《智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測系統(tǒng)》需求分析

1、智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測系統(tǒng)需求分析編輯人：郭飛河南大學(xué)16摘要21世紀(jì)的中國將是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的老齡社會，隨著社會的飛速發(fā)展，人口老齡化的趨勢逐年增加。伴隨而來老年人這一群體的明顯弱點(diǎn)也逐漸體現(xiàn)出來易跌倒，正因?yàn)檫@個(gè)弱點(diǎn)，使得許多老年人不敢出行。因此，在手機(jī)上開發(fā)一項(xiàng)檢測老年人跌倒的軟件系統(tǒng)是必要的。本文研究和探討了在不同情況下發(fā)生跌倒時(shí)，利用加速度傳感器，在30秒內(nèi)判斷出是否發(fā)生跌倒，并且在發(fā)生跌倒后，軟件將會調(diào)用SMS的相關(guān)函數(shù)將發(fā)送短信息給該老人的監(jiān)護(hù)人。本文擬提出一種基于Android平臺的老年人跌倒檢測遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，在便攜性的基礎(chǔ)上，在老年人跌倒的第一時(shí)間發(fā)出訊息通知其監(jiān)護(hù)人。目

2、錄1緒論2錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。2人體摔倒檢測技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽。運(yùn)動控制器技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽運(yùn)動控制器技術(shù)概念錯(cuò)誤!未定義書簽運(yùn)動控制器模型錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽信技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽信技術(shù)概念錯(cuò)誤!未定義書簽信的模型及選擇錯(cuò)誤!未定義書簽3摔倒檢測算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽坐標(biāo)分析錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽4摔倒檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定

3、義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽。5摔倒檢測系統(tǒng)的檢測分析錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1摔倒檢測系統(tǒng)的檢測工具錯(cuò)誤!未定義書簽5.2摔倒檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析錯(cuò)誤!未定義書簽6總結(jié)與展望錯(cuò)誤!未定義書簽6.1本文總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽6.2展望未來錯(cuò)誤!未定義書簽參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。1緒論隨著老齡化的發(fā)展，老年人的健康問題已經(jīng)成為當(dāng)前突出的問題。由于老年人的認(rèn)知水平、平衡協(xié)調(diào)能力、視力、聽力均有不同程度的下將，以及腦血管病、骨質(zhì)疏松等慢性疾病的增多，老年人發(fā)生跌倒事件的機(jī)會大大增多，形成明顯的群體特征易跌倒，所產(chǎn)生的后果更加嚴(yán)重。2009年開

4、始，我國迎來進(jìn)入人口老齡化社會以來的第一次老年人口增長高峰，老年人口增速加快，高齡老人和喪失生活自理能力的老人大幅增加，空巢化趨勢日益突出。截止2008年底，我國60歲以上老年人口已接近一億六千萬人，占總?cè)丝诘?2%，也就是說全國人口將近八分之一是老年人。隨著老齡化的加重，中國老年人的比重越來越大，2011年我國老年人口比重達(dá)13.7%。截至2011年第底，根據(jù)全國老齡委的統(tǒng)計(jì)，中國60歲及以上的老年人口約有1.9億，占總?cè)丝诘?4%。2013年，這一數(shù)字將突破2億，預(yù)計(jì)到2050年老年人口將達(dá)到全國人口的三分之一。民政部的數(shù)據(jù)表明，至2012年10月，我國城鄉(xiāng)空巢家庭超過50%，部分大中城市

5、達(dá)到70%，其中近一成的老人單身。預(yù)計(jì)到“十二五”期末，65歲以上的空巢老人將超過5100萬。這些空巢老人得不到應(yīng)有的生活照料，生病也無人照顧，情感慰藉更是無從談起。老年人容易跌倒，其發(fā)生規(guī)律是年齡越大，跌倒的發(fā)生率越高，而且女性比男性多。跌倒后，由于骨質(zhì)疏松易引起股骨頸和脊椎骨折，后果較為嚴(yán)重，除不能行走和生活難于自理外，還可因長期臥床引起多種并發(fā)癥，損害老人身心健康?，F(xiàn)在大多數(shù)家庭只有一個(gè)孩子，孩子成家立業(yè)后，獨(dú)居老人將越來越多，倘若沒有保姆的照顧，老人人身安全將成為子女時(shí)刻擔(dān)憂的事情。因此，研究一個(gè)老人摔倒檢測軟件是必需的，解決現(xiàn)代年輕人因工作繁忙，而對家庭老人的健康安全的擔(dān)憂的問題，使

6、其安心上班。跌倒導(dǎo)致了巨額的醫(yī)療費(fèi)用，我國每年至少將近2000萬老年人發(fā)生2500萬次跌倒，導(dǎo)致的醫(yī)療費(fèi)用在50億人民幣以上，社會代價(jià)約為160800萬億人民幣。跌倒對老年人的心理也會產(chǎn)生持續(xù)的影響和危害，老年人跌倒后害怕再次跌倒，因此生活的獨(dú)立性和靈活性就降低了，Janine曾經(jīng)對9096名老人做過調(diào)查，其中有一半的老年人害怕跌倒影響日常生活能力，這樣導(dǎo)致他們對自身身體機(jī)能自信心的下降，會反過來限制行為能力，進(jìn)一步增加跌倒的可能性。因此，研制開發(fā)專為老人服務(wù)的產(chǎn)品智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測系統(tǒng)，不影響老年人的正常生活情況下，準(zhǔn)確的將跌倒事件與日常生活事件區(qū)分開來，并且在發(fā)生跌倒事件時(shí)，及時(shí)

7、的向子女發(fā)送警告信息并報(bào)警聯(lián)系救護(hù)，這對于提高老年人的生活質(zhì)量，保證我國社會的安穩(wěn)發(fā)展具有重要的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展，通過便攜式電子裝置對人體跌倒進(jìn)行檢測成為可能。目前，國外已有關(guān)于老年人遠(yuǎn)程跌倒監(jiān)測系統(tǒng)，特別是美國，日本和法國，近些年來很多的大學(xué)研究院所和研科單位在政府和社會的支持下，也進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)研究。如：A.BIakeborough設(shè)計(jì)的基于房間內(nèi)地板振動檢測的跌倒檢測器。A.Sixsmith等研制的基于紅外信號和圖像信息的檢測器。但是由于受成本、便攜性及應(yīng)用范圍的局限性的影響而使其應(yīng)用推廣受到限制。國際Gerontechnology學(xué)會于1997年9月在歐洲成立，“

8、研發(fā)設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備以及環(huán)境，讓老年人可以更健康，更舒適，更安全的獨(dú)立生活和參與社會活動”是該學(xué)會的宗旨。2005年5月底，第五屆世界Gerontechnology學(xué)會會議“老齡化社會職能技術(shù)：讓老年人能夠更自信的、長久的、健康的、自尊的幸福生活”，在日本古屋召開。國內(nèi)尚無關(guān)于跌倒遠(yuǎn)程監(jiān)測的產(chǎn)品，但關(guān)于跌倒監(jiān)測算法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究較多，如：趙祥欣等以三維加速度傳感器為基礎(chǔ)，采用了三維加速度傳感器MMA7260、處理器MSP430F149及通訊模塊的結(jié)構(gòu)組合方案，搭建了三維加速度監(jiān)測系統(tǒng)，提出了以SVM或SMA為特征量，以人體活動、靜息狀態(tài)及姿態(tài)為輔助判據(jù)的算法，取得了90%以上的識別準(zhǔn)

9、確率。謝開明等設(shè)計(jì)的基于GPRS的跌倒檢測報(bào)警系統(tǒng)，在SMV閾值算法基礎(chǔ)上輔以傾角檢測，提高了算法的有效性，能更有效的區(qū)分日常生活及跌倒。老年人跌倒是生理、心理、社會、環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，目前關(guān)于老年人跌倒危險(xiǎn)性尚無明確有效的檢測方法及評估方法，因此，早期發(fā)現(xiàn)并獲得相應(yīng)的治療，是降低傷殘率和死亡率的關(guān)鍵。隨著我國老齡化的發(fā)展及受獨(dú)生子女政策的影響，“空巢老人”逐漸增多，而社區(qū)醫(yī)療發(fā)展不到位，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)老年人跌倒等意外傷害，更不能使老年人在跌倒的第一時(shí)間內(nèi)得到有效的救治，因此發(fā)展遠(yuǎn)程跌倒監(jiān)測系統(tǒng)具有極為重要的意義。2人體摔倒檢測技術(shù)本章主要介紹檢測人體摔倒的相關(guān)技術(shù)：控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)

10、、無線通訊技術(shù)。使更精確的判斷人體是否真正摔倒?？刂破鳎ㄓ⑽拿Q：controller）是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動機(jī)的啟動、調(diào)速、制動和反向的主令裝置。由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。運(yùn)動控制器利用高性能微處理器及大規(guī)?？删幊唐骷?shí)現(xiàn)伺候電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制，將實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制的底層軟件和硬件集成在了一起具有伺服電機(jī)控制所需的各種速度、位置控制功能。與傳統(tǒng)的數(shù)控裝置相比，運(yùn)動控制器具有以下特點(diǎn)：1、技術(shù)更新。功能更加強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動軌跡的控制。2、結(jié)構(gòu)

11、形式模塊化。可以方便地組合，簡歷適用于不同場合的控制系統(tǒng)。3、操作簡單。在PC機(jī)上經(jīng)簡單編程即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制，不需要專門的數(shù)控技術(shù)。目前，運(yùn)動控制器的應(yīng)用廣泛，可以說只要有伺服電機(jī)應(yīng)用的場合就離不開運(yùn)動控制器。通信接口圖2.1運(yùn)動控制器總體功能結(jié)構(gòu)圖DSPISP數(shù)脫換數(shù)據(jù)交互L數(shù)交換匸數(shù)據(jù)交換、指令存儲數(shù)交換、VV據(jù)換數(shù)交A7DSP數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)執(zhí)行指令緩沖0區(qū)【數(shù)據(jù)換圖2.2運(yùn)動控制器存儲模塊結(jié)構(gòu)圖二數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)緩沖區(qū)N/作為物聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)重要支撐技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)是以感知為目的，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互連的網(wǎng)絡(luò)。其突出特征是通過傳感器等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等

12、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳送與交互，采用智能計(jì)算技術(shù)對信息進(jìn)行分析處理，從而提升對物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。1)國家標(biāo)準(zhǔn)傳感器定義在國家表混GB/T7665-2005傳感器通用術(shù)語中，傳感器(transducer/sensor)被定義為：“能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件(sensingelement)，是指傳感器中將敏感元件或響應(yīng)的被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件(transducingelement)，是指傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。當(dāng)輸出為規(guī)定的表混信號時(shí)，轉(zhuǎn)換元件則稱為變送器(tr

13、ansmitter)?！?)美國儀表協(xié)會傳感器定義美國儀表協(xié)會(InstumentSocietyofAmerica,ISA的定義是：“傳感器是把測量變換為有用信號的裝置。它包括敏感元件、變換電路以及把這些元件和電路組合在一起的機(jī)構(gòu)。”傳感器的分類多種多樣，有按原理、被測量、材料、工藝、對象、應(yīng)用等不同分類。傳感器按被測量分類一般的分類方法，可分為物理量、化學(xué)量、生物量三大類，通常按具體被測量主要有位移、壓力、力、速度、溫度、流量、氣體成分、離子濃度等傳感器。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)也是按被測量分類，這種分類無論從使用者選用還是產(chǎn)品水平評價(jià)都便于統(tǒng)一一標(biāo)準(zhǔn)。以下簡單介紹幾種傳感器模型：1) MEMS壓力

14、傳感器MEMS壓力傳感器是硅微機(jī)械加工制成的傳感器的首要類型，采用微電子和為機(jī)械加工技術(shù)制造的新型傳感器，具有性能優(yōu)良、體積小、質(zhì)量小、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)，易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。t-15誕強(qiáng)式噩力傳感第L一支図5兇崔堀燈”我沖4一鎧收宙蟲產(chǎn)弓一定杭卄曲畫玄罄ft-rillS了一皇擁f即聯(lián)豪目劑菌前觀崗翻if9(SriIQl拒“jqj5W圖L10差動式電容差壓傳感器1一彈性平膜片動極卄2凹玻翳圓片皿一金屬滾層（定極“4一低壓關(guān)進(jìn)氣孑-5輸出端子帀一空腔汀一過滋器泊一殼休:9高壓側(cè)進(jìn)氣孔2）加速度傳感器加速度傳感器是測量加速度的傳感器，應(yīng)用較廣的時(shí)壓電加速度傳感器，它采

15、用石英、陶瓷等壓電材料制成，具有頻響寬、線性好等特點(diǎn)。圖13電容式加速度傳感器絶緣俸止一固定電級曲質(zhì)域塊川彈賛片無線技術(shù)給人們帶來的影響是無可爭議的。如今每一天大約有15萬人成為新的無線用戶，全球范圍內(nèi)的無線用戶數(shù)量已經(jīng)超過2億。這些人包括大學(xué)教授、倉庫管理員、護(hù)士、商店負(fù)責(zé)人、辦公室經(jīng)理和卡車司機(jī)。他們使用無線技術(shù)的方式和他們自身的工作一樣都在不斷地更新。無線通信(Wirelesscommunication)是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。在移動中實(shí)現(xiàn)的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。無線通信分為兩類：無線移動通信和無線局域網(wǎng)(L

16、AN)通信。它們的傳輸設(shè)施根本不同。無線局域網(wǎng)通信使用發(fā)射器和接收器，它們都是放在公司希望的地方，并且屬于這家公司所有。無線移動通信需要電話電信局或其它公共服務(wù)，來為“離開辦公室”或“正在旅途中”的用戶提供設(shè)施，使用分組無線電、蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星站來傳輸和接收信號。用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式比其它方式具有成本廉價(jià)，建設(shè)工程周期短，適應(yīng)性好，擴(kuò)展性好。無線通信模塊廣泛地運(yùn)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無線

17、232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。DATA-6106無線通信模塊1作岫應(yīng)嵌人尤主扳監(jiān)迭懂式C<igi沁辨繪辰竝擇幟收榷式笈迭農(nóng)制惜令C錯(cuò)電）圖2.3無線通信模塊的軟件流程3摔倒檢測算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)當(dāng)人失去平衡而跌倒時(shí)，一般人的身體會發(fā)生向一個(gè)方向傾倒的狀態(tài)，從而不自主的失去平衡。發(fā)生跌倒時(shí)，身體會在瞬間向移動方向傾倒，從而身體重心會產(chǎn)生一個(gè)較大的加速度值，以產(chǎn)生的加速度值來判斷老人是否摔倒。Android手機(jī)內(nèi)的加速度傳感器能夠檢測出移動設(shè)備在三維空間中的加速度，傳回對應(yīng)的三個(gè)方向的參數(shù)數(shù)值，就能判斷物體的加速度及運(yùn)動方式。三個(gè)坐標(biāo)軸方向分別是：

18、x軸正方向?yàn)槠叫杏谄聊挥善聊坏淖筮呏赶蛴疫?，y軸正方向?yàn)槠叫衅聊挥善聊坏南路街赶蛏戏?，z軸正方向?yàn)榇怪逼聊恢赶蚱聊煌?。如圖2所示。需要特別注意的是要區(qū)分傳感器坐標(biāo)系中的加速度（即手機(jī)設(shè)備本身實(shí)際的加速度），而不是從加速度傳感器中讀取的加速度參數(shù)值。這兩者的區(qū)別在于是否將重力加速度計(jì)算其中，計(jì)算物體實(shí)際加速度需要考慮重力作用，但是加速度傳感器傳回的數(shù)值中只能反映設(shè)備本身外力所產(chǎn)生的加速度。我們通過基于加速度傳感器的跌倒檢測系統(tǒng)的硬件裝置得到的加速度數(shù)據(jù)無法直接用于判斷跌倒，需要進(jìn)一步的分析處理。以下僅就坐標(biāo)、人體姿勢與位體進(jìn)行分析。原始的坐標(biāo)系是二維的笛卡爾坐標(biāo)系，而三維笛卡爾坐標(biāo)系是在二維的基

19、礎(chǔ)上根據(jù)右手定則增加第三維坐標(biāo)（Z軸）而形成的。若定義一個(gè)原點(diǎn)的位置（0，0，0）則坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)A的位置都可以用（x，y，z）來表示。如圖1所示：禺I同時(shí)A點(diǎn)還可以用向量來表示，若A的向量為r,用i,j,k分別表示與x,y，z軸正方向平行的單位向量則r可以表示為：r二xi+yj+kz人在無意識的條件下由站立或平坐姿勢向躺倒姿勢的轉(zhuǎn)變，即為跌倒。在這一姿態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，重力將是影響作用者一運(yùn)動的主要因素。在跌倒過程中，人的加速度、速度和位移均發(fā)生了變化，通過傳感器傳回的數(shù)值可以對使用者的狀態(tài)進(jìn)行建模，以此來對使用者的身體姿態(tài)進(jìn)行分析。如圖3所示：通過對姿態(tài)的分析能夠判斷能夠排除劇烈運(yùn)動或一些其

20、他正?；顒訋淼恼`報(bào)情況，以提高檢測的準(zhǔn)確率。由于跌倒事件具有隨機(jī)性，故跌倒方向無法預(yù)知，所以不宜采用某一軸向的加速度數(shù)據(jù)區(qū)判斷跌倒事件的發(fā)生。跌倒算法采用了SMV閾值的跌倒檢測方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于忽略了加速度的空間方向，智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測系統(tǒng)需求分析將空間加速度進(jìn)行矢量和運(yùn)算，將矢量和與閾值相比來初步判斷是否跌倒。矢量和的計(jì)算如下公式所示，其中x，y，z分別為X，Y，Z三軸的方向加速度。SVM=JX2+Y+Z2該軟件算法實(shí)現(xiàn)的流程圖4所示。當(dāng)傳感器的三個(gè)數(shù)值劇增并且達(dá)到閾值，那么就可以初步判斷發(fā)生跌倒，進(jìn)而進(jìn)一步判斷是否發(fā)生跌倒，即在接來下的持續(xù)的幾個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器傳回的數(shù)值

21、是否幾乎不變并且趨向于零，若為零則可以進(jìn)入下一步判斷（此處判斷用來排除劇烈或一些正常活動），下一步則是排除大部分無法預(yù)期的活動而產(chǎn)生的誤報(bào)，因此在這里設(shè)置了一個(gè)確認(rèn)框用來確認(rèn)是否發(fā)送急救短信，若點(diǎn)是或者等待30秒無確認(rèn)則可基本確定老人摔倒了，這時(shí)軟件將會發(fā)送一個(gè)短信給老人的監(jiān)護(hù)人，監(jiān)護(hù)人收到短信后經(jīng)電話確認(rèn)老人是否摔倒。河南大學(xué)17智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測系統(tǒng)需求分析是否否是否彈出確認(rèn)框?是否是否誤報(bào)?是接下來幾個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)傳感器數(shù)值幾乎不變？數(shù)值檢測?家人打電話確認(rèn)發(fā)送信息結(jié)束開始4摔倒檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)前幾部分主要介紹了實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)所需的技術(shù)、模型、位體分析等，接下來對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

22、。摔倒檢測系統(tǒng)的服務(wù)模塊是直接對用戶設(shè)置進(jìn)行響應(yīng)的模塊，也是人體摔倒檢測系統(tǒng)的核心識別和處理模塊，主要完成傳感器數(shù)據(jù)處理、控制傳感器服務(wù)、監(jiān)聽用戶設(shè)置參數(shù)、處理用戶設(shè)置參數(shù)、檢驗(yàn)權(quán)限等。按照邏輯功能可以將人體摔倒檢測服務(wù)模塊分為四個(gè)，監(jiān)聽用戶設(shè)置的參數(shù)、處理用戶設(shè)置的參數(shù)、控制傳感器服務(wù)（開關(guān)）、接受和處理傳感器服務(wù)的數(shù)據(jù)，如圖4.1：圖4.1人體摔倒檢測服務(wù)功能模塊結(jié)構(gòu)圖監(jiān)聽用戶設(shè)置的參數(shù)是指在人體摔倒檢測服務(wù)運(yùn)行時(shí)，用戶通過應(yīng)用程序設(shè)置人體摔倒檢測系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)是，人體摔倒檢測服務(wù)能及時(shí)監(jiān)聽到相關(guān)參數(shù)的變化，即使調(diào)整工作流程。如果用戶修改的參數(shù)不變，則不處理；如果用戶修改了相關(guān)參數(shù)，該服務(wù)

23、必須準(zhǔn)確調(diào)度對應(yīng)任務(wù)。處理用戶設(shè)置的參數(shù)是指當(dāng)監(jiān)聽到用戶改變了人體摔倒檢測系統(tǒng)參數(shù)時(shí)的處理模塊。該模塊的處理涉及到控制傳感器服務(wù)、改變?nèi)梭w摔倒檢測服務(wù)的任務(wù)等。控制傳感服務(wù)功能是指必要時(shí)，人體摔倒檢測服務(wù)會控制傳感器服務(wù)的開關(guān)，從而控制整個(gè)數(shù)據(jù)流的開關(guān)。這種控制的改變往往來自用戶的設(shè)置。接收和處理傳感器主要是指人體摔倒檢測服務(wù)獲得加速度傳感器數(shù)據(jù)后，經(jīng)過算法判斷，如果識別為摔倒，則通過相關(guān)參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行處理，比如設(shè)置了GPS就啟動GPS模塊獲取摔倒地點(diǎn)的地理位置信息，發(fā)送至設(shè)置的聯(lián)系人。根據(jù)上節(jié)功能描述，任然可以將人體摔倒檢測服務(wù)分為數(shù)據(jù)上行和數(shù)據(jù)下行給叔的模塊的基本流程。數(shù)據(jù)上行是指用戶通過

24、應(yīng)用程序?qū)?shù)重新設(shè)置，通過修改共享內(nèi)存數(shù)據(jù)和人體摔倒檢測服務(wù)提供的API接口通知人體摔倒檢測服務(wù)的處理過程。要完成該流程，人體摔倒檢測服務(wù)按照以下四個(gè)步驟完成數(shù)據(jù)處理過程。Sp1：開啟監(jiān)聽指定共享內(nèi)存數(shù)據(jù)的機(jī)制，即使識別參數(shù)的改變。Sp2:設(shè)置API接口服務(wù)，當(dāng)應(yīng)用程序通過API接口處理相關(guān)操作時(shí)，在人體摔倒檢測服務(wù)本地及時(shí)處理。Sp3:如果用戶更改相關(guān)參數(shù)，人體摔倒檢測服務(wù)應(yīng)當(dāng)在本地及時(shí)更新狀態(tài)，必要時(shí)做出處理。Sp4：如果用戶通過人體摔倒檢測服務(wù)的API接口切換該服務(wù)的開關(guān)，則通過傳感器服務(wù)客戶端控制傳感器服務(wù)的開關(guān)，從而使硬件工作或不工作。數(shù)據(jù)下行是指人體摔倒檢測服務(wù)接收到傳感器數(shù)據(jù)后

25、如何提醒用戶的過程。該數(shù)據(jù)傳輸分兩個(gè)部分進(jìn)行，分別是人體摔倒檢測服務(wù)主動向傳感器發(fā)出數(shù)據(jù)請求，人體摔倒檢測服務(wù)在識別出摔倒時(shí)間后處理時(shí)如何提醒用戶。下行數(shù)據(jù)處理是的這兩個(gè)動作異步進(jìn)行，分以下三個(gè)步驟完成：Sp1:注冊傳感器服務(wù)Binder客戶端，設(shè)置人體摔倒檢測服務(wù)的模式，使傳感器服務(wù)在指定頻率采集數(shù)據(jù)。Sp2：根據(jù)獲得的傳感器數(shù)據(jù)，用算法識別模塊來處理。Sp3：識別出人體摔倒行為時(shí)，以啟動GPS短信等方式處理，調(diào)用GPS和短信模塊，并在用戶界面上有所提示。人體摔倒檢測服務(wù)模塊式傳感器服務(wù)模塊和應(yīng)用程序模塊的中間模塊，是系統(tǒng)的樞紐，負(fù)責(zé)了數(shù)據(jù)的接收、處理、控制等工作。該人體摔倒檢測系統(tǒng)尚處于原

26、型階段，上層應(yīng)用的需求還不豐富，所以在功能上要簡略些。人體摔倒檢測系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)置模塊式人體摔倒檢測系統(tǒng)的一個(gè)基本模塊，功能相對獨(dú)立，是基于Android平臺應(yīng)用開發(fā)模式，為用戶提供更好的交互性。按照Android應(yīng)用程序的設(shè)置完成的功能可以將人體摔倒檢測系統(tǒng)的用戶設(shè)置程序劃分為三個(gè)關(guān)聯(lián)的用戶界面，分別是：用戶設(shè)置程序主界面、聯(lián)系號碼輸入界面和聯(lián)系號碼選擇界面。這三個(gè)界面只有主界面顯示所有的用戶設(shè)置的參數(shù)，其余兩個(gè)顯示的相關(guān)設(shè)置操作。圖4.2給出了人體摔倒檢測系統(tǒng)的應(yīng)用程序。河南大學(xué)26退出選擇面麗界面進(jìn)入設(shè)置聯(lián)系號碼界面該應(yīng)用程序的三個(gè)界面都是靜態(tài)的，只有用戶進(jìn)行操作后，界面才會更新。下面

27、將介紹各個(gè)界面的處理流程：1.應(yīng)用程序的主界面這是一個(gè)用戶選擇進(jìn)入該應(yīng)用程序的第一個(gè)界面，主要為用戶提供簡明的參數(shù)設(shè)置清單、提供簡易的設(shè)置開關(guān)。該界面的功能及動作如下所述：1）進(jìn)入主界面，加載上次設(shè)置的參數(shù)，重新更新界面。所需的參數(shù)包括聯(lián)系號碼、GPS開關(guān)，人體摔倒系統(tǒng)的開關(guān)。2）用戶選擇聯(lián)系人的按鈕，點(diǎn)擊該按鈕，界面跳轉(zhuǎn)到選擇聯(lián)系人界面。3）GPS單選開關(guān)，點(diǎn)擊之前和點(diǎn)擊之后被選中的狀態(tài)恰好相反。4）人體摔倒系統(tǒng)的開關(guān)，也是一個(gè)單選開關(guān)，點(diǎn)擊之前和點(diǎn)擊之后被選中的狀態(tài)恰好相反。5）退出主界面時(shí)，保存退出前設(shè)置好的參數(shù)，通知框架層必要時(shí)調(diào)用人體摔倒檢測服務(wù)的API接口，打開/關(guān)閉人體摔倒檢測系

28、統(tǒng)。該界面用來為用戶提供聯(lián)系人號碼的功能，界面內(nèi)各個(gè)組件主要用來收集用戶的聯(lián)系號碼信息。界面上的組件功能描述如下：1）電話號碼編輯框，該編輯框在用戶點(diǎn)擊后，會彈出軟鍵盤，供用戶點(diǎn)擊輸入，用戶點(diǎn)擊時(shí)，編輯框的內(nèi)容也實(shí)時(shí)變化。2）從電話簿選擇聯(lián)系人的按鈕，點(diǎn)擊后界面介入電話簿選擇界面。3）確定按鈕，點(diǎn)擊后，退回到主界面，將用戶輸入的電話號碼更新到主界面。4）取消按鈕，點(diǎn)擊后，返回到主界面，主界面不更新聯(lián)系號碼。該界面使得用戶可以輕輕松松地從電話簿中選取聯(lián)系人號碼，下面介紹該界面的功能：1）號碼過濾框，其基本組件屬于編輯框，點(diǎn)擊彈出只提供數(shù)字輸入的軟鍵盤，通過輸入數(shù)字，該界面自動過濾掉河輸入的數(shù)字串

29、無太大關(guān)系的聯(lián)系號碼，并以滑動列表的形式顯示。2）滑動列表，顯示所有的聯(lián)系人號碼信息或者過濾好的聯(lián)系人號碼信息，用戶可以觸動屏幕選擇聯(lián)系人，選好后界面退回到主界面，并將剛選擇好的聯(lián)系人號碼更新到主界面。3）取消按鈕，用戶可以點(diǎn)擊取消按鈕放棄此次選擇，點(diǎn)擊后界面將返回到設(shè)置聯(lián)系號碼的界面，且不做任何數(shù)據(jù)更新。5摔倒檢測系統(tǒng)的檢測分析圖4即跌倒時(shí)3個(gè)軸向加速度信號圖，圖中曲線清楚的表明了正向跌倒過程中各方向的加速度變化情況，設(shè)置的采樣頻率為250Hz。實(shí)線為X方向的加速度，起始狀態(tài)下X方向與重力方向幾乎垂直，因此，加速度接近于0g；點(diǎn)線為Z方向加速度，起始狀態(tài)下與重力方向幾乎垂直，因此，加速度值約

30、等于1g;虛線為Y方向加速度，起始狀態(tài)下為0g。摔倒后穩(wěn)定狀態(tài)下，X軸與重力方向近似一致，加速度約為1g，而Z軸方向由1變化至0g。由于摔倒可能發(fā)生在任意方向，使用單獨(dú)某一軸的加速度其特征不明顯。因此，采用合加速度ac二a2x+a2y+a2z作為特征量進(jìn)行分析。圖5為摔倒時(shí)合加速度的變化曲線。在靜止不動時(shí)由于受重力影響，加速度大小為1g。在摔倒時(shí)有2個(gè)極值點(diǎn)：極值點(diǎn)1對應(yīng)加速度值為0.11g，是跌倒過程中人體不受控制加速倒下，Z軸方向的加速度迅速減小造成的；極值點(diǎn)2是跌倒過程中接觸地面時(shí)速度迅速減小造成的，最后穩(wěn)定到1g。圖6和圖7分別為正常行走和坐下一起立時(shí)加速度變化，而與圖6和圖7的對比可

31、以看出：非劇烈運(yùn)動時(shí)合加速度峰值不會超過3g。ZWP圏百正常行走時(shí)合加速度變化曲線1211»頒IODO!5<K)2000囹丁起立-坐下時(shí)醫(yī)加速度叢化曲結(jié)智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測系統(tǒng)需求分析在摔倒過程中，人體俯仰角或者側(cè)翻角會發(fā)生變化，圖8為摔倒時(shí)刻俯仰角和側(cè)翻角的角速度變化情況，圖9為利用陀螺儀數(shù)據(jù)積分得到的角度變化情況。從陀螺儀的數(shù)據(jù)可以看出：前向摔倒時(shí)，俯仰角劇烈變化；由于是正向摔倒，側(cè)翻角的變化不大。陀螺儀的數(shù)據(jù)可以聯(lián)合加速度傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確率。-*(JU“*匚-44二毛1000l!M2CMM囹呂跌倒時(shí)角謹(jǐn)度變化曲線2000旳胎4u3noJO口IIF

32、T*表1不同控制方式下震動臺面轉(zhuǎn)角總均方根值繞E軸舸d)繞T釉i)繞F軸陽d)控701xlO-;7一890y1_49.76S5(10-+控Z?.710y1&-;x1-079.跖HCi7控3?.97SxlO-U.543y179.073乂ICiY控4&.765xl&-fl.350sc1-079.511ECi7控女1.060M10-31.J74k1-0-9.309x10*控石1.016yIO-3l.L(By1-0<11735(10-河南大學(xué)25智慧養(yǎng)老之身體摔倒預(yù)警和檢測系統(tǒng)需求分析表2真東方臺面不同位置轉(zhuǎn)角總均方根值比較繞匸軸沙臺面邊畀9.710kIO5.S60x1-0-1臺面由心9.721zlO-L9.91BX10-4相對偏差粧）1.7-1.30.5說明振動臺臺面各點(diǎn)繞臺面中心位置的轉(zhuǎn)角大小一致，最大相對偏差約1.8%,表明光纖陀螺測試結(jié)果穩(wěn)定。分析了三軸振動試驗(yàn)轉(zhuǎn)角測試的特點(diǎn)，根據(jù)三軸振動試驗(yàn)使用背景與轉(zhuǎn)角測試要求組建了光纖陀螺轉(zhuǎn)角測試系統(tǒng)，同時(shí)，針對