[發(fā)明專利]基于手機加速度計和陀螺儀的老年人異常情況判定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310690365.7
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103680063A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李永剛;張楠;朱蓉;魏遠旺;葉利華;殷海明
• 申請（專利權(quán)）人: 嘉興學(xué)院
• 主分類號: G08B21/04
• 分類號: G08B21/04;A61B5/11
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異常行為檢測技術(shù)，尤其是涉及基于手機加速度計和陀螺儀的異常行為檢測方法。

背景技術(shù)

我國人口老齡化問題漸漸凸顯出各種問題，例如老年人與重癥病人的監(jiān)護問題。比如老人跌倒，如果沒有及時的攙扶，可能導(dǎo)致老人病情的加重。拄拐與輪椅患者，也經(jīng)常需要他人的監(jiān)護。這種情況，很多時候都依賴于人為干預(yù)。通過人為干預(yù)行為，常常需要花費很大的精力與財力才能達到合理監(jiān)護的要求。而相關(guān)的監(jiān)控與監(jiān)護設(shè)備，往往價格比較昂貴。

隨著智能手機的普及，越來越多的人開始使用智能手機。例如iPhone、Android、Windows?Phone等智能手機，擁有大量優(yōu)秀和高質(zhì)量的移動應(yīng)用。智能手機已經(jīng)成了人們很難脫離的電子設(shè)備。而現(xiàn)在很多的智能手機，都擁有各種傳感器模塊。例如加速度計、光線傳感器、磁場傳感器、GPS模塊、三軸陀螺儀等等。并非有很多應(yīng)用，使用了智能手機的傳感器，很多情況下，手機傳感器模塊得不到充分的利用。

在地球上任何物體都會受到重力的作用而產(chǎn)生重力加速度，加速度傳感器可以用來測定加速度的變化。把三軸加速度傳感器固定在手機上，在相對靜止狀態(tài)下，當(dāng)手機姿態(tài)改變時，加速度傳感器的敏感軸相對于重力場發(fā)生變化，加速度傳感器的3個敏感軸分別輸出重力在其相應(yīng)方向產(chǎn)生的重力分量信號[單家元,王肇敏,魏華梁.“內(nèi)旋三軸框架系統(tǒng)建模”,計算機仿真,2002,19(5):527]，手機加速度變化的測量原理如圖2所示。輸出的大小與3個軸方向同豎直方向的夾角有關(guān)。

當(dāng)手機處于變速運動狀態(tài)時，由于加速度傳感器同時受到重力加速度和手機自身加速度的影響，其返回值是重力加速度同手機自身加速度的矢量和。對加速度傳感器自身振動和機械噪聲等方面的考慮，加速度傳感器不能獨立運用測量狀態(tài)變化。陀螺儀能夠提供瞬間的動態(tài)角度變化，由于其本身的固有特性及積分過程的影響，它會隨著工作時間的延長產(chǎn)生漂移誤差。因此對于行為檢測系統(tǒng)而言，單獨使用陀螺儀或加速度計，都不能提供行為狀態(tài)的可靠估計。為了克服這些問題，數(shù)據(jù)融合算法需使用加速度傳感器的測量值并使用陀螺儀測得的角速度數(shù)據(jù)對加速度傳感器數(shù)據(jù)進行融合和矯正。

依據(jù)上一時刻的重力矢量方向的估計值，結(jié)合陀螺儀測得的角度值計算出當(dāng)前時刻的重力矢量，再與當(dāng)前時刻加速度傳感器返回的矢量進行融合，得到當(dāng)前矢量的最優(yōu)估計值。

利用智能手機自帶的加速度計和陀螺儀，實時采集加速度傳感器和陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)，設(shè)計一種決策數(shù)據(jù)融合算法，計算出手機融合運動矢量，根據(jù)融合運動矢量判定人的行為狀態(tài)。本發(fā)明可以能夠判斷智能手機的攜帶者，是否處在異常狀態(tài)下，為行動緩慢的老年人群提供判別與預(yù)警的功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種老年人監(jiān)護方法，克服現(xiàn)有視頻監(jiān)控方法的不足，以提高對老年人監(jiān)護的監(jiān)控范圍，降低成本。本發(fā)明可以能夠判斷智能手機的攜帶者，是否處在異常狀態(tài)下，為行動緩慢的老年人群提供判別與預(yù)警的功能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下：一種基于手機加速度計和陀螺儀的老年人異常情況判定方法，該方法包括以下步驟：

步驟（1）從智能手機中實時獲取加速度傳感器和陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)。

步驟（2）建立加速度數(shù)據(jù)處理模型：設(shè)三軸加速度值分別為Rac_x、Rac_y、Rac_z，三軸加速度的矢量和，即為加速度檢測的矢量矢量長度為確定手機旋轉(zhuǎn)的角度是向量與X、Y、Z三個坐標軸之間的夾角α_x、α_y、α_z，通過cos()的反函數(shù)arccos()可以計算出所需的角度：α_x=arccos(Rac_x/|Rac|),α_y=arccos(Rac_y/|Rac|),α_z=arccos(Rac_z/|Rac|)。

步驟（3）：建立陀螺儀數(shù)據(jù)處理模型；定義Rxz為加速度矢量在XZ平面上的投影，Ryz為加速度矢量在YZ平面上的投影，定義Z軸和Rxz、Ryz向量所成的夾角為α_xz、α_yz，陀螺儀輸出陀螺儀修正加速度計的修正分量