智能光纤地垫系统及其摔倒检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤传感器实现摔倒检测与识别技术，特别是涉及一种智能光纤地垫 系统及其摔倒检测方法。
【背景技术】
[0002] 智能家具技术为人们提供智能服务以改善生活质量和提高独立生活能力。健康看 护是实现智能家居技术的重要的基础，意外摔倒是65岁以上老人死亡的其中一个重要原 因，已有不少学者致力于这方面的研究。对于摔倒检测，穿戴设备的成本高，使用不方便。基 于光学成像的机器视觉方法从杂乱的真实环境中稳定地提取人体目标，并且这些算法对光 照，背景的变化极为敏感，同时涉及个人隐私保护。基于射频识别（RFID:RadioFrequency Identification)的测量技术需要人们接触感知标签。
[0003] 在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术对人们的姿 态动作变化和环境湿度温度变化都相当敏感，且计算复杂，并不能完全适用于浴室厨房等 特殊功能区，因此有必要探索适用性更广的室内摔倒检测系统。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对传统技术中摔倒检测方法及装置适用性差、成本高且计算复 杂的问题，提供一种智能光纤地垫系统及其摔倒检测方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：
[0006] -方面，提供了一种智能光纤地垫系统，包括检测单元和外围硬件电路单元；
[0007] 检测单元包括光纤传感器；光纤传感器包括光纤传感接收器、光纤传感发射器和 光纤跳线；光纤跳线以预设的布线方式铺设在地垫中；预设的布线方式为根据地垫的预设 感知区域的大小，将光纤跳线以蛇形走线的方式布置成为网格状；外围硬件电路单元包括 发送端外围电路模块和接收端外围电路模块；发送端外围电路模块与光纤传感发射器相连 接；接收端外围电路模块与所述光纤传感接收器相连接；
[0008] 光纤传感发射器在发送端外围电路模块的控制下向光纤跳线发送光信号；
[0009] 光纤传感接收器接收光纤跳线在发生形变时基于光信号输出的压力变化数据，并 将压力变化数据发送给接收端外围电路模块；
[0010] 接收端外围电路模块对压力变化数据进行处理，分别输出波形数据和信号数据。
[0011] 另一方面，提供了一种摔倒检测方法，包括步骤：
[0012] 接收光纤跳线在发生形变时基于光信号输出的压力变化数据；
[0013] 对压力变化数据进行处理，分别输出波形数据和信号数据；
[0014] 对波形数据进行特征提取与识别，并根据特征提取与识别的结果和信号数据对人 体的摔倒动作进行判别。
[0015] 上述技术方案具有如下有益效果：
[0016] 本发明的智能光纤地垫系统及其摔倒检测方法，其中光纤传感器不受浴室环境温 度、湿度、光照及背景变化的影响；采用光纤跳线的蛇形走线的布线方式，能够在同样面积 的感知区域下大大减少光纤传感器的数量，从而降低成本功耗；同时采用光纤跳线进行数 据检测，检测得到的是一维数据（波形数据），具有低计算复杂度、操作简单且低数据量的 特点；智能光纤地垫的外围硬件电路单元能够提供稳定的有效的信号发送接收机制，并且 可以得到准确的变化电压值，可以将光纤地垫上的压力变化情况准确的反应出来；通过对 波形数据的特征提取和识别，能够显著提高摔倒检测的判别精度。
【附图说明】
[0017] 通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目 的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻 意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0018] 图1为本发明智能光纤地垫系统实施例1的结构示意图；
[0019] 图2为本发明智能光纤地垫系统实施例1中在地垫中铺设光纤跳线的布线方式的 具体结构示意图；
[0020] 图3为本发明智能光纤地垫系统实施例2的结构示意图；
[0021] 图4为本发明智能光纤地垫系统实施例2中以电脑终端作为处理单元的系统结构 示意图；
[0022] 图5为本发明智能光纤地垫系统实施例1或实施例2中外围硬件电路单元的电路 结构示意图；
[0023] 图6为本发明智能光纤地垫系统实施例1或实施例2中光纤跳线压力检测时外围 硬件电路输出的波形图；
[0024] 图7为人体目标在本发明智能光纤地垫系统实施例1或实施例2上的测试模型图 和测试时得到的电压变化波形图；
[0025] 图8为本发明摔倒检测方法实施例1的流程示意图；
[0026] 图9为本发明摔倒检测方法实施例1中通过尖峰检测后的电压波形图。
【具体实施方式】
[0027] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所 描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0028] 需要说明的是，当一个元件被认为是"连接"另一个元件，它可以是直接连接到另 一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语"一端"、"另 一端"以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0029] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个 相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0030] 本发明智能光纤地垫系统实施例1 :
[0031] 为了解决传统技术中摔倒检测方法及装置适用性差、成本高且计算复杂的问题， 本发明提供了一种智能光纤地垫系统实施例1 ;图1为本发明智能光纤地垫系统实施例1 的结构示意图；如图1所示，可以包括检测单元100和外围硬件电路单元110 ;
[0032] 检测单元100包括光纤传感器10 ;光纤传感器10包括光纤传感接收器6、光纤传 感发射器2和光纤跳线4 ;光纤跳线4以预设的布线方式铺设在地垫中；其中，图2为本发明 智能光纤地垫系统实施例1中在地垫中铺设光纤跳线的布线方式的具体结构示意图，如图 2所示，预设的布线方式为根据地垫的预设感知区域的大小，将光纤跳线以蛇形走线的方式 布置成为网格状；
[0033] 外围硬件电路单元110包括发送端外围电路模块112和接收端外围电路模块114 ; 发送端外围电路模块112与光纤传感发射器2相连接；接收端外围电路模块114与所述光 纤传感接收器6相连接；
[0034] 光纤传感发射器2在发送端外围电路模块112的控制下向光纤跳线4发送光信 号；
[0035] 光纤传感接收器6接收光纤跳线4在发生形变时基于光信号输出的压力变化数 据，并将压力变化数据发送给接收端外围电路模块114 ;
[0036] 接收端外围电路模块114对压力变化数据进行处理，分别输出波形数据和信号数 据。
[0037] 在一个具体的实施例中，光纤传感器10为物理型光纤传感器；光纤传感器10的数 量为一个。传统技术中，一套完整的光纤传感器一般由光纤发射器、光纤接收器和光纤跳线 组成。光纤跳线是一种用于光的传播的介质；本发明智能光纤地垫系统实施例1中可以只 用一套光纤传感器实现本发明的目的。而一个（套）光纤传感器即表示本发明系统实施例 中的光纤跳线的数量可以为一根。
[0038] 铺设一根光纤跳线的技术方案具体可以是：在感知空间内铺设1个光纤传感器， 要求传感器的跳线布置覆盖整个感知空间。跳线的走线方式将光纤跳线按区域以蛇形走线 布置成网格形方式。与传统的技