一種跌倒檢測方法和可穿戴式跌倒檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種跌倒檢測方法和可穿戴式跌倒檢測裝置，該方法包括：利用氣壓傳感器采集氣壓值，計算氣壓變化率；在氣壓變化率大于變化率門限值a1時，記錄下當前時刻t0以及對應時刻的氣壓值m；將從當前時刻t0開始至時刻t1結束的時間段內的氣壓值和氣壓變化率存儲到存儲模塊，并獲取氣壓值的最大值max_1和氣壓變化率的最大值max_2；判斷max_1、max_2、m與變化率門限值a2、氣壓門限值b、c之間是否滿足：max_2>a2且b<max_1?m<c；若滿足，則判斷用戶跌倒；若不滿足，則清空存儲模塊，繼續監測氣壓變化率。通過氣壓值和氣壓變化率判斷用戶是否跌倒，過程簡單、易實現，實時性和準確率較高。
【專利說明】
一種跌倒檢測方法和可穿戴式跌倒檢測裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及智能電子設備技術領域，特別涉及一種跌倒檢測方法和可穿戴式跌倒 檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 跌倒是造成老年人群傷殘、失能和死亡的重要因素，嚴重影響老年人的身心健康。 隨著人口老齡化問題的日趨突出，老年人跌倒發生率也相應增高，積極關注、有效預防老年 人跌倒是造福老年人服務的一項非常重要的內容。
[0003] 目前，市場上相關的老年人監護產品只是單純通過加速度傳感器和陀螺儀檢測老 人跌倒情況，需要采集各種行為情況下的傳感器的數據，對數據的特征進行分析，但是各種 行為類型較為復雜，檢測準確率不高，大部分跌倒檢測方案算法復雜、時效性差、很難工程 化，實用性不強，對于危害嚴重的跌倒事件來說，還不足以完全監護使用者的行走安全。
【發明內容】
[0004] 為了解決現有的跌倒檢測方案算法復雜、時效性差、準確率不高的問題，本發明提 供了一種跌倒檢測方法和可穿戴式跌倒檢測裝置。
[0005] 依據本發明的一個方面，本發明提供了一種跌倒檢測方法，包括：
[0006] 在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置氣壓傳感器，利用所述氣壓傳感器監測用戶所 處環境的大氣壓強，按照設定的采樣間隔At采集氣壓值，并實時計算出氣壓變化率；
[0007] 對氣壓變化率進行監測，在氣壓變化率大于預先設定的第一變化率門限值&1時， 記錄下當前時刻to以及對應時刻的氣壓值m;
[0008] 將從當前時刻to開始至時刻^結束的第一設定時間段內的氣壓值和氣壓變化率存 儲到存儲模塊中，并獲取其中的氣壓值的最大值max_l和氣壓變化率的最大值max_2;
[0009] 判斷氣壓值的最大值max_l、氣壓變化率的最大值max_2、t〇時刻的氣壓值m與預先 設定的第二變化率門限值a2、第一氣壓門限值b、第二氣壓門限值c之間是否滿足以下關系：
[0010] max_2>a2且b〈max_l_m〈c;
[0011] 若滿足上述關系，則判斷用戶跌倒；
[0012] 若不滿足上述關系，則清空所述存儲模塊中存儲的氣壓值及氣壓變化率，繼續監 測氣壓變化率。
[0013] 其中，預先設定波動誤差值d，在判斷出用戶跌倒之后，所述方法還包括：
[0014] 將從時刻^開始至時刻t2結束的第二設定時間段內的氣壓值存儲到存儲模塊中， 若氣壓值始終在區間[max_l_d，max_l+d]內波動，則判斷用戶跌倒之后未起身，將用戶跌倒 的相關信息存儲到所述存儲模塊中；否則判斷用戶跌倒之后起身，將用戶跌倒的相關信息 存儲到存儲模塊中，清空所述存儲模塊中存儲的氣壓值及氣壓變化率，繼續監測氣壓變化 率。
[0015] 其中，所述方法還包括：
[0016] 在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置蜂鳴器/揚聲器，在判斷出用戶跌倒或者判斷 出用戶跌倒之后未起身時，通過所述蜂鳴器/揚聲器發出報警信號；
[0017] 和/或，在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置移動通信模塊，通過所述移動通信模塊 向預先設定的終端設備發送用戶跌倒的報警信號；
[0018] 和/或，在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置加速度傳感器和陀螺儀，利用所述加速 度傳感器和陀螺儀獲取用戶行為的加速度和角速度，結合用戶跌倒時的加速度和角速度， 判斷用戶跌倒的方式及方向；
[0019] 和/或，在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置溫度傳感器，通過所述溫度傳感器記錄 用戶跌倒時的環境溫度。
[0020] 其中，所述按照設定的采樣間隔△ t采集氣壓值，并實時計算出氣壓變化率包括：
[0021 ] 對于每一個時刻k，計算該時刻氣壓值的預測值XiT，XiT = Xk-i+(Xk-i-Xk-2);
[0022]若預測值XiT與該時刻所述氣壓傳感器采集到的氣壓值Xk之間的差值超過預設的 誤差限度值e，即| Xk_X!T | >e，則將記錄的氣壓值Xk修正為預測值Χ!Γ;
[0023]對于每一個時刻k，根據修正后的氣壓值，米用中心差分的方法實時計算該時刻氣 壓變化率
[0024] 其中，所述采樣間隔Δ t = 20ms;
[0025] 所述第一變化率門限值&1=(3~4)Pa/s;
[0026] 所述第二變化率門限值a2 = (8~10) Pa/ s;
[0027] 所述第一氣壓門限值b = (8~10)Pa;
[0028] 所述第二氣壓門限值c = (15~18)Pa;
[0029] 所述波動誤差值d=(l~1.5)Pa;
[0030] ti-tQ= (2 ~4)s;t2-ti= (60 ~90)s〇
[0031] 依據本發明的另一方面，本發明提供了一種可穿戴式跌倒檢測裝置，包括氣壓傳 感器、控制器和存儲模塊；
[0032] 所述氣壓傳感器，用于監測用戶所處環境的大氣壓強，按照設定的采樣間隔At采 集氣壓值，并將采集到的氣壓值傳輸給所述控制器；
[0033] 所述控制器，用于根據所述氣壓傳感器采集到的氣壓值實時計算出氣壓變化率； 當氣壓變化率大于預先設定的第一變化率門限值曰:時，記錄當前時刻to以及對應時刻的氣 壓值m，并將從當前時刻to開始至時刻七結束的時間段內的氣壓值和氣壓變化率存儲到所述 存儲模塊中，并獲取其中的氣壓值的最大值max_l和氣壓變化率的最大值max_2;判斷氣壓 值的最大值max_l、氣壓變化率的最大值max_2、to時刻的氣壓值m與預先設定的第二變化率 門限值a 2、第一氣壓門限值b、第二氣壓門限值c之間是否滿足以下關系:πι&Χ_2>&??3〈πι &Χ_ l-m〈c;若滿足上述關系，則判斷用戶跌倒;若不滿足上述關系，則清空所述存儲模塊中存儲 的氣壓值及氣壓變化率，并繼續監測氣壓變化率。
[0034] 其中，所述控制器還用于，在判斷用戶跌倒之后，將從時刻tl開始至時刻t2結束的 時間段內的氣壓值存儲到所述存儲模塊中；若所述氣壓值始終在區間[max j_d，max_l+d] 內波動，則判斷用戶跌倒之后未起身，將用戶跌倒的相關信息存儲到所述存儲模塊中；否則 判斷用戶跌倒之后起身，將用戶跌倒的相關信息存儲到存儲模塊中，清空所述存儲模塊中 存儲的氣壓值及氣壓變化率，繼續監測氣壓變化率;其中d為預先設定的波動誤差值。
[0035] 其中，所述裝置還包括蜂鳴器/揚聲器、移動通信模塊、加速度傳感器和陀螺儀以 及溫度傳感器；
[0036] 所述蜂鳴器/揚聲器，用于在所述控制器判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶跌倒之 后未起身時，發出報警信號；
[0037] 所述移動通信模塊，用于在所述控制器判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶跌倒之后 未起身時，向預先設定的終端設備發送用戶跌倒的報警信號；
[0038] 所述加速度傳感器和陀螺儀，用于獲取用戶行為的加速度數據和角速度數據;所 述控制器，還用于結合用戶跌倒時的加速度和角速度，判斷用戶跌倒的方式及方向；
[0039] 所述溫度傳感器，用于記錄用戶跌倒時的環境溫度。
[0040] 其中，所述控制器還用于，對于每一個時刻k，計算該時刻氣壓值的預測值Xk'xr rXi^+Uk-i-Xi^);若預測值Xk_與該時刻所述氣壓傳感器采集到的氣壓值Xk之間的差值超 過預設的誤差限度值e，即| Xk-XiT | >e，則將所述存儲模塊記錄的氣壓值Xk修正為預測值ΧιΓ; 對于每一個時刻k，根據修正后的氣壓值，采用中心差分的方法計算該時刻氣壓變化率
[0041] 其中，所述采樣間隔Δ t = 20ms;
[0042] 所述第一變化率門限值&1 = (3~4) Pa/s;
[0043] 所述第二變化率門限值a2 = (8~10) Pa/ s;
[0044] 所述第一氣壓門限值b = (8~10)Pa;
[0045] 所述第二氣壓門限值c = (15~18)Pa;
[0046] 所述波動誤差值d=(l~1.5)Pa;
[0047] ti_to= (2 ~4)s;t2-ti= (60 ~90)s。
[0048] 本發明實施例的有益效果是:本方案通過在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置氣壓 傳感器監測大氣壓強，采集反映用戶高度變化的氣壓值并計算出氣壓變化率，通過高度的 變化范圍和變化速率來判斷用戶是否跌倒，相比于利用陀螺儀和加速度傳感器判斷用戶是 否跌倒，本方案判斷過程簡單、容易實現，具有較強的實時性，并且準確率更高。進一步地， 本方案在判斷用戶跌倒之后的一段時間內繼續監測氣壓值，若氣壓值始終在氣壓最大值附 近波動，則判斷用戶跌倒之后未起身，可以反映用戶因跌倒而受到傷害的嚴重程度，作為救 助的參考數據。在一優選實施例中，在判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶跌倒之后未起身時， 通過述蜂鳴器/揚聲器發出報警信號；和/或，通過移動通信模塊向預先設定的終端設備發 送用戶跌倒的報警信號，從而在用戶跌倒時可以及時發出報警信號，使跌倒的用戶能夠盡 快得到救助。在另一優選實施例中，通過對采集的氣壓值數據做平滑校正，當采集值與預測 值相差過大時，將采集值作為一個干擾數據，用預測值代替，從而避免了在監測大氣壓強的 過程中采集的干擾數據對判斷用戶運動狀態的不良影響。在再一優選實施例中，還可以在 用戶佩戴的可穿戴式設備中設置加速度傳感器和陀螺儀，結合用戶跌倒時的加速度和角速 度判斷用戶跌倒的方式及方向，提高跌倒監測的精度。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發明實施例提供的一種跌倒檢測方法的流程圖；
[0050] 圖2為用戶在跌倒及正常行為下傳感器數據曲線示意圖；
[0051] 圖3為本發明實施例提供的一種可穿戴式跌倒檢測裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0052] 本發明的設計構思是：由于高度的變化是跌倒與其他行為狀況的重要區別所在， 因此利用氣壓傳感器監測大氣壓強，通過采集的氣壓值和計算出的氣壓變化率來反映用戶 高度的變化，通過高度的變化范圍和變化速率來判斷用戶是否跌倒。
[0053]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0054]圖1為本發明實施例提供的一種跌倒檢測方法的流程圖。如圖1所示，本發明實施 例提供的跌倒檢測方法包括：
[0055]步驟S101:在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置氣壓傳感器，利用該氣壓傳感器監 測用戶所處環境的大氣壓強，按照設定的采樣間隔At采集氣壓值，并實時計算出氣壓變化 率。
[0056]通常高度越高的位置大氣壓強越低，因此氣壓傳感器采集的氣壓值的變化反應了 用戶高度的變化，當用戶跌倒時，高度由高變低，并且高度變化的速率較大，高度的變化是 跌倒與其他行為狀況的非常重要的區別所在，但是目前僅通過加速度傳感器和陀螺儀檢測 跌倒情況無法反應用戶跌倒時的高度變化，因此本發明實施例采用氣壓傳感器監測大氣壓 強，并實時計算氣壓變化率，據此來判斷用戶的行為狀態，直觀、實用性強，并且準確率高。 [0057]步驟S102:對氣壓變化率進行監測，判斷氣壓變化率是否超過預先設定的第一變 化率門限值ai。當氣壓變化率大于預先設定的第一變化率門限值 &1時，執行步驟S103;否則， 返回步驟S101，繼續實時計算氣壓變化率。
[0058]當用戶跌倒時，高度的變化率較大，因此氣壓變化率也較大。預先設置第一變化率 門限值ax，當監測到氣壓變化率大第一變化率門限值&1時，反映出用戶高度變化的速率較 大，可初步判斷用戶可能跌倒。
[0059] 步驟S103:記錄下當前時刻to以及對應時刻的氣壓值m。
[0060]將時刻to作為用戶跌倒這一過程的初始時刻。
[0061 ]步驟S104:將從當前時刻to開始至時刻11結束的第一設定時間段內的氣壓值和氣 壓變化率存儲到存儲模塊中，并獲取其中的氣壓值的最大值max_l和氣壓變化率的最大值 max_2 〇
[0062]根據經驗或實驗，設置一個合理的時間段，如果用戶跌倒，那么在該時間段內可以 完成跌倒的整個過程，并且該時間段也不宜過長，否則會增加判斷的時間，降低時效性。本 實施例在從當前時刻to開始至時刻tl結束的時間段判斷用戶是否摔斷，將該時間段內采集 到的氣壓值和計算出的氣壓變化率存儲到存儲模塊中，并獲取其中的氣壓值的最大值max_ 1和氣壓變化率的最大值max_2,氣壓值的最大值max_l反映了用戶跌倒時的最低高度，氣壓 變化率的最大值max_2反映了用戶跌倒過程中豎直向下的最大速率。
[0063]步驟S105:判斷氣壓值的最大值max_l、氣壓變化率的最大值max_2、to時刻的氣壓 值m與預先設定的第二變化率門限值a2、第一氣壓門限值b、第二氣壓門限值c之間是否滿足 以下關系:max_2>a2且b〈max_l-m〈c。若滿足上述關系，則繼續執行步驟S106;否則，執行步 驟S107。
[0064] 用戶跌倒的過程中，高度的變化率會很大，即用戶豎直向下速率會很大，并且從開 始跌倒的一個時間段內，該速率會逐漸增大，因此設定一個大于第一變化率門限值ai的第 二變化率門限值 &2，只有max_2>adt，用戶才有可能跌倒，否則即使用戶的高度變化很大，也 不能判斷用戶跌倒。例如用戶下樓梯或坐下的過程中，雖然高度變化很大，即氣壓值變化很 大，但是由于氣壓變化率還不夠大，不能滿足max_2>a 2,因此不能判斷用戶跌倒。
[0065] 如果用戶跌倒，那么用戶的高度必然會發生一定的變化，只有高度的變化在一個 合理的范圍內，用戶才有可能是跌倒了。氣壓最大值max_l可以反映用戶跌倒時的最低高 度，max_l-m則反映了在從當前時刻to開始至時刻七結束的時間段內，用戶高度變化的最大 值。
[0066] 首先，高度的變化不能太小，例如用戶在手部佩戴設置有氣壓傳感器的可穿戴設 備，當用戶正常行走時手臂擺動可能造成氣壓變化率很大，但是這一過程中的氣壓值的變 化很小，也就是說用戶高度變化很小，不能判斷用戶跌倒，因此設定第一氣壓門限值b，只有 當max_l-m>b時，用戶才有可能跌倒。
[0067] 其次，高度的變化不能過大，例如用戶在頭部佩戴設置有氣壓傳感器的可穿戴設 備，那么用戶跌倒時的高度變化就不應該大于用戶的身高，因此設定第二氣壓門限值c，只 有當max_l-m〈 C時，用戶才有可能跌倒，例如用戶在下電梯的過程中，氣壓變化率較大，滿足 max_2>a2的條件，但是氣壓值的變化過大，超出了合理的范圍，仍然不能判斷用戶跌倒。 [0068] 步驟S106:判斷用戶跌倒。
[0069]步驟S107:清空存儲模塊中存儲的氣壓值及氣壓變化率，之后返回步驟S101，繼續 監測氣壓變化率。
[0070] 在判斷用戶跌倒后，可以將用戶跌倒的相關信息存儲到存儲模塊中，相關信息可 以包括用戶跌倒的時間和位置等信息，用戶跌倒之后是否起身可以反映用戶因跌倒而受到 傷害的嚴重程度，因此為了獲取用戶在跌倒之后的狀況，預先設定波動誤差值d，在判斷出 用戶跌倒之后，本發明提供的跌倒檢測方法還進一步包括：
[0071] 步驟S108:將從時刻七開始至時刻^結束的第二設定時間段內的氣壓值存儲到存 儲模塊中。
[0072] 步驟S109:判斷氣壓值是否始終在區間[max j-d，max j+d]內波動，若是，則繼續 執行步驟S110;否則，執行步驟S111。
[0073] 步驟S110:判斷用戶跌倒之后未起身，將用戶跌倒的相關信息存儲到存儲模塊中， 例如，可以存儲用戶跌倒的時間和位置等信息，并注明用戶該次跌倒之后一段時間內沒有 起身。
[0074] 步驟S111:判斷用戶跌倒之后起身，將用戶跌倒的相關信息存儲到存儲模塊中，例 如，可以存儲用戶跌倒的時間和位置等信息，還可以存儲用戶該次跌倒至起身之間的時間 間隔，如用戶跌倒2秒之后起身。之后，返回步驟S107。
[0075] 如果用戶因跌倒而受到的傷害并不嚴重，那么用戶應當可以在從時刻七開始至時 刻^結束的時間段內起身，氣壓傳感器采集到的氣壓值應該會降低到用戶跌倒之間的水 平，因此一旦在從時刻t開始至時刻t 2結束的時間段內氣壓傳感器采集到的氣壓值均在 max_l附近波動，可以判斷用戶跌倒之后沒有起身。
[0076] 需要說明的是，上述各門限值可以通過實驗積累數據之后調試確定，大量的實驗 數據可以保證設定的門限值適當，有助于準確判斷用戶的運動狀態。在本發明的一個優選 實施例中，采樣間隔Δ t = 20ms，第一變化率門限值ai = (3~4)Pa/s，第二變化率門限值a2 = (8~10)Pa/s，第一氣壓門限值b=(8~10)Pa，第二氣壓門限值c=(15~18)Pa，波動誤差值 d = (1~1.5)Pa，ti_to = (2~4)s，t2_ti= (60~90)s。在本優選實施例中，利用上述參數可 以準確判斷用戶的運動狀態。
[0077] 在一優選實施例中，本發明提供的跌倒檢測方法還包括:在用戶佩戴的可穿戴式 設備中設置蜂鳴器/揚聲器，和/或設置移動通信模塊，在判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶 跌倒之后未起身時，通過該蜂鳴器/揚聲器發出報警信號；和/或，通過該移動通信模塊，如 GPRS模塊，向預先設定的終端設備發送用戶跌倒的報警信號，如向監護人的手機發送報警 信號。從而在用戶跌倒時可以及時發出報警信號，使跌倒的用戶能夠盡快得到救助。
[0078] 在另一優選實施例中，本發明提供的跌倒檢測方法還包括：
[0079] 在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置加速度傳感器和陀螺儀，利用該加速度傳感器 和陀螺儀獲取用戶行為的加速度和角速度。結合加速度傳感器和陀螺儀獲取的用戶跌倒時 的加速度和角速度，判斷用戶跌倒的方式及方向，如被障礙物泮倒、緩慢摔倒及用戶跌倒時 前傾、后傾、側傾的情況。對用戶未跌倒的正常行為，例如正常行走、下樓梯、下電梯、坐下 等，也可以綜合氣壓傳感器、加速度傳感器和陀螺儀的檢測數據進行判斷。如圖2所示，圖2 為用戶在跌倒及正常行為下傳感器數據曲線示意圖。
[0080] 在再一優選實施例中，還可以在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置溫度傳感器，通 過該溫度傳感器記錄用戶跌倒時的環境溫度，在利用移動通信模塊向預先設定的終端設備 發送用戶跌倒的報警信號的同時也發送環境溫度，作為救助用戶的參考信息。
[0081] 在利用氣壓傳感器監測大氣壓強，采集氣壓值的過程中，可能會采集到一些干擾 數據，影響對用戶運動狀態的判斷，因此，本發明的優選實施例提供的跌倒檢測方法還包括 數據平滑校正的過程，具體為：
[0082] 對于每一個時刻k，計算該時刻氣壓值的預測值XiT = Xk-i+(Xk-i_Xk-2)，其中ΧιΓ為當 前時刻k對應的氣壓值的預測值，Xk-iS存儲模塊中記錄的前一時刻k-i對應的氣壓值;若預 測值ΧιΓ與該時刻氣壓傳感器采集到的氣壓值x k之間的差值超過預設的誤差限度值e，即 Xk-XiT | >e，判斷采集到的氣壓值Xk為一個干擾數據，將記錄的氣壓值Xk修正為預測值ΧιΓ。
[0083] 然后，根據修正后的氣壓值，采用中心差分的方法實時計算該時刻氣壓變化率
[0084] 基于相同的發明構思，本發明實施例還提供了一種可穿戴式跌倒檢測裝置。圖3為 本發明實施例提供的一種可穿戴式跌倒檢測裝置的結構示意圖。如圖3所示，本發明實施例 提供的可穿戴式跌倒檢測裝置包括氣壓傳感器310、控制器320和存儲模塊330;
[0085] 氣壓傳感器310監測用戶所處環境的大氣壓強，按照設定的采樣間隔At采集氣壓 值，并將采集到的氣壓值傳輸給控制器320。
[0086] 控制器320根據氣壓傳感器310采集到的氣壓值實時計算出氣壓變化率;當氣壓變 化率大于預先設定的第一變化率門限值&1時，記錄當前時刻to以及對應時刻的氣壓值m，并 將從當前時刻to開始至時刻結束的時間段內的氣壓值和氣壓變化率存儲到存儲模塊330 中，并獲取其中的氣壓值的最大值max j和氣壓變化率的最大值max_2;判斷氣壓值的最大 值max_l、氣壓變化率的最大值max_2、to時刻的氣壓值m與預先設定的第二變化率門限值a 2、 第一氣壓門限值b、第二氣壓門限值c之間是否滿足以下關系:max_2>a2且13〈1^^111〈(3，其 中，氣壓最大值max_l反映用戶跌倒時的最低高度，max_l-m反映在從當前時刻to開始至時 刻七結束的時間段內，用戶高度變化的最大值，氣壓變化率最大值max_2反映用戶跌倒時豎 直向下的最大速率;若滿足上述關系，則判斷用戶跌倒;若不滿足上述關系，則清空存儲模 塊330中存儲的氣壓值及氣壓變化率，并繼續監測氣壓變化率。其中，c與b的數值差與用戶 的身尚有關。
[0087]用戶跌倒時，其高度變化的速率會很快，即氣壓變化率會很大，并且在這一過程中 用戶的高度必然會發生一定的變化，只有高度的變化在一個合理的范圍內，用戶才有可能 是跌倒了，氣壓值變化的范圍過大或過小都不能判斷用戶跌倒。
[0088] 優選地，在判斷用戶跌倒之后，控制器320還進一步將從時刻t開始至時刻t2結束 的時間段內的氣壓值存儲到存儲模塊330中，若從時刻t開始至時刻t2結束的時間段內的氣 壓值始終在區間[max_l-d，max_l+d]內波動，則控制器320判斷用戶跌倒之后未起身，將用 戶跌倒的相關信息存儲到存儲模塊330中，如用戶跌倒的時間和位置以及用戶該次跌倒之 后一段時間內沒有起身等信息；否則控制器320判斷用戶跌倒之后起身，將用戶跌倒的相關 信息存儲到存儲模塊330中，如用戶跌倒的時間和位置以及用戶該次跌倒至起身之間的時 間間隔等信息，并清空存儲模塊330中存儲的氣壓值及氣壓變化率，繼續監測氣壓變化率， 其中d為預先設定的波動誤差值，從而可以判斷出用戶因跌倒而受到傷害的嚴重程度。 [0089] 優選的，采樣間隔Δ t = 20ms，第一變化率門限值ai = (3~4)Pa/s，第二變化率門 限值a2= (8~10)Pa/s，第一氣壓門限值b= (8~10)Pa，第二氣壓門限值c= (15~18)Pa，波 動誤差值d = (1~1.5)Pa，ti-to = (2~4)s，t2_ti = (60~90)s，利用上述參數可以準確判斷 用戶的運動狀態。
[0090] 在一個優選實施例中，本發明實施例提供的可穿戴式跌倒檢測裝置還包括蜂鳴 器/揚聲器340、移動通信模塊350、加速度傳感器和陀螺儀360以及溫度傳感器370。
[0091] 在控制器320判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶跌倒之后未起身時，蜂鳴器/揚聲器 340發出報警信號，移動通信模塊350向預先設定的終端設備發送用戶跌倒的報警信號，如 向監護人的手機發送報警信號。
[0092] 加速度傳感器和陀螺儀360獲取用戶行為的加速度數據和角速度數據，控制器320 結合用戶跌倒時的加速度和角速度，判斷用戶跌倒的方式及方向，如被障礙物泮倒、緩慢摔 倒及用戶跌倒時前傾、后傾、側傾的情況。對用戶未跌倒的正常行為，例如正常行走、下樓 梯、下電梯、坐下等，也可以綜合氣壓傳感器、加速度傳感器和陀螺儀的檢測數據進行判斷。 [0093]溫度傳感器370記錄用戶跌倒時的環境溫度，移動通信模塊350向預先設定的終端 設備發送用戶跌倒的報警信號的同時也發送環境溫度，作為救助用戶的參考信息。
[0094] 在另一個優選實施例中，對于每一個時刻k，控制器320還計算該時刻氣壓值的預 測值乂1^^ = 乂1<-1+他-1^-2);若預測值乂1^與該時刻氣壓傳感器310采集到的氣壓值乂1{之間 的差值超過預設的誤差限度值e，即| Xk-XiT | >e，則將存儲模塊330記錄的氣壓值Xk修正為預 測值Xk-〇
[0095] 控制器320通過上述對氣壓傳感器310采集的氣壓值數據做平滑校正，當采集值與 預測值相差過大時，將采集值作為一個干擾數據，用預測值進行修正代替，并且對于每一個 時刻k，控制器320根據修正后的氣壓值，采用中心差分的方法計算該時刻氣壓變化率
從而避免了在利用氣壓傳感器310監測大氣壓強、采集氣壓值的過程中， 采集到的干擾數據對判斷用戶運動狀態的不良影響。
[0096] 綜上所述，本發明提供的一種跌倒檢測方法和可穿戴式跌倒檢測裝置，與現有技 術相比，具有以下有益效果：
[0097] 1、通過在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置氣壓傳感器監測大氣壓強，采集反映用 戶高度變化的氣壓值并計算出氣壓變化率，通過高度的變化范圍和變化速率來判斷用戶是 否跌倒，相比于利用陀螺儀和加速度傳感器判斷用戶是否跌倒，本方案判斷過程簡單、容易 實現，具有較強的實時性，并且準確率更高。
[0098] 2、在判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶跌倒之后未起身時，通過述蜂鳴器/揚聲器 發出報警信號；和/或，通過移動通信模塊向預先設定的終端設備發送用戶跌倒的報警信 號，從而在用戶跌倒時可以及時發出報警信號，使跌倒的用戶能夠盡快得到救助。
[0099] 3、在判斷用戶跌倒之后的一段時間內繼續監測氣壓值，若氣壓值始終在氣壓最大 值附近波動，則判斷用戶跌倒之后未起身，可以反映用戶因跌倒而受到傷害的嚴重程度，作 為救助的參考數據。
[0100] 4、通過對采集的氣壓值數據做平滑校正，當采集值與預測值相差過大時，將采集 值作為一個干擾數據，用預測值代替，從而避免了在監測大氣壓強的過程中采集的干擾數 據對判斷用戶運動狀態的不良影響。
[0101] 5、在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置加速度傳感器和陀螺儀，結合用戶跌倒時的 加速度和角速度判斷用戶跌倒的方式及方向，提高跌倒監測的精度。
[0102] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在 本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍 內。
【主權項】
1. 一種跌倒檢測方法，其特征在于，所述方法包括： 在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置氣壓傳感器，利用所述氣壓傳感器監測用戶所處環 境的大氣壓強，按照設定的采樣間隔At采集氣壓值，并實時計算出氣壓變化率； 對氣壓變化率進行監測，在氣壓變化率大于預先設定的第一變化率口限值ai時，記錄下 當前時刻to W及對應時刻的氣壓值m; 將從當前時刻to開始至時刻ti結束的第一設定時間段內的氣壓值和氣壓變化率存儲到 存儲模塊中，并獲取其中的氣壓值的最大值max_l和氣壓變化率的最大值max_2; 判斷氣壓值的最大值max_l、氣壓變化率的最大值max_2、t〇時刻的氣壓值m與預先設定 的第二變化率口限值32、第一氣壓口限值b、第二氣壓口限值C之間是否滿足W下關系： max_2〉a2且b<max_l-m<c； 若滿足上述關系，則判斷用戶跌倒； 若不滿足上述關系，則清空所述存儲模塊中存儲的氣壓值及氣壓變化率，繼續監測氣 壓變化率。2. 如權利要求1所述的跌倒檢測方法，其特征在于，預先設定波動誤差值d，在判斷出用 戶跌倒之后，所述方法還包括： 將從時刻tl開始至時刻t2結束的第二設定時間段內的氣壓值存儲到存儲模塊中，若氣 壓值始終在區間[max_l-d，max_l+d]內波動，則判斷用戶跌倒之后未起身，將用戶跌倒的相 關信息存儲到所述存儲模塊中；否則判斷用戶跌倒之后起身，將用戶跌倒的相關信息存儲 到存儲模塊中，清空所述存儲模塊中存儲的氣壓值及氣壓變化率，繼續監測氣壓變化率。3. 如權利要求2所述的跌倒檢測方法，其特征在于，所述方法還包括： 在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置蜂鳴器/揚聲器，在判斷出用戶跌倒或者判斷出用 戶跌倒之后未起身時，通過所述蜂鳴器/揚聲器發出報警信號； 和/或，在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置移動通信模塊，通過所述移動通信模塊向預 先設定的終端設備發送用戶跌倒的報警信號； 和/或，在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置加速度傳感器和巧螺儀，利用所述加速度傳 感器和巧螺儀獲取用戶行為的加速度和角速度，結合用戶跌倒時的加速度和角速度，判斷 用戶跌倒的方式及方向； 和/或，在用戶佩戴的可穿戴式設備中設置溫度傳感器，通過所述溫度傳感器記錄用戶 跌倒時的環境溫度。4. 如權利要求3所述的跌倒檢測方法，其特征在于，所述按照設定的采樣間隔At采集 氣壓值，并實時計算出氣壓變化率包括： 對于每一個時刻k，計算該時刻氣壓值的預測值Xk-，Xk- = Xk-i+(Xk-i-Xk-2); 若預測值XiT與該時刻所述氣壓傳感器采集到的氣壓值Xk之間的差值超過預設的誤差 限度值e，即I Xk-XiT I〉e，則將記錄的氣壓值Xk修正為預測值XiT; 對于每一個時刻k，根據修正后的氣壓值，采用中屯、差分的方法實時計算該時刻氣壓變 化率5. 如權利要求2-4任一項所述的跌倒檢測方法，其特征在于： 所述采樣間隔At = 20ms; 所述第一變化率口限值m=(3~4)化/s; 所述第二變化率口限值32=(8~10)Pa/s; 所述第一氣壓口限值b =( 8~10) Pa; 所述第二氣壓口限值c=(15~18)Pa; 所述波動誤差值d = (1~1.5)化； t廣 to= (2~4)s;t2_ti= (60~90)s。6. -種可穿戴式跌倒檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括氣壓傳感器、控制器和存儲 模塊； 所述氣壓傳感器，用于監測用戶所處環境的大氣壓強，按照設定的采樣間隔At采集氣 壓值，并將采集到的氣壓值傳輸給所述控制器； 所述控制器，用于根據所述氣壓傳感器采集到的氣壓值實時計算出氣壓變化率；當氣 壓變化率大于預先設定的第一變化率口限值ai時，記錄當前時刻toW及對應時刻的氣壓值 m，并將從當前時刻to開始至時刻ti結束的時間段內的氣壓值和氣壓變化率存儲到所述存儲 模塊中，并獲取其中的氣壓值的最大值max_l和氣壓變化率的最大值max_2;判斷氣壓值的 最大值max_l、氣壓變化率的最大值max_2、t〇時刻的氣壓值m與預先設定的第二變化率口限 值曰2、第一氣壓口限值b、第二氣壓口限值C之間是否滿足W下關系:111日義_2〉日2且13<1]1日義_1-111< C;若滿足上述關系，則判斷用戶跌倒;若不滿足上述關系，則清空所述存儲模塊中存儲的氣 壓值及氣壓變化率，并繼續監測氣壓變化率。7. 如權利要求6所述的可穿戴式跌倒檢測裝置，其特征在于，所述控制器還用于，在判 斷用戶跌倒之后，將從時刻tl開始至時刻t2結束的時間段內的氣壓值存儲到所述存儲模塊 中；若所述氣壓值始終在區間[max_l-d，max_l+d]內波動，則判斷用戶跌倒之后未起身，將 用戶跌倒的相關信息存儲到所述存儲模塊中；否則判斷用戶跌倒之后起身，將用戶跌倒的 相關信息存儲到存儲模塊中，清空所述存儲模塊中存儲的氣壓值及氣壓變化率，繼續監測 氣壓變化率;其中d為預先設定的波動誤差值。8. 如權利要求7所述的可穿戴式跌倒檢測裝置，其特征在于，所述裝置還包括蜂鳴器/ 揚聲器、移動通信模塊、加速度傳感器和巧螺儀W及溫度傳感器； 所述蜂鳴器/揚聲器，用于在所述控制器判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶跌倒之后未 起身時，發出報警信號； 所述移動通信模塊，用于在所述控制器判斷出用戶跌倒或者判斷出用戶跌倒之后未起 身時，向預先設定的終端設備發送用戶跌倒的報警信號； 所述加速度傳感器和巧螺儀，用于獲取用戶行為的加速度數據和角速度數據;所述控 制器，還用于結合用戶跌倒時的加速度和角速度，判斷用戶跌倒的方式及方向； 所述溫度傳感器，用于記錄用戶跌倒時的環境溫度。9. 如權利要求8所述的可穿戴式跌倒檢測裝置，其特征在于，所述控制器還用于，對于 每一個時刻k，計算該時刻氣壓值的預測值乂1^，乂1^ = 乂1<-1+^1<-1-乂1<-2);若預測值乂1^與該時刻 所述氣壓傳感器采集到的氣壓值Xk之間的差值超過預設的誤差限度值e，即|Χι^-ΧιΓ|〉θ，βυ 將所述存儲模塊記錄的氣壓值Xk修正為預測值XiT;對于每一個時刻k，根據修正后的氣壓 值，采用中屯、差分的方法計算該時刻氣壓變化率10.如權利要求7-9所述的可穿戴式跌倒檢測裝置，其特征在于： 所述采樣間隔Δ t = 20ms; 所述第一變化率口限值m=(3~4)化/s; 所述第二變化率口限值32=(8~10)Pa/s; 所述第一氣壓口限值b =( 8~10) Pa; 所述第二氣壓口限值c=(15~18)Pa; 所述波動誤差值d = (1~1.5)化； t廣 to= (2~4)s;t2_ti= (60~90)s。
【文檔編號】G08B21/04GK106097654SQ201610601474
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月27日 公開號201610601474.0, CN 106097654 A, CN 106097654A, CN 201610601474, CN-A-106097654, CN106097654 A, CN106097654A, CN201610601474, CN201610601474.0
【發明人】趙志剛, 尹偉彬, 陳茁, 張向東, 方華斌, 溫立
【申請人】歌爾股份有限公司