引言
跌倒探測(cè)儀適用于自理能力和自我保護(hù)能力比較差的老年人和兒童，它通過測(cè)量佩戴該儀器的個(gè)體在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)正交方向上的加速度來感知其身體姿態(tài)的變化，并可按照需要進(jìn)行報(bào)警和發(fā)布。
跌倒探測(cè)儀由加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、電源和通信模塊構(gòu)成。其中傳感器測(cè)量對(duì)象的加速度矢量;處理器模塊負(fù)責(zé)采集加速度傳感器的數(shù)據(jù)，分析判斷對(duì)象的身體姿態(tài)并控制報(bào)警及報(bào)警信息的發(fā)布;電源模塊負(fù)責(zé)為整個(gè)系統(tǒng)提供電力供給;通信模塊負(fù)責(zé)將報(bào)警信息通過一定的協(xié)議進(jìn)行發(fā)布。
關(guān)鍵技術(shù)
人體運(yùn)動(dòng)模型的建立
在姿態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，重力將成為影響這一運(yùn)動(dòng)過程的主要因素。跌倒過程中，對(duì)象的加速度、速度和位移三種矢量均發(fā)生了變化。
如圖1建立直角坐標(biāo)系，X、Y、Z軸相互正交，任意空間方向上的矢量變化均可以分解成X、Y、Z三個(gè)方向上的分量變化。使用者正確佩戴跌倒探測(cè)器且處于靜止或水平勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，Z軸方向的加速度為重力加速度(g)，其他兩個(gè)方向上加速度為0。當(dāng)佩戴者跌倒時(shí)，如果僅考慮初始狀態(tài)和最終狀態(tài)就可以發(fā)現(xiàn)，理想情況下Z軸分量發(fā)生從最大值(1g)變化為0，而X或Y軸的分量則從0變化為最大(1g)，具體是X軸還是Y軸發(fā)生這一變化，則由佩戴者跌倒后的姿態(tài)決定--平臥為X軸變化，側(cè)臥為Y軸變化。如果身體姿態(tài)介于平臥和側(cè)臥之間，則X軸和Y軸的加速度分量將滿足\sqrt{x^{2}+y^{2}}=1g(站立情況下這個(gè)矢量和為0)，仍然能夠通過計(jì)算分析得出與站立不同的加速度分布。
但是在實(shí)際情況中，僅根據(jù)加速度分量的改變很難分辨臥倒姿態(tài)的形成原因，容易出現(xiàn)很多假陽(yáng)性(檢測(cè)到跌倒而實(shí)際沒有跌倒)或假陰性(未檢測(cè)到跌倒而實(shí)際出現(xiàn)跌倒)。因此，需要算法作進(jìn)一步改進(jìn)。一般來說，假陽(yáng)性情況可以通過對(duì)加速度在時(shí)間域進(jìn)行一次積分求速度、兩次積分求位移的方式，全方位分析佩戴者身體姿態(tài)變化加以篩選;而假陰性情況除采用上面的全面姿態(tài)分析外，還需要佩戴者自主參與才能有效提高檢出效率。因此，建立人體跌倒過程的運(yùn)動(dòng)模型，提取跌倒過程中身體姿態(tài)變化的特征參數(shù)是準(zhǔn)確檢測(cè)跌倒并發(fā)布報(bào)警信息的關(guān)鍵。
