[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

摘要

本发明公开了一种基于加速度传感器的人体运动跌倒检测装置及方法，包括检测装置和检测方法：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；检测方法如下：(1)通过跌倒判断基础流程进行判断是否疑似跌倒；(2)通过步态分析，提高跌倒判断的准确度；(3)通过加速度方差，排除跌倒误报；(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；本发明通过更多精细化逻辑判定方法，来提高跌倒判断的准确率，解决跌倒判断误码率高的问题；使得老年人的健康得到保障，子女也可以安心工作。

主权项

1.一种基于加速度传感器的人体运动跌倒检测装置及方法，包括检测装置和检测方法，其特征在于：所述检测装置包括鞋子和电路板，所述鞋子包括鞋底和鞋帮，所述鞋底设有与电路板相适配的凹槽，所述电路板内置于鞋底凹槽，所述电路板上设有电源、处理器和加速传感器，所述加速传感器包括X轴、Y轴和Z轴；/n所述检测方法如下：/n(1)通过跌倒判断基础流程进行判断是否疑似跌倒；/n跌倒判断基础流程如下：/n开始采集一段时间的加速度数据(为了准确，一般采用10秒钟以上)，判断Z轴加速度是否由g(允许有正负0.2g误差)变成0(正负0.2g)；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；/n(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；/n判断走步的算法如下：/na.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；/nb.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；/nc.寻找波形数量，一个完整波形计2步；/n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；/nd.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；/ne.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；/n(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；/n(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。/n