[发明专利]一种基于加速度传感器的人体运动跌倒检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于加速度传感器的人体运动跌倒检测装置，其特征在于：检测装置包括鞋子和电路板，鞋子包括鞋底和鞋帮，鞋底设有与电路板相适配的凹槽，电路板内置于鞋底凹槽，电路板上设有电源、处理器和加速传感器，加速传感器包括X轴、Y轴和Z轴；

检测过程如下：

（1）通过跌倒判断基础流程进行判断是否疑似跌倒；

跌倒判断基础流程如下：

开始采集一段时间的加速度数据，所述时间为10秒钟以上，判断Z轴加速度是否由g变成0，g允许有正负0.2g误差；若是，则疑似跌倒，通过走步的算法逻辑进行进一步判断，提高准确率，通过电路板网络模块向外部发出跌倒告警，然后继续采集加速度数据，滚动更新加速度数据缓存；若否，则继续采集加速度数据，滚动更新加速度数据缓存；

（2）通过步态分析，提高跌倒判断的准确度：对上一步疑似跌倒时刻前几秒钟内走步状态的准确判断，消除静坐状态下跌倒误报情况，如翘起二郎腿、脚底垂直于地面等情况误报为跌倒；以采集跌倒前最近4秒钟的X、Y、Z轴加速度的值，以采样间隔50ms，采样80个点为例，判断人体是否处于走步状态；

判断走步的算法如下

a.以采样的80个点为计算样本，计算Z轴或者Y轴加速度阈值上轨和下轨；加速度的平均值，标记为avg，每个采样点的加速度值，标记为An，则阈值上轨upLimit=avg+∑(|An-avg|)/80，阈值下轨lowLimit=avg-∑(|An-avg|)/80；

b.判断步骤a中采样的80个点，加速度振动幅度是否达到走路的最小值，如果upLimit-avg或者avg-lowLimit小于0.1g（g为重力加速度），则认为加速度幅度太小，判定不是走步状态；

c.寻找波形数量，一个完整波形计2步；

波形判定方法：当加速度采样值上穿upLimit，然后再经过若干采样点，加速度采样值下穿lowLimit，则认为此时经过了一个完整波形；

d.排除波长明显不符合走步特征的情况，在4秒钟时间内，正常走路应该计步4-16步，也就是2-8个波形周期，如果经过上一步波形判断，识别出来波形周期小于2或者大于8，则判定这个波形不是由走步引起的，而是由于其它振动引起的，进而判定刚刚过去的4秒钟不是一个走路状态；

e.正常走路状态下，上下方向和前后方向的加速度振幅较大，但是左右方向的加速度振幅较小，即upLimit(Z)upLimit(X)且upLimit(Y)upLimit(X)，只有满足此条件，才认为是走步，不满足此条件，可能是在抖腿等行为导致的加速度周期性波动；

（3）通过加速度方差，排除跌倒误报：判断出疑似跌倒后，继续采集N个数据，然后判断这N个数据的标准差，若标准差非常小，则说明鞋子处于静止状态，而人刚刚跌倒后，是不可能绝对静止，因此判定鞋子此刻并未穿在脚上；此种情况可以判定并非人在运动中跌倒，而是可能刚刚脱掉的鞋子发生侧翻；

（4）通过疑似跌倒后一段时间内，加速度的变化情况，排除跌倒误报：判断出疑似跌倒后，继续采集N个数据，分析在这N个数据内，加速度变化趋势，若加速度呈现上升趋势，并最终稳定在g(1-20%) 到g(1+20%)范围内，则说明只是脚底短暂垂直于地面又马上恢复成平行于地面，并非真的跌倒。

2.根据权利要求1的一种基于加速度传感器的人体运动跌倒检测装置，其特征在于：鞋子处于跌倒状态时，包括前后左右任意方向跌倒，加速度传感器Z轴变成平行于地面，Z轴方向的重力加速度变成0或者接近于0。

3.根据权利要求1的一种基于加速度传感器的人体运动跌倒检测装置，其特征在于：加速度传感器可以指示三维方向的加速度数值的传感器，在加速度传感器静止情况下，在Z轴垂直于地面，X、Y轴平行于地面的情况下，Z轴的加速度数值为1个重力加速度g，X、Y轴的加速度值为零；在运动情况下，X、Y、Z三个轴的加速度数值，为重力加速度值在三个轴上的分解和运动导致的加速度数值的叠加。

4.根据权利要求1的一种基于加速度传感器的人体运动跌倒检测装置，其特征在于：采集N个数据，可以选择每隔50ms采集一个数据，采集10秒钟，采集200个数据，也可以选择其他间隔采集得到N个数据。