[發(fā)明專利]一種人體跌倒檢測方法及保護(hù)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610083726.5
• 申請日: 2016-02-06
• 公開（公告）號: CN105590408B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 高強(qiáng)
• 主分類號: G08B21/04
• 分類號: G08B21/04
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種人體防護(hù)的檢測方法及防護(hù)裝置，具體涉及一種人體路倒的檢測方法以及在檢測到人體跌倒時(shí)對人體進(jìn)行保護(hù)的裝置。

背景技術(shù)

跌倒是老年人常見的一種意外事件，老人常常因跌倒導(dǎo)致各種損傷，例如髖部骨折、頸部損傷、腦部損傷、以及各種軟組織損傷及其它部位骨折等。

對人體跌倒事件的檢測是進(jìn)行防護(hù)的前提。現(xiàn)有技術(shù)中，人體跌倒檢測方法主要有3類：基于視頻圖像的檢測、基于音頻或無線電等周圍環(huán)境信號的檢測和基于穿戴式設(shè)備的檢測。基于視頻圖像檢測的優(yōu)點(diǎn)是人體不需要攜帶任何設(shè)備，缺點(diǎn)是視頻圖像受光線、環(huán)境等的影響較大，檢測范圍有限并涉及到個(gè)人隱私。基于周圍環(huán)境信號檢測的方法受周圍環(huán)境的影響較大，無法得到很高的精度，一般只能作為輔助檢測方法。基于穿戴式設(shè)備檢測的方法因成本低，檢測范圍大，不受周圍環(huán)境的影響，是目前研究和實(shí)際應(yīng)用最多的跌倒檢測方法。

例如，中國發(fā)明專利申請CN102117533A公開了一種人體跌倒檢測保護(hù)與報(bào)警裝置，包括跌倒檢測部分、跌倒檢測信息傳輸部分、跌倒位置檢測部分和保護(hù)氣囊。其采用穿戴式裝置，試圖通過獲取跌倒檢測信號來啟動保護(hù)氣囊，但是，與目前的絕大多數(shù)跌倒檢測方法一樣，采用設(shè)定閾值的方法進(jìn)行檢測。其采用了加速度傳感器和陀螺儀，定義信號向量模SVM和運(yùn)動角速度，（即為三軸合加速度），設(shè)定SVM閾值為1.8g-2.2g，運(yùn)動角速度閾值為0.5rad/s-0.55rad/s，當(dāng)SVM和人體運(yùn)動角速度超過設(shè)定閾值時(shí)，判斷人體發(fā)生跌倒。采用閾值檢測方法屬于事后檢測，使得跌倒保護(hù)裝置難以起到作用。

通過訓(xùn)練分類器的方法來進(jìn)行人體狀態(tài)判斷，有可能比普通的閾值法更早地檢測出跌倒的趨勢，從而實(shí)現(xiàn)事前檢測。但是，如何選擇分類器使用的特征值，以及采用什么分類器，是能否真正實(shí)現(xiàn)事前檢測的關(guān)鍵點(diǎn)。

因此，如何實(shí)現(xiàn)人體跌倒的事前檢測，是目前實(shí)現(xiàn)人體跌倒保護(hù)所急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種人體跌倒檢測方法，實(shí)現(xiàn)人體跌倒的事前檢測，以給保護(hù)裝置提供足夠的反應(yīng)時(shí)間；本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供一種采用這種檢測方法的人體跌倒保護(hù)裝置。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種人體跌倒檢測方法，包括：

1）特征值的獲取：

①使用人體穿戴的三軸加速度儀和三軸陀螺儀進(jìn)行采樣，得到各個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)；

②根據(jù)步驟①得到的采樣數(shù)據(jù)，分別計(jì)算獲得每個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)的三軸合加速度、滾轉(zhuǎn)角、俯仰角，

其中，，a_x、a_y、a_z分別是三軸加速度，以水平面中正交的兩個(gè)方向分別作為x軸和y軸，滾轉(zhuǎn)角是繞x軸的姿態(tài)角，俯仰角是繞y軸的姿態(tài)角；

③設(shè)置滑動時(shí)間窗口的長度和相鄰滑動時(shí)間窗口的疊加率，獲得每一滑動時(shí)間窗口內(nèi)的各采樣點(diǎn)的三軸合加速度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，獲得在滑動時(shí)間窗口的最后一個(gè)采樣點(diǎn)處人體相對于直立狀態(tài)時(shí)的滾轉(zhuǎn)角和俯仰角的變化量的絕對值之和，以該三個(gè)參數(shù)作為特征值；

2）分類器的建立和訓(xùn)練：

采用支持向量機(jī)算法構(gòu)建分類器，以步驟1）獲得的三個(gè)參數(shù)作為分類器的輸入特征值；

由進(jìn)行訓(xùn)練的人員分別進(jìn)行日常活動行為和不同的跌倒行為，獲取跌倒樣本和日常活動行為樣本構(gòu)成訓(xùn)練集，對分類器進(jìn)行訓(xùn)練，獲得訓(xùn)練后的分類器；

3）采用訓(xùn)練后的分類器根據(jù)獲取的人體實(shí)際傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行跌倒檢測。

上述技術(shù)方案中，步驟1）之①中，采樣頻率通常與采用的傳感器芯片的性能相關(guān)，采樣頻率過低將導(dǎo)致滑動時(shí)間窗口內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)不足，從而影響判斷效果。因此，采樣頻率不小于50Hz。

優(yōu)選的采樣頻率為100Hz。

上述技術(shù)方案中，滑動時(shí)間窗口的長度為100～300ms，窗口的疊加率為40%～60%。

滑動時(shí)間窗口的長度為100ms，窗口的疊加率為50%。

本發(fā)明同時(shí)提供一種人體跌倒保護(hù)裝置，包括跌倒檢測裝置、保護(hù)氣囊和驅(qū)動裝置，其中，所述跌倒檢測裝置主要由三軸加速度儀、三軸陀螺儀和控制器構(gòu)成，所述控制器中設(shè)有上述的訓(xùn)練后的分類器。

優(yōu)選的技術(shù)方案，所述跌倒檢測裝置設(shè)置在人體的腰部。

上述技術(shù)方案中，所述驅(qū)動裝置包括經(jīng)過一控制閥與保護(hù)氣囊連通的壓縮氣瓶，所述控制閥由所述控制器控制開閉。