基于智能终端的跌倒检测系统技术分析

李圣普+王小辉

摘 要：基于智能終端的跌倒检测系统，通过移动终端自身传感器检测跌倒状态，并及时的将求救信息发送给家人或医护人员。本文研究利用智能终端来检测跌倒事件的解决方案，研究内容可分为跌倒过程分析及模型建立、跌倒检测算法设计、算法评价、系统软件实现四个部分。文中主要从项目的功能设计、模块划分和技术分析完成系统总体设计，并建立系统模型。

关键词：智能终端 跌倒检测 总体设计 技术分析

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（b）-0002-02

老人跌倒发生时，基于智能终端的跌倒检测软件，通过自动检测跌倒状态，远程发送求救信息，保存跌倒数据等功能，为老人赢得宝贵的治疗时间，大大降低老人因跌倒导致的伤残率和死亡率，对于提高老人晚年生活质量，减少家庭压力，缓解社会道德问题矛盾具有十分重要的现实意义和社会价值。总体设计的完成是实现跌倒检测系统的前提。本文将结合功能设计、模块划分和技术分析3个方面对该系统的概要设计做详细的说明。

1 功能设计

本系统是基于Android的跌倒检测系统的设计与实现。系统功能主要包括跌倒检测，跌倒呼救，呼救记录，记录查询，系统设置等。

通过分析本系统设计将要实现系统设置，跌倒检测判定，一键呼救，记录查询等模块。

2 模块具体划分

系统主要划分为四大模块，分别是系统设置模块、跌倒检测模块、一键呼救模块、记录查询查询模块。

各模块主要实现的功能如下。

（1）系统设置：系统偏好设置，包括联系方式和呼救方式的选择。

（2）跌倒检测：根据跌倒检测算法，对跌倒发生时的数据进行处理，做出跌倒判定，并记录当前信息，发出求救信号。

（3）一键呼救：根据系统设置，点击后立即发出求救信号。

（4）记录查询：进入后查看呼救记录，点击可查看记录详情。

3 技术分析

正常人的身体，会在跌倒时，产生向一个方向倾斜的状态，从而不受控的失衡。身体会在发生跌倒时，瞬间向移动方向倾倒，身体重心的偏移会产生一个较大的加速度值，系统可以以此值来判定老人跌倒状态。

3.1 坐标分析

二维的笛卡尔坐标系是原始的坐标系。在二维的基础上，根据右手定则增加第三维坐标（Z轴）形成了三维笛卡尔坐标系。若定义一个原点的位置（0，0，0），则使用（X，Y，Z）可以表示坐标系中任意一点。以此可以表示空间上的任意一点，并可表示相关变化值[1]。如图1所示。

3.2 加速度传感器的工作原理

移动设备在三维空间中的加速度可以通过Android内置的加速度传感器检获取到，通过传回对应的3个方向的参数数值进行分析，可以判定出物体的加速度及运动方式。3个坐标轴的方向分别为：X轴正方向平行于屏幕，从屏幕左方指向右方，Y轴正方向为平行屏幕，从屏幕的下方指向上方，Z轴正方向为垂直屏幕，指向于屏幕外[2]，如图2所示。

需要注意的是计算物体实际加速度需要考虑重力作用，而加速度传感器传回的数值只能反映设备本身外力所产生的加速度[3]。原因是传感器坐标系中的加速度（即手机设备本身实际的加速度），并非从加速度传感器中获取到的加速度参数值。传感器加速度是将重力计算在内。

3.3 跌倒的阈值判断

跌倒的定义是，在无意识的条件下，一个人从站立或平坐姿态向躺倒姿势的转变。这一姿态的转变过程中，重力是这个过程中的主要因素。加速度和位移在人的跌倒过程中，均发生了变化，利用传感器传回的数值，可以对使用者的状态进行建模，以此来对使用者的身体姿态进行分析[4]。在姿态的分析中，如果能够判断并排除剧烈运动、正常运动带来的误报情况，能够对提高检测的准确率有极大的帮助。

3.4 跌倒算法的实现

由于跌倒事件具有不确定性，故无法预知跌倒的方向，所以用某一轴向的加速度数据的方式来判断跌倒发生的方式不太合适。故使用SMV阈值的跌倒检测方法来检测跌倒，这种方法忽略了加速度的空间方向，通过空间加速度进行矢量和运算，利用矢量与阈值的相比较来初步判断是否跌倒[5]。

当传感器的X，Y，Z三个数据剧增并达到阈值时，就初步判定跌倒，然后进一步确认是否发生跌倒，即在接下来的几个持续时间间隔内，如果传感器传回的数值几乎不变并且趋近于零，则进行判断：若为零则进入下一步判断（此处用来排除一些剧烈活动或者正常活动），在这里用一个确认框的设置（确认是否发送急救短信）来排除一些无法预期的活动而产生的误报，点击确认框按钮或不操作等待180s，软件就会判定老人跌倒了，这是软件会发送求救信息给老人的监护人，监护人收到短信后可通过查看跌倒位置或者通过电话确认老人是否跌倒，若跌倒则采取救治措施。

4 结语

本文主要通过分析系统的总体架构来介绍跌倒检测系统的总体设计，对功能进行基本的设计，按照功能的需求对模块进行了具体的划分，最后，对用到的核心技术进行分析，为系统的开发做好准备。

参考文献

[1] 赵祥欣.基于三维加速度传感器的跌倒监控研究[D].浙江大学，2008.

[2] 谢开明.基于GPRS的跌倒检测报警系统的设计与实现[D].重庆大学，2010.

[3] A.Sixsmith，N.Johnson.Smart sensor to detect the falls of the elderly[J].IEEE Prevasive Computing，200，3（2）：42-47.

[4] R B Jeennings，EM Nahum，DP Olshefski，et alA study of internet instant messaging and chat protocols[J].IEEE Network，2007，20（4）：16-21.

[5] Luo S，Hu A Dynamic Motion Pattern Analysis Approach to Fall Detection[J].IEEE international Workshop on Biomedical Circuits & Systems，2005，113（5）：1-5.endprint