0036] 當所述合加速度均值大于預設的合加速度均值闊值，并且至少一個所述歐拉角差 值的絕對值大于所述歐拉角差值闊值時，判定所述被監測對象具有跌倒傾向。
[0037] 本發明另一方面還提供了一種人體防跌倒預警系統，所述人體防跌倒預警系統包 括：
[0038] 傳感器單元，用于實時采集多個采樣點的被監測對象的Ξ軸加速度信息、Ξ軸角 速度信息和Ξ軸地磁場信息；
[0039] 合加速度計算單元，用于根據所述Ξ軸加速度信息計算被監測對象在各采樣點的 合加速度；
[0040] 歐拉角差值序列生成單元，用于根據各采樣點的所述Ξ軸加速度信息、Ξ軸角速 度信息和Ξ軸地磁場信息生成歐拉角差值序列；
[0041] 第一判斷單元，用于根據各采樣點的合加速度及預設的合加速度闊值判斷被監測 對象的運動狀態是否為疑似跌倒狀態；
[0042] 第二判斷單元，用于在所述第一判斷單元判斷被監測對象的運動狀態為疑似跌倒 狀態時，根據由所有采樣點的合加速度得到的合加速度均值及預設的合加速度均值闊值， 結合所述歐拉角差值序列及預設的歐拉角差值闊值判斷被監測對象是否有跌倒傾向；
[0043] 報警信息生成單元，用于在被監測對象有跌倒傾向時生成報警信息，W在被監測 對象跌倒前進行報警。
[0044] 在一實施例中，所述人體防跌倒預警系統還包括：
[0045] 計時單元，用于在生成所述報警信息后開始計時；
[0046] 第Ξ判斷單元，用于判斷所述被監測對象是否在一預設報警時間內取消所述報警 信息。
[0047] 在一實施例中，所述人體防跌倒預警系統還包括:定位單元，用于采集所述被監測 對象的地理位置數據。
[0048] 在一實施例中，所述人體防跌倒系統還包括:通信單元，用于在計滿所述預設報警 時間后將所述報警信息發送給監護人，所述報警信息包括所述地理位置數據。
[0049] 在一實施例中，所述人體防跌倒預警系統還包括：
[0050] 卡爾曼濾波單元，用于對采集到的各采樣點的所述