《智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測(cè)系統(tǒng)》需求分析

1、智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測(cè)系統(tǒng)需求分析編輯人：郭飛摘要21世紀(jì)地中國將是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)地老齡社會(huì)，隨著社會(huì)地飛速發(fā)展，人II老齡化地趨勢(shì)逐年增加伴隨而來老年人這一群體地明顯弱點(diǎn)也逐漸體現(xiàn)出來易跌倒，正因?yàn)檫@個(gè)弱點(diǎn)，使得許多老年人不敢出行.因此，在手機(jī)上開發(fā)一項(xiàng)檢測(cè)老年人跌倒地軟件系統(tǒng)是必要地本文研究和探討了在不同情況下發(fā)生跌倒時(shí)，利用加速度傳感器，在30秒內(nèi)判斷出是否發(fā)生跌倒，并且在發(fā)生跌倒后，軟件將會(huì)調(diào)用SMS地相關(guān)函數(shù)將發(fā)送短信息給該老人地監(jiān)護(hù)人.本文擬提出一種基于Android平臺(tái)地老年人跌倒檢測(cè)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，在便攜性地基礎(chǔ)上，在老年人跌倒地第一時(shí)間發(fā)出訊息通知其監(jiān)護(hù)人.目錄1緒論21.

2、1研究背景及研究意義錯(cuò)誤!未定義書簽。1.1.1研究背景錯(cuò)誤!未定義書簽。1.1.2研究意義錯(cuò)誤!未定義書簽。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀錯(cuò)誤!未定義書簽。1.3課題地提出錯(cuò)誤!未定義書簽。2人體摔倒檢測(cè)技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽。2.1運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽。2.1.1運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)概念錯(cuò)誤!未定義書簽。2.1.2運(yùn)動(dòng)控制器模型錯(cuò)誤!未定義書簽。2.2傳感器技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽。2.2.1傳感器技術(shù)概念錯(cuò)誤!未定義書簽。2.2.2傳感器模型及選擇錯(cuò)誤!未定義書簽。2.3無線通信技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽。2.3.1無線通信技術(shù)概念錯(cuò)誤!未定義書簽。2.3.2無線通信地模型及選擇錯(cuò)誤!未定義書簽。3摔倒檢

3、測(cè)算法地設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。3.1人體運(yùn)動(dòng)加速度模型錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2加速度數(shù)據(jù)分析錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2.1坐標(biāo)分析錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2.2人體姿態(tài)與體位分析錯(cuò)誤!未定義書簽。3.3摔倒檢測(cè)算法設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。4摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。4.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤!未定義書簽。4.1.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地功能模塊錯(cuò)誤!未定義書簽。4.1.2摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地工作流程錯(cuò)誤!未定義書簽。4.2摔倒檢測(cè)服務(wù)地設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。4.2.1摔倒檢測(cè)服務(wù)模塊錯(cuò)誤!未定義書簽。4.2.2摔倒檢測(cè)服務(wù)工作流程錯(cuò)誤!未定義書簽。4.3摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地用戶設(shè)置程序錯(cuò)誤!未定義

4、書簽。4.3.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地用戶設(shè)置模塊錯(cuò)誤!未定義書簽。4.3.2摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地用戶設(shè)計(jì)界面錯(cuò)誤!未定義書簽。5摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地檢測(cè)分析錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地檢測(cè)工具錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地?cái)?shù)據(jù)分析錯(cuò)誤!未定義書簽。6總結(jié)與展望錯(cuò)誤!未定義書簽。6.1本文總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽。6.2展望未來錯(cuò)誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。1緒論隨著老齡化地發(fā)展，老年人地健康問題己經(jīng)成為當(dāng)前突出地問題由于老年人地認(rèn)知水平、平衡協(xié)調(diào)能力、視力、聽力均有不同程度地卞將，以及腦血管病、骨質(zhì)疏松等慢性疾病地增多，老年人發(fā)生跌倒?fàn)幖貦C(jī)會(huì)大犬增多，形成明顯

5、地群體特征一易跌倒，所產(chǎn)生地后果更加嚴(yán)重.1丄1研究背景2009年開始，我國迎來進(jìn)入人II老齡化社會(huì)以來地第一次老年人II增長高峰，老年人1丨增速加快，高齡老人和喪失生活自理能力地老人人幅增加，空巢化趨勢(shì)口益突出.截止2008年底，我國60歲以上老年人I已接近一億六千萬人，占總?cè)薎地12%,也就是說全國人II將近八分之一是老年人隨著老齡化地加重，中國老年人地比重越來越大，2011年我國老年人II比重達(dá)13.7%.截至2011年第底，根據(jù)全國老齡委地統(tǒng)計(jì)，中國60歲及以上地老年人II約有1.9億，占總?cè)薎I地14%.2013年，這一數(shù)字將突破2億，預(yù)計(jì)到2050年老年人口將達(dá)到全國人口地三分之一

6、.民政部地?cái)?shù)據(jù)表明，至2012年10月，我國城鄉(xiāng)空巢家庭超過50%,部分人中城市達(dá)到70%,其中近一成地老人單身.預(yù)計(jì)到“十二五”期末，65歲以上地空巢老人將超過5100萬這些空巢老人得不到應(yīng)有地生活照料，生病也無人照顧，情感慰藉更是無從談起.老年人容易跌倒，其發(fā)生規(guī)律是年齡越犬，跌倒地發(fā)生率越高，而且女性比男性多跌倒后，由于骨質(zhì)疏松易引起股骨頸和脊椎骨折，后呆較為嚴(yán)重，除不能行走和生活難于自理外，還可因長期臥床引起多種并發(fā)癥，損害老人身心健康現(xiàn)在人多數(shù)家庭只有一個(gè)孩子，孩子成家立業(yè)后，獨(dú)居老人將越來越多，倘若沒有保姆地照顧，老人人身安全將成為子女時(shí)刻擔(dān)憂地事情因此，研究一個(gè)老人摔倒檢測(cè)軟件是

7、必需地，解決現(xiàn)代年輕人因工作繁忙，而對(duì)家庭老人地健康安全地?fù)?dān)憂地問題，使其安心上班.1.1.2研究意義跌倒導(dǎo)致了巨額地醫(yī)療費(fèi)用，我國每年至少將近2000萬老年人發(fā)生2500萬次跌倒，導(dǎo)致地醫(yī)療費(fèi)用在50億人民幣以上，社會(huì)代價(jià)約為160、800萬億人民幣.跌倒對(duì)老年人地心理也會(huì)產(chǎn)生持續(xù)地影響和危害，老年人跌倒后害怕再次跌倒，因此生活地獨(dú)立性和靈活性就降低了，Janine曾經(jīng)對(duì)9096名老人做過調(diào)查，其中有一半地老年人害怕跌倒影響口常生活能力，這樣導(dǎo)致他們對(duì)自身身體機(jī)能自信心地卞降，會(huì)反過來限制行為能力，進(jìn)一步增加跌倒地可能性.因此，研制開發(fā)專為老人服務(wù)地產(chǎn)品-智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測(cè)系統(tǒng)，不

8、影響老年人地正常生活情況下，準(zhǔn)確地將跌倒?fàn)幖c口常生活爭件區(qū)分開來，并且在發(fā)生跌倒事件時(shí)，及時(shí)地向子女發(fā)送警告信息并報(bào)警聯(lián)系救護(hù)，這對(duì)于提高老年人地生活質(zhì)量，保證我國社會(huì)地安穩(wěn)發(fā)展具有重要地作用.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)地發(fā)展，通過便攜式電子裝置對(duì)人體跌倒進(jìn)行檢測(cè)成為可能目前，國外已有關(guān)于老年人遠(yuǎn)程跌倒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，特別是美國，口本和法國，近些年來很多地犬學(xué)研究院所和研科單位在政府和社會(huì)地支持下，也進(jìn)行了相關(guān)地技術(shù)研究.如：A.Blakeborough設(shè)計(jì)地基于房間內(nèi)地板振動(dòng)檢測(cè)地跌倒檢測(cè)器.A.Sixsnutli等研制地基于紅外信號(hào)和圖像信息地檢測(cè)器.但是由于受成本、便攜性及

9、應(yīng)用范圉地局限性地影響而使其應(yīng)用推廣受到限制.國際Geronteclinology學(xué)會(huì)于1997年9月在歐洲成立，“研發(fā)設(shè)計(jì)相關(guān)地技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備以及環(huán)境，讓老年人可以更健康，更舒適，更安全地獨(dú)立生活和參與社會(huì)活動(dòng)”是該學(xué)會(huì)地宗h.2005年5月底，第五屆世界Geionteclinology學(xué)會(huì)會(huì)議老齡化社會(huì)職能技術(shù)：讓老年人能夠更自信地、長久地、健康地、自尊地幸福生活”，在口本古屋召開.國內(nèi)尚無關(guān)于跌倒遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)地產(chǎn)品，但關(guān)于跌倒監(jiān)測(cè)算法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)地研究較多，如：趙祥欣等以三維加速度傳感器為基礎(chǔ)，采用了三維加速度傳感器MMA726O、處理器MSP430F149及通訊模塊地結(jié)構(gòu)組合方案，搭建了三維

10、加速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出了以SVM或SMA為特征量，以人體活動(dòng)、靜息狀態(tài)及姿態(tài)為輔助判據(jù)地算法，取得了90%以上地識(shí)別準(zhǔn)確率.謝開明等設(shè)計(jì)地基于GPRS地跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，在SMV閾值算法基礎(chǔ)上輔以傾角檢測(cè)，提高了算法地有效性，能更有效地區(qū)分口常生活及跌倒.1.3課題地提出老年人跌倒是生理、心理、社會(huì)、壞境因素共同作用地結(jié)果，目前關(guān)于老年人跌倒危險(xiǎn)性尚無明確有效地檢測(cè)方法及評(píng)估方法，因此，早期發(fā)現(xiàn)并獲得相應(yīng)地治療，是降低傷殘率和死亡率地關(guān)鍵.隨著我國老齡化地發(fā)展及受獨(dú)生子女政策地影響，“空巢老人”逐漸增多，而社區(qū)醫(yī)療發(fā)展不到位，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)老年人跌倒等意外傷害，更不能使老年人在跌倒地第一時(shí)間內(nèi)得到

11、有效地救治，因此發(fā)展遠(yuǎn)程跌倒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有極為重要地意義.2人體摔倒檢測(cè)技術(shù)本章主要介紹檢測(cè)人體摔倒地相關(guān)技術(shù)：控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)使更精確地判斷人體是否真正摔倒.2.1運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)控制器（英文名稱：controller）是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路地接線和改變電路中電阻值來控制電動(dòng)機(jī)地啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向地主令裝置由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令地“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)地操作.2.1.1運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)概念運(yùn)動(dòng)控制器利用高性能微處理器及大規(guī)?？删幊唐骷?shí)現(xiàn)伺候電機(jī)地多軸協(xié)調(diào)控制，將實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制地底層軟

12、件和硬件集成在了一起具有伺服電機(jī)控制所需地各種速度、位置控制功能.與傳統(tǒng)地?cái)?shù)控裝置相比，運(yùn)動(dòng)控制器具有以下待點(diǎn)：1、技術(shù)更新功能更加強(qiáng)X,nJ以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡地控制.2、結(jié)構(gòu)形式模塊化.可以方便地組合，簡歷適用于不同場合地控制系統(tǒng).3、操作簡單.在PC機(jī)上經(jīng)簡單編程即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，不需要專門地?cái)?shù)控技術(shù).目前，運(yùn)動(dòng)控制器地應(yīng)用廣泛，可以說只要有伺服電機(jī)應(yīng)用地場合就離不開運(yùn)動(dòng)控制器.2.1.2運(yùn)動(dòng)控制器模型ISP；廠t；DSP運(yùn)動(dòng)扌空制器夕卜I羽接口電路圖2.1運(yùn)動(dòng)控制器總體功能結(jié)構(gòu)圖通信接口圖2.2運(yùn)動(dòng)控制器存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)執(zhí)行區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)2.2傳感器技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)地一項(xiàng)重要支撐技術(shù)，傳感

13、器網(wǎng)絡(luò)是以感知為目地，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互連地網(wǎng)絡(luò).其突出特征是通過傳感器等方式獲取物理世界地各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息地傳送與交互，釆用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析處理，從而提升對(duì)物質(zhì)世界地感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化地決策和控制.221傳感器技術(shù)概念1)國家標(biāo)準(zhǔn)傳感器定義在國家表混GB/T7665-2005傳感器通用術(shù)語中，傳感器(transducer/sensor)彼定義為：“能感受被測(cè)量并按照一定地規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)地器件或裝置，通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成.敏感元件(sensmgelement)，是指傳感器中將敏感元件或響應(yīng)地被測(cè)量地部分；轉(zhuǎn)換元件(trans

14、ducingelement),是指傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)地被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)屋地電信號(hào)部分當(dāng)輸出為規(guī)定地表混信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)換元件則稱為變送器(transmitter)2)美國儀表協(xié)會(huì)傳感器定義美國儀表協(xié)會(huì)(InstilmentSocietyofAmerica,ISA)地定義是：傳感器是把測(cè)量變換為有用信號(hào)地裝置.它包括敏感元件、變換電路以及把這些元件和電路組合在一起地機(jī)構(gòu)”2.2.2傳感器模型及選擇傳感器地分類多種多樣，有按原理、被測(cè)量、材料、工藝、對(duì)象、應(yīng)用等不同分類.傳感器按被測(cè)量分類一般地分類方法，可分為物理量、化學(xué)量、生物量三大類，通常按具體被測(cè)量主要有位移、壓力、力、速度、溫

15、度、流量、氣體成分、離子濃度等傳感器.我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)也是按被測(cè)量分類，這種分類無論從使用者選用還是產(chǎn)品水平評(píng)價(jià)都便于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).以下簡單介紹幾種傳感器模型：1)MEMS壓力傳感器MEMS壓力傳感器是硅微機(jī)械加工制成地傳感器地首要類型，釆用微電子和為機(jī)械加工技術(shù)制造地新型傳感器，具有性能優(yōu)良、體積小、質(zhì)量小、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)，易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化地特點(diǎn).圖卜焙電容式伍力傳變器1一支虔3g片4一足很片支脛5定輕支矩6立圾片7龍仗斤他定母8-畑電0駆加翻V9一床冷空片2顯片 HYPERLINK cn圖4.10差動(dòng)式電容差壓傳感器1-彈性平膜片（動(dòng)極）,2凹玻璃圓片;3金屬鍍層

16、（定極）；4-低壓厠進(jìn)氣孔;5輸岀端子：6-空腔$7過濾器：8殼體;9-高壓側(cè)進(jìn)氣孔2）加速度傳感器加速度傳感器是測(cè)量加速度地傳感器，應(yīng)用較廣地時(shí)壓電加速度傳感器，它采用石英、陶瓷等壓電材料制成，具有頻響寬、線性好等特點(diǎn).圖4.13電容式加速度傳感器1-絕緣體-固定電極：3質(zhì)就塊；一彈實(shí)片2.3無線通信技術(shù)無線技術(shù)給人們帶來地影響是無可爭議地如今每一天人約有15萬人成為新地?zé)o線用戶，全球范闈內(nèi)地?zé)o線用戶數(shù)量已經(jīng)超過2億.這些人包括大學(xué)教授、倉庫管理員、護(hù)士、商店負(fù)貴人、辦公室經(jīng)理和卡車司機(jī).他們使用無線技術(shù)地方式和他們自身地工作一樣都在不斷地更新.2.3.1無線通信技術(shù)概念無線通信(Wuele

17、sscommunication)是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播地特性進(jìn)行信息交換地一種通信方式.在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)地?zé)o線通信又通稱為移動(dòng)通信，人們把二者合稱為無線移動(dòng)通信.無線通信分為兩類：無線移動(dòng)通信和無線局域網(wǎng)(LAN)通信.它們地傳輸設(shè)施根本不同.無線局域網(wǎng)通信使用發(fā)射器和接收器，它們都是放在公司希塑地地方，并且屬于這家公司所有無線移動(dòng)通信需要電話電信局或其它公共服務(wù)，來為“離開辦公室”或“正在旅途中”地用戶提供設(shè)施，使用分組無線電、蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星站來傳輸和接收信號(hào).用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式比其它方式具有成本廉價(jià)，建設(shè)工程周期短，適應(yīng)性好，擴(kuò)展性好.23.2無線通信地模

18、型及選擇無線通信模塊廣泛地運(yùn)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中.DATA-6106無線通信模塊13摔倒檢測(cè)算法地設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)當(dāng)人失去平衡而跌倒時(shí)，一般人地身體會(huì)發(fā)生向一個(gè)方向傾倒地狀態(tài)，從而不自主地失去平衡發(fā)生跌倒時(shí)，身體會(huì)在瞬間向移動(dòng)方向傾倒，從而身體重心會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較人地加速度值，以產(chǎn)生地加速度值來判斷老人是否摔倒.3.1人體運(yùn)動(dòng)加速度模型A

19、ndroid手機(jī)內(nèi)地加速度傳感器能夠檢測(cè)出移動(dòng)設(shè)備在三維空間中地加速度，傳回對(duì)應(yīng)地三個(gè)方向地參數(shù)數(shù)值，就能判斷物體地加速度及運(yùn)動(dòng)方式.三個(gè)坐標(biāo)軸方向分別是：x軸正方向?yàn)槠叫杏谄聊挥善聊坏刈筮呏赶蛴疫?，y軸正方向?yàn)槠叫衅聊挥善聊坏叵路街赶蛏戏剑瑉軸正方向?yàn)榇怪逼聊恢赶蚱聊煌?如圖2所示.需要特別注意地是要區(qū)分傳感器坐標(biāo)系中地加速度（即手機(jī)設(shè)備本身實(shí)際地加速度），而不是從加速度傳感器中讀取地加速度參數(shù)值這兩者地區(qū)別在于是否將重力加速度計(jì)算其中，計(jì)算物體實(shí)際加速度需要考慮重力作用，但是加速度傳感器傳回地?cái)?shù)值中只能反映設(shè)備本身外力所產(chǎn)生地加速度.3.2加速度數(shù)據(jù)分析我們通過基于加速度傳感器地跌倒檢測(cè)系

20、統(tǒng)地硬件裝置得到地加速度數(shù)據(jù)無法直接用于判斷跌倒，需要進(jìn)一步地分析處理.以下僅就坐標(biāo)、人體姿勢(shì)與位體進(jìn)行分析.3.2.1坐標(biāo)分析原始地坐標(biāo)系是二維地笛卡爾坐標(biāo)系，而三維笛卡爾坐標(biāo)系是在二維地基礎(chǔ)上根據(jù)右手定則增加第三維坐標(biāo)（Z軸）而形成地.若定義一個(gè)原點(diǎn)地位置（0,0,0）則坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)A地位置都可以用（x,y,z）來表示.如圖1所示：同時(shí)A點(diǎn)還可以用向量來表示，若A地向量為用i,j,k分別表示與x,y,z軸正方向平行地單位向量則r可以表示為：r=xi+yj+kz3.2.2人體姿態(tài)與體位分析人在無意識(shí)地條件卞由站立或平坐姿勢(shì)向躺倒姿勢(shì)地轉(zhuǎn)變，即為跌倒.在這一姿態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，重力將是影響作用

21、者一運(yùn)動(dòng)地主要因素.在跌倒過程中，人地加速度、速度和位移均發(fā)生了變化，通過傳感器傳回地?cái)?shù)值可以對(duì)使用者地狀態(tài)進(jìn)行建模，以此來對(duì)使用者地身體姿態(tài)進(jìn)行分析.如圖3所示：通過對(duì)姿態(tài)地分析能夠判斷能夠排除劇烈運(yùn)動(dòng)或一些其他正?；顒?dòng)帶來地誤報(bào)情況，以提高檢測(cè)地準(zhǔn)確率.3.3摔倒檢測(cè)算法設(shè)計(jì)由于跌倒事件具有隨機(jī)性，故跌倒方向無法預(yù)知，所以不宜采用某一軸向地加速度數(shù)據(jù)區(qū)判斷跌倒事件地發(fā)生跌倒算法采用了SMV閾值地跌倒檢測(cè)方法，該方法地優(yōu)點(diǎn)在于忽略了加速度地空間方向，將空間加速度進(jìn)行矢量和運(yùn)算，將矢量和與閾值相比來初步判斷是否跌倒.矢量和地計(jì)算如卞公式所示，其中x,y,z分別為X,Y,Z三軸地方向加速度.SV

22、M=JX2+Y2+Z2該軟件算法實(shí)現(xiàn)地流程圖4所示.當(dāng)傳感器地三個(gè)數(shù)值劇增并且達(dá)到閾值，那么就可以初步判斷發(fā)生跌倒，進(jìn)而進(jìn)一步判斷是否發(fā)生跌倒，即在接來下地持續(xù)地幾個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器傳回地?cái)?shù)值是否幾乎不變并且趨向于零，若為零則可以進(jìn)入下一步判斷（此處判斷用來排除劇烈或一些正常活動(dòng)），下一步則是排除人部分無法預(yù)期地活動(dòng)而產(chǎn)生地誤報(bào)，因此在這里設(shè)置了一個(gè)確認(rèn)框用來確認(rèn)是否發(fā)送急救短信，若點(diǎn)是或者等待30秒無確認(rèn)則可基本確定老人摔倒了，這時(shí)軟件將會(huì)發(fā)送一個(gè)短信給老人地監(jiān)護(hù)人，監(jiān)護(hù)人收到短信后經(jīng)電話確認(rèn)老人是否摔倒.發(fā)送信息家人打電話確認(rèn)結(jié)束4摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)前幾部分主要介紹了實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)所需

23、地技術(shù)、模型、位體分析等，接下來對(duì)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).4.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地功能模塊4丄2摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地工作流程4.2摔倒檢測(cè)服務(wù)地設(shè)計(jì)421摔倒檢測(cè)服務(wù)模塊摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地服務(wù)模塊是直接對(duì)用戶設(shè)置進(jìn)行響應(yīng)地模塊，也是人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地核心識(shí)別和處理模塊，主要完成傳感器數(shù)據(jù)處理、控制傳感器服務(wù)、監(jiān)聽用戶設(shè)置參數(shù)、處理用戶設(shè)置參數(shù)、檢驗(yàn)權(quán)限等按照邏輯功能可以將人體摔倒檢測(cè)服務(wù)模塊分為四個(gè)，監(jiān)聽用戶設(shè)置地參數(shù)、處理用戶設(shè)置地參數(shù)、控制傳感器服務(wù)（開關(guān)）、接受和處理傳感器服務(wù)地?cái)?shù)據(jù)，如圖4.1：圖4.1人體摔倒檢測(cè)服務(wù)功能模塊結(jié)構(gòu)圖監(jiān)聽用戶設(shè)置地參數(shù)是指在人體摔倒檢測(cè)服務(wù)運(yùn)

24、行時(shí)，用戶通過應(yīng)用程序設(shè)置人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地相關(guān)參數(shù)是，人體摔倒檢測(cè)服務(wù)能及時(shí)監(jiān)聽到相關(guān)參數(shù)地變化，即使調(diào)整工作流程如果用戶修改地參數(shù)不變，則不處理：如果用戶修改了相關(guān)參數(shù)，該服務(wù)必須準(zhǔn)確調(diào)度對(duì)應(yīng)任務(wù).處理用戶設(shè)置地參數(shù)是指當(dāng)監(jiān)聽到用戶改變了人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)時(shí)地處理模塊.該模塊地處理涉及到控制傳感器服務(wù)、改變?nèi)梭w摔倒檢測(cè)服務(wù)地任務(wù)等.控制傳感服務(wù)功能是指必要時(shí)，人體摔倒檢測(cè)服務(wù)會(huì)控制傳感器服務(wù)地開關(guān)，從而控制整個(gè)數(shù)據(jù)流地開關(guān).這種控制地改變往往來自用戶地設(shè)置.接收和處理傳感器主要是指人體摔倒檢測(cè)服務(wù)獲得加速度傳感器數(shù)據(jù)后，經(jīng)過算法判斷，如果識(shí)別為摔倒，則通過相關(guān)參數(shù)地設(shè)置進(jìn)行處理，比如設(shè)置

25、了GPS就啟動(dòng)GPS模塊獲取摔倒地點(diǎn)地地理位置信息，發(fā)送至設(shè)置地聯(lián)系人.4.2.2摔倒檢測(cè)服務(wù)工作流程根據(jù)上節(jié)功能描述，任然可以將人體摔倒檢測(cè)服務(wù)分為數(shù)據(jù)上行和數(shù)據(jù)卞行給叔地模塊地基本流程.數(shù)據(jù)上行是指用戶通過應(yīng)用程序?qū)?shù)重新設(shè)置，通過修改共享內(nèi)存數(shù)據(jù)和人體摔倒檢測(cè)服務(wù)提供地API接II通知人體摔倒檢測(cè)服務(wù)地處理過程.要完成該流程，人體摔倒檢測(cè)服務(wù)按照以下四個(gè)步驟完成數(shù)據(jù)處理過程.Spl：開啟監(jiān)聽指定共享內(nèi)存數(shù)據(jù)地機(jī)制，即使識(shí)別參數(shù)地改變.Sp2：設(shè)置API接II服務(wù)，當(dāng)應(yīng)用程序通過API接II處理相關(guān)操作時(shí)，在人體摔倒檢測(cè)服務(wù)本地及時(shí)處理.Sp3：如果用戶更改相關(guān)參數(shù)，人體摔倒檢測(cè)服務(wù)應(yīng)當(dāng)

26、在本地及時(shí)更新狀態(tài)，必要時(shí)做出處理.Sp4：如果用戶通過人體摔倒檢測(cè)服務(wù)地API接II切換該服務(wù)地開關(guān)，則通過傳感器服務(wù)客戶端控制傳感器服務(wù)地開關(guān)，從而使硬件工作或不工作.數(shù)據(jù)下行是指人體摔倒檢測(cè)服務(wù)接收到傳感器數(shù)據(jù)后如何提醒用戶地過程.該數(shù)據(jù)傳輸分兩個(gè)部分進(jìn)行，分別是人體摔倒檢測(cè)服務(wù)主動(dòng)向傳感器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，人體摔倒檢測(cè)服務(wù)在識(shí)別岀摔倒時(shí)間后處理時(shí)如何提醒用戶卞行數(shù)據(jù)處理是地這兩個(gè)動(dòng)作異步進(jìn)行，分以下三個(gè)步驟完成：Spl：注冊(cè)傳感器服務(wù)Binder客戶端，設(shè)置人體摔倒檢測(cè)服務(wù)地模式，使傳感器服務(wù)在指定頻率采集數(shù)據(jù).Sp2：根據(jù)獲得地傳感器數(shù)據(jù)，用算法識(shí)別模塊來處理.Sp3：識(shí)別出人體摔倒行為

27、時(shí)，以啟動(dòng)GPS短信等方式處理，調(diào)用GPS和短信模塊，并在用戶界面上有所提示.人體摔倒檢測(cè)服務(wù)模塊式傳感器服務(wù)模塊和應(yīng)用程序模塊地中間模塊，是系統(tǒng)地樞紐，負(fù)貴了數(shù)據(jù)地接收、處理、控制等工作該人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)尚處于原型階段，上層應(yīng)用地需求還不豐富，所以在功能上要簡略些.4.3摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地用戶設(shè)置程序4.3.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地用戶設(shè)置模塊人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地應(yīng)用程序設(shè)置模塊式人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地一個(gè)基本模塊，功能相對(duì)獨(dú)立，是基于Aiidioid平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)模式，為用戶提供更好地交互性.按照Android應(yīng)用程序地設(shè)置完成地功能町以將人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地用戶設(shè)置程序劃分為三個(gè)關(guān)聯(lián)地用戶界面，分別是：用戶設(shè)

28、置程序主界面、聯(lián)系號(hào)碼輸入界面和聯(lián)系號(hào)碼選擇界面.這三個(gè)界面只有主界面顯示所有地用戶設(shè)置地參數(shù)，其余兩個(gè)顯示地相關(guān)設(shè)置操作圖4.2給出了人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地應(yīng)用程序.圖4.2人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地應(yīng)用程序4.3.2摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地用戶設(shè)計(jì)界面該應(yīng)用程序地三個(gè)界面都是靜態(tài)地，只有用戶進(jìn)行操作后，界面才會(huì)更新.下面將介紹各個(gè)界面地處理流程：1應(yīng)用程序地主界面這是一個(gè)用戶選擇進(jìn)入該應(yīng)用程序地第一個(gè)界面，主要為用戶提供簡明地參數(shù)設(shè)置清單、提供簡易地設(shè)置開關(guān).該界面地功能及動(dòng)作如下所述：1）進(jìn)入主界面，加載上次設(shè)置地參數(shù)，重新更新界面.所需地參數(shù)包括聯(lián)系號(hào)碼、GPS開關(guān)，人體摔倒系統(tǒng)地開關(guān).2）用戶選擇聯(lián)系人地

29、按鈕，點(diǎn)擊該按鈕，界面跳轉(zhuǎn)到選擇聯(lián)系人界面.3）GPS單選開關(guān)，點(diǎn)擊之前和點(diǎn)擊之后被選中地狀態(tài)恰好相反.4）人體摔倒系統(tǒng)地開關(guān)，也是一個(gè)單選開關(guān)，點(diǎn)擊之前和點(diǎn)擊之后被選中地狀態(tài)恰好相反.5）退出主界面時(shí)，保存退出前設(shè)置好地參數(shù)，通知框架層.必要時(shí)調(diào)用人體摔倒檢測(cè)服務(wù)地API接口，打開/關(guān)閉人體摔倒檢測(cè)系統(tǒng).2.用戶設(shè)置電話號(hào)碼界面該界面用來為用戶提供聯(lián)系人號(hào)碼地功能，界面內(nèi)各個(gè)組件主要用來收集用戶地聯(lián)系號(hào)碼信息.界面上地組件功能描述如下：電話號(hào)碼編輯框，該編輯框在用戶點(diǎn)擊后，會(huì)彈出軟鍵盤，供用戶點(diǎn)擊輸入，用戶點(diǎn)擊時(shí)，編輯框地內(nèi)容也實(shí)時(shí)變化.2）從電話簿選擇聯(lián)系人地按鈕，點(diǎn)擊后界面介入電話簿選擇

30、界面.3）確定按鈕，點(diǎn)擊后，退回到主界面，將用戶輸入地電話號(hào)碼更新到主界面.4）取消按鈕，點(diǎn)擊后，返回到主界面，主界面不更新聯(lián)系號(hào)碼.3從電話簿選擇聯(lián)系人界面該界面使得用戶可以輕輕松松地從電話簿中選取聯(lián)系人號(hào)碼，卞面介紹該界面地功能：號(hào)碼過濾框，其基本組件屬于編輯框，點(diǎn)擊彈出只提供數(shù)字輸入地軟鍵盤，通過輸入數(shù)字，該界面自動(dòng)過濾掉河輸入地?cái)?shù)字串無太大關(guān)系地聯(lián)系號(hào)碼，并以滑動(dòng)列表地形式顯示.滑動(dòng)列表，顯示所有地聯(lián)系人號(hào)碼信息或者過濾好地聯(lián)系人號(hào)碼信息，用戶可以觸動(dòng)屏幕選擇聯(lián)系人，選好后界面退回到主界面，并將剛選擇好地聯(lián)系人號(hào)碼更新到主界面.取消按鈕，用戶可以點(diǎn)擊取消按鈕放棄此次選擇，點(diǎn)擊后界面將返

31、回到設(shè)置聯(lián)系號(hào)碼地界面，且不做任何數(shù)據(jù)更新.5摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地檢測(cè)分析5.1摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地檢測(cè)工具圖4即跌倒時(shí)3個(gè)軸向加速度信號(hào)圖，圖中曲線清楚地表明了正向跌倒過程中各方向地加速度變化情況，設(shè)置地采樣頻率為250Hz.實(shí)線為X方向地加速度，起始狀態(tài)卜X方向與重力方向幾乎垂直，因此，加速度接近于0g：點(diǎn)線為Z方向加速度，起始狀態(tài)下與重力方向幾乎垂直，因此，加速度值約等于lg;虛線為Y方向加速度，起始狀態(tài)下為0g.摔倒后穩(wěn)定狀態(tài)下，X軸與重力方向近似一致，加速度約為lg,而Z軸方向由1變化至0g.由于摔倒可能發(fā)生在任意方向，使用單獨(dú)某一軸地加速度其特征不明顯.因此，采用合加速度ac=a2x+a2y+

32、a2z作為特征量進(jìn)行分析.圖5為摔倒時(shí)合加速度地變化曲線在靜止不動(dòng)時(shí)由于受重力影響，加速度人小為lg.在摔倒時(shí)有2個(gè)極值點(diǎn)：極值點(diǎn)1對(duì)應(yīng)加速度值為0.Ug,是跌倒過程中人體不受控制加速倒下，Z軸方向地加速度迅速減小造成地；極值點(diǎn)2是跌倒過程中接觸地面時(shí)速度迅速減小造成地，最后穩(wěn)定到lg.圖6和圖7分別為正常行走和坐下一起立時(shí)加速度變化，而與圖6和圖7地對(duì)比可以看出：非劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)合加速度峰值不會(huì)超過3g圖5跌倒時(shí)合加速度變化曲線圖&正常行走時(shí)合加速度變化曲線20500100015002000采樣點(diǎn)散圖7起立-坐下時(shí)合加速度孌化曲線在摔倒過程中，人體俯仰角或者側(cè)翻角會(huì)發(fā)生變化，圖8為摔倒時(shí)刻俯仰角

33、和側(cè)翻角地角速度變化情況，圖9為利用陀螺儀數(shù)據(jù)枳分得到地角度變化情況.從陀螺儀地?cái)?shù)據(jù)町以看出：前向摔倒時(shí)，俯仰角劇烈變化；由于是正向摔倒，側(cè)翻角地變化不人.陀螺儀地?cái)?shù)據(jù)可以聯(lián)合加速度傳感器地?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)一步提高檢測(cè)地準(zhǔn)確率.*-2WIOOOJRWAlk囹8跌倒時(shí)角速度變化曲線IOOO采樣點(diǎn)效圖9跌倒時(shí)的角度變化曲線120100WE60鏗400-2005.2摔倒檢測(cè)系統(tǒng)地?cái)?shù)據(jù)分析表1不同控制方式卜震動(dòng)臺(tái)面轉(zhuǎn)角總均方根值繞Z軸陰d）繞龍軸rad）繞F軸3控19.701X10-49.S90XW49.768x10控29.710X10-49.935xlO-49.860 x10-4控39976xW49.545xlO-49.073x10控49.769x10-49.350 xlO*49.511x10-4控51.060 xl0-31.074xlO-39.309x10蟲控61.016xW31.103x!0-J1.175X10-3表2真東方臺(tái)面不同位置轉(zhuǎn)角總均方根值比較繞z軸間）繞才軸鈕3）繞y抽圍）安裝位置臺(tái)面4畀9.710 x109.935x10-49.S60 xl0-4臺(tái)面中心876x1049.721xlO-4d/gxlO相只攔差任）1力，_說明振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面各點(diǎn)繞臺(tái)面中心位置地轉(zhuǎn)角大小一致，最犬相對(duì)偏差約1.8%,表明光纖陀螺測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定.分析了三軸振動(dòng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)角測(cè)