跌倒检测装置及方法与流程

本发明涉及人体跌倒检测领域，具体涉及一种跌倒检测装置及方法。

背景技术：

我国老年人口众多，跌倒可导致老年人骨折、软组织损伤和心理创伤等严重后果，是老年人伤残、失能和死亡的重要原因之一。同时，老年人跌倒带来的伤害及医疗成本不但和跌倒时撞击的剧烈程度有关，还很大程度取决于救助响应时间的长短。快速有效地发现跌倒事件的发生，对老人实施救治是降低老年人伤亡率的有效手段。目前，通常采用将传感器获取的所有数据实时传输给CPU，CPU对数据处理来判断是否发生跌倒事件，但是，传感器与CPU之间的数据传输量大，易造成数据丢失从而发生误判。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种跌倒检测装置及方法，旨在提高判断跌倒事件的准确性。

为实现上述目的，本发明提出的跌倒检测装置包括：

信号接收模块，用于接收传感器装置发送的失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，其中，失重中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度小于预设的第一加速度阈值触发，撞击中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度超过预设的第二加速度阈值触发，静止中断信号由传感器装置根据相邻两次检测到的合加速度差值小于预设的第三加速度阈值触发，所述合加速度由传感器周期性检测获得；

一次判断模块，用于根据接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的先后顺序以及不同信号之间的时间间隔判断是否发生跌倒事件；

处理模块，用于当判断跌倒事件发生时，向移动终端发送跌倒报警信息。

优选地，所述一次判断模块具体用于，当依次接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔小于预设的第一时间阈值，撞击中断信号与撞击中断信号后接收到的第一个静止中断信号之间的时间间隔小于预设的第二时间阈值时，则判断跌倒事件发生。

优选地，所述一次判断模块还用于，从传感器装置获取触发所述第一个静止中断信号的人体三维加速度A1_x，A1_y和A1_z，将所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z相应方向上的数值进行比较，判断是否有至少一方向上的数值不相等，若是，则判断跌倒事件发生。

优选地，所述跌倒检测装置还包括：

二次判断模块，用于当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间的合角速度，并判断所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生；

其中，所述合角速度由传感器装置检测获得。

优选地，所述二次判断模块包括：

二次判断单元，用于当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间每隔预置时间间隔的合角速度，并判断所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生。

本发明还提供一种跌倒检测方法，所述跌倒检测方法包括以下步骤：

接收传感器装置发送的失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，其中，失重中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度小于预设的第一加速度阈值触发，撞击中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度超过预设的第二加速度阈值触发，静止中断信号由传感器装置根据相邻两次检测到的合加速度差值小于预设的第三加速度阈值触发，所述合加速度由传感器周期性检测获得；

根据接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的先后顺序以及不同信号之间的时间间隔判断是否发生跌倒事件；

当判断跌倒事件发生时，向移动终端发送跌倒报警信息。

优选地，所述根据接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的先后顺序以及不同信号之间的时间间隔判断是否发生跌倒事件具体为：

当依次接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔小于预设的第一时间阈值，撞击中断信号与撞击中断信号后接收到的第一个静止中断信号之间的时间间隔小于预设的第二时间阈值时，则判断跌倒事件发生。

优选地，所述当依次接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔小于预设的第一时间阈值，撞击中断信号与撞击中断信号后接收到的第一个静止中断信号之间的时间间隔小于预设的第二时间阈值时之后，还包括：

从传感器装置获取触发所述第一个静止中断信号的人体三维加速度A1_x，A1_y和A1_z，将所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z相应方向上的数值进行比较，判断是否有至少一方向上的数值不相等，若是，则判断跌倒事件发生。

优选地，所述跌倒检测方法还包括：

当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间的合角速度，并判断所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生；

其中，所述合角速度由传感器装置检测获得。

优选地，所述当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间的合角速度，并判断所述合角速度是否超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生包括：

当判断第一合加速度等于第二合加速度时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间每隔预置时间间隔的合角速度，并判断所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生。

一般的跌倒过程可以分解为：重心不稳、摔倒在支撑面上以及静止在支撑面上，这个过程中有三个明显的特征：失重、撞击以及静止，且这三个特征之间有一定的时间间隔，若在一定时间内没有触发下一个中断，则说明没有发生跌倒。本发明技术方案中，失重和撞击时，传感器装置根据合加速度与预设的加速度阈值的比较触发失重和撞击中断信号，静止时，传感器根据相邻两次检测到的合加速度差值与预设的加速度阈值进行比较触发静止中断信号。跌倒检测装置只需接收中断信号和记录相应的时间，通过判断接收到的中断信号的顺序是否与跌倒过程发生的状况一致以及判断不同中断信号之间的时间间隔是否正常，即可获知是否发生跌倒事件。跌倒检测装置处理的数据较少，可以提高判断跌倒事件的准确性。

附图说明

图1为本发明跌倒检测装置第一实施例的功能模块示意图；

图2为本发明跌倒检测装置第二实施例的功能模块示意图；

图3为本发明跌倒检测装置第二实施例中二次判断模块的细化功能模块示意图；

图4为本发明跌倒检测方法第一实施例的流程示意图；

图5为本发明跌倒检测方法第二实施例的流程示意图；

图6为本发明跌倒检测方法第三实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种跌倒检测装置及方法。

参照图1，为本发明跌倒检测装置的第一实施例，所述跌倒检测装置包括：

信号接收模块100，用于接收传感器装置发送的失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号。

其中，失重中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度小于预设的第一加速度阈值触发，撞击中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度超过预设的第二加速度阈值触发，静止中断信号由传感器装置根据相邻两次检测到的合加速度差值小于预设的第三加速度阈值触发，所述合加速度由传感器周期性检测获得。

传感器装置用于采集人体三维加速度，并根据采集的三维加速度计算合加速度，合加速度采用以下公式求取：

式中A_x，A_y，A_z表示传感器装置采集的X、Y、Z三个轴向上的加速度，A表示合加速度。

传感器装置可以佩戴于老年人腰部，也可以封装在鞋子中。第一、第二、第三加速度阈值通过实际情况的实验和经验值来设定。一般，第一加速度阈值为7-8m/s²，第二加速度阈值为15-20m/s²，第三加速度阈值为2-5m/s²。

一次判断模块200，用于根据接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的先后顺序以及不同信号之间的时间间隔判断是否发生跌倒事件。

由于一般的跌倒过程可以分解为：重心不稳、摔倒在支撑面上以及静止在支撑面上，这个过程中有三个明显的特征：失重、撞击以及静止，且这三个特征之间有一定的时间间隔，若在一定时间内没有触发下一个中断，则说明没有发生跌倒。跌倒判断的算法存储在一次判断模块200中，一次判断模块200只需根据接收到的三种中断信号进行顺序和时间间隔的判断即可分析是否发生跌倒事件。以下举例说明：

如果中断信号的接收顺序如下：首先接收到失重中断信号、然后接收到撞击中断信号、最后接收到静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔在预设的时间范围内，撞击中断信号与静止中断信号之间的时间间隔也在预设的时间内，则说明整个跌倒过程完成，判定跌倒事件发生，如果其中任一过程不匹配，则说明没有完成整个跌倒过程，判定跌倒事件未发生。

处理模块300，用于当判断跌倒事件发生时，向移动终端发送跌倒报警信息。

具体地，当一次判断模块200判定跌倒事件发生时，处理模块300则通过无线通讯协议向移动终端发送跌倒报警信息，提醒家人及时救援。移动终端可以为手机、智能网关、报警器等；无线通讯协议可以是WIFI、GPRS、蓝牙、ZigBee等常用的物联网协议。

本发明技术方案中，失重和撞击时，传感器装置根据合加速度与预设的加速度阈值的比较触发失重和撞击中断信号，静止时，传感器根据相邻两次检测到的合加速度差值与预设的加速度阈值进行比较触发静止中断信号。跌倒检测装置只需接收中断信号和记录相应的时间，通过判断接收到的中断信号的顺序是否与跌倒过程发生的状况一致以及判断不同中断信号之间的时间间隔是否正常，即可获知是否发生跌倒事件。跌倒检测装置处理的数据较少，可以提高判断跌倒事件的准确性，而且处理速度快，对装置的配置要求低。

优选地，所述一次判断模块200具体用于，当依次接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔小于预设的第一时间阈值，撞击中断信号与撞击中断信号后接收到的第一个静止中断信号之间的时间间隔小于预设的第二时间阈值时，则判断跌倒事件发生。

因为一般的跌倒过程可以分解为：重心不稳、摔倒在支撑面上以及静止在支撑面上，这个过程中有三个明显的特征：失重、撞击以及静止，且这三个特征之间有一定的时间间隔，若在一定时间内没有触发下一个中断，则说明没有发生跌倒，所以当依次接收到失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号时说明整个跌倒过程完整。但是由于中断信号是由传感器装置根据合加速度与加速度阈值进行比较触发的，可以会发生特殊情况从而造成误判，比如由于特殊动作触发了失重中断信号，过了十分钟之后又由于另一特殊动作触发了撞击中断信号，过了二十分钟之后触发了第一个静止中断信号，虽然失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的顺序正确，但是跌倒过程中的失重与撞击之间的时间间隔一般不会是十分钟，撞击和静止之间的时间间隔一般不会是二十分钟，所以需要综合时间间隔来最终判断是否发生跌倒事件。

可以针对不同的场景，对第一时间阈值和第二时间阈值进行预设。比如，在浴室摔倒的过程中，从高处坠落的情况较少，因此触发失重中断信号之后会很快触发撞击中断信号，说明失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔较短，即预设的第一时间阈值也较小。

优选地，所述一次判断模块200还用于，从传感器装置获取触发所述第一个静止中断信号的人体三维加速度A1_x，A1_y和A1_z，将所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z相应方向上的数值进行比较，判断是否有至少一方向上的数值不相等，若是，则判断跌倒事件发生。

一般情况下，跌倒过程中静止状态与跌落之前人体的正常静止姿势不一致，为了进一步保证判断跌倒事件发生的准确性，将触发第一个静止中断信号的人体三维加速度A1_x，A1_y和A1_z与预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z相应方向上的数值进行比较，如果至少一方向上的数值不相等，则判断跌倒事件发生。其中，预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z可以在每次启动传感器装置的时候设定，表示的是人体一般静止时候的姿势，比如站立状态。

进一步地，参照图2，为本发明跌倒检测装置的第二实施例，在上述第一实施例的基础上，所述跌倒检测装置还包括：

二次判断模块400，用于当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间的合角速度，并判断所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生；

其中，所述合角速度由传感器装置检测获得。

当遇到特殊情况时，跌倒过程中的静止状态与跌落之前人体的正常静止姿势可能一致，此时人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等，为了避免这种情况的漏判，在该实施例中增加合角速度的判断，是因为在整个跌倒过程中，合角速度有一个限值，只要发现有一个合角速度超过预设的角速度阈值，则说明跌倒事件发生。合角速度也是通过实验和经验值来设定，一般情况下，合角速度阈值设定为1.5-2deg/s。

其中，合角速度由传感器装置测得，具体是采用以下公式求取：

式中W_x，W_y，W_z表示传感器装置采集的X、Y、Z三个轴向上的角速度，W表示合角速度。

为了减少传感器的数量以及减小传感器的体积，本发明中使用六轴传感器，能同时采集加速度和角速度，选用的型号是MPU6050，但不限于MPU6050，只要有与跌倒相关的中断触发的六轴传感器，都适用于本套方案。

进一步地，参照图3，为本发明跌倒检测装置的第三实施例，在上述第二实施例的基础上，所述二次判断模块400还包括：

二次判断单元410，用于当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间每隔预置时间间隔的合角速度，并判断所述所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生。

为了进一步减少传感器装置与跌倒检测装置之间的数据传输，在获取传感器装置中的合角速度时，在触发失重中断信号至触发第一个静止中断信号期间，每隔预置时间间隔获取合角速度，而不是获取全部的合角速度。

参照图4，本发明第一实施例提出的的跌倒检测方法包括以下步骤：

步骤S100，接收传感器装置发送的失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号。

其中，失重中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度小于预设的第一加速度阈值触发，撞击中断信号由传感器装置根据检测到的合加速度超过预设的第二加速度阈值触发，静止中断信号由传感器装置根据相邻两次检测到的合加速度差值小于预设的第三加速度阈值触发，所述合加速度由传感器周期性检测获得。

传感器装置用于采集人体三维加速度，并根据采集的三维加速度计算合加速度，合加速度采用以下公式求取：

式中A_x，A_y，A_z表示传感器装置采集的X、Y、Z三个轴向上的加速度，A表示合加速度。

传感器装置可以佩戴于老年人腰部，也可以封装在鞋子中。第一、第二、第三加速度阈值通过实际情况的实验和经验值来设定。一般，第一加速度阈值为7-8m/s²，第二加速度阈值为15-20m/s²，第三加速度阈值为2-5m/s²。

步骤S200，根据接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的先后顺序以及不同信号之间的时间间隔判断是否发生跌倒事件。

由于一般的跌倒过程可以分解为：重心不稳、摔倒在支撑面上以及静止在支撑面上，这个过程中有三个明显的特征：失重、撞击以及静止，且这三个特征之间有一定的时间间隔，若在一定时间内没有触发下一个中断，则说明没有发生跌倒。只需根据接收到的三种中断信号进行顺序和时间间隔的判断即可分析是否发生跌倒事件。以下举例说明：

如果中断信号的接收顺序如下：首先接收到失重中断信号、然后接收到撞击中断信号、最后接收到静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔在预设的时间范围内，撞击中断信号与静止中断信号之间的时间间隔也在预设的时间内，则说明整个跌倒过程完成，判定跌倒事件发生，如果其中任一过程不匹配，则说明没有完成整个跌倒过程，判定跌倒事件未发生。

步骤S300，当判断跌倒事件发生时，向移动终端发送跌倒报警信息。

具体地，当判定跌倒事件发生时，则通过无线通讯协议向移动终端发送跌倒报警信息，提醒家人及时救援。移动终端可以为手机、智能网关、报警器等；无线通讯协议可以是WIFI、GPRS、蓝牙、ZigBee等常用的物联网协议。

本发明技术方案中，失重和撞击时，传感器装置根据合加速度与预设的加速度阈值的比较触发失重和撞击中断信号，静止时，传感器根据相邻两次检测到的合加速度差值与预设的加速度阈值进行比较触发静止中断信号。跌倒检测装置只需接收中断信号和记录相应的时间，通过判断接收到的中断信号的顺序是否与跌倒过程发生的状况一致以及判断不同中断信号之间的时间间隔是否正常，即可获知是否发生跌倒事件。跌倒检测装置处理的数据较少，可以提高判断跌倒事件的准确性，而且处理速度快，对装置的配置要求低。

优选地，上述根据接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的先后顺序以及不同信号之间的时间间隔判断是否发生跌倒事件的步骤具体为：

当依次接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔小于预设的第一时间阈值，撞击中断信号与撞击中断信号后接收到的第一个静止中断信号之间的时间间隔小于预设的第二时间阈值时，则判断跌倒事件发生。

因为一般的跌倒过程可以分解为：重心不稳、摔倒在支撑面上以及静止在支撑面上，这个过程中有三个明显的特征：失重、撞击以及静止，且这三个特征之间有一定的时间间隔，若在一定时间内没有触发下一个中断，则说明没有发生跌倒，所以当依次接收到失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号时说明整个跌倒过程完整。但是由于中断信号是由传感器装置根据合加速度与加速度阈值进行比较触发的，可以会发生特殊情况从而造成误判，比如由于特殊动作触发了失重中断信号，过了十分钟之后又由于另一特殊动作触发了撞击中断信号，过了二十分钟之后触发了第一个静止中断信号，虽然失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号的顺序正确，但是跌倒过程中的失重与撞击之间的时间间隔一般不会是十分钟，撞击和静止之间的时间间隔一般不会是二十分钟，所以需要综合时间间隔来最终判断是否发生跌倒事件。

可以针对不同的场景，对第一时间阈值和第二时间阈值进行预设。比如，在浴室摔倒的过程中，从高处坠落的情况较少，因此触发失重中断信号之后会很快触发撞击中断信号，说明失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔较短，即预设的第一时间阈值也较小。

进一步地，参照图5，为本发明跌倒检测方法的第二实施例，在上述第一实施例的基础上，上述步骤S200包括：

步骤S210，当依次接收到所述失重中断信号、撞击中断信号和静止中断信号，且失重中断信号与撞击中断信号之间的时间间隔小于预设的第一时间阈值，撞击中断信号与静止中断信号之间的时间间隔小于预设的第二时间阈值时，则从传感器装置获取触发所述第一个静止中断信号的人体三维加速度A1_x，A1_y和A1_z，将所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z相应方向上的数值进行比较，判断是否有至少一方向上的数值不相等，若是，则执行步骤S220，判断跌倒事件发生。

一般情况下，跌倒过程中静止状态与跌落之前人体的正常静止姿势不一致，为了进一步保证判断跌倒事件发生的准确性，将触发第一个静止中断信号的人体三维加速度A1_x，A1_y和A1_z与预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z相应方向上的数值进行比较，如果至少一方向上的数值不相等，则判断跌倒事件发生。其中，预设的人体静止三维加速度a1_x，a1_y和a1_z可以在每次启动传感器装置的时候设定，表示的是人体一般静止时候的姿势，比如站立状态。

进一步地，参照图6，为本发明跌倒检测方法的第三实施例，在上述第二实施例的基础上，所述跌倒检测方法还包括：

步骤S230，当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间的合角速度，并判断所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则执行步骤S220，判断跌倒事件发生；

其中，所述合角速度由传感器装置检测获得。

当遇到特殊情况时，跌倒过程中的静止状态与跌落之前人体的正常静止姿势可能一致，此时人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等，为了避免这种情况的漏判，在该实施例中增加合角速度的判断，是因为在整个跌倒过程中，合角速度有一个限值，只要发现有一个合角速度超过预设的角速度阈值，则说明跌倒事件发生。合角速度也是通过实验和经验值来设定，一般情况下，合角速度阈值设定为1.5-2deg/s。

其中，合角速度由传感器装置测得，具体是采用以下公式求取：

式中W_x，W_y，W_z表示传感器装置采集的X、Y、Z三个轴向上的角速度，W表示合角速度。

为了减少传感器的数量以及减小传感器的体积，本发明中使用六轴传感器，能同时采集加速度和角速度，选用的型号是MPU6050，但不限于MPU6050，只要有与跌倒相关的中断触发的六轴传感器，都适用于本套方案。

优选地，所述当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间的合角速度，并判断所述合角速度是否超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生包括：

当所述人体三维加速度与预设的人体静止三维加速度相应方向上的数值均相等时，从传感器装置获取触发失重中断信号至触发所述第一个静止中断信号期间每隔预置时间间隔的合角速度，并判断所述合角速度中是否有数值超过预设的角速度阈值，若是，则判断跌倒事件发生。

为了进一步减少传感器装置与跌倒检测装置之间的数据传输，在获取传感器装置中的合角速度时，在触发失重中断信号至触发第一个静止中断信号期间，每隔预置时间间隔获取合角速度，而不是获取全部的合角速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。