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1、目录摘要随着当今社会老龄化进程的逐步加剧，老年人跌倒造成的致病率、住院率和死亡率急速提高，带来了严重的社会经济负担。因此，在不影响老年人正常活动的前提下，通过科学的手段监测老年人的活动，在检测到跌倒后迅速报警求助，可以有效地减少老年人跌倒带来的健康伤害和医疗开支。在分析比较国内外跌倒检测相关技术研究后，本文提出了一种基于三轴加速度传感器和陀螺仪的跌倒检测与报警系统。三轴加速度传感器和陀螺仪实时采集老人在日常活动中产生的加速度和角速度数据，通过蓝牙传送到Android手机。手机上运行的软件对接收到的数据进行分析处理，并判断老年人的运动状态。当系统检测到跌倒发生时，发出铃声提醒老人，老人可以确认报
2、警或取消误报。若在5s内没有做出响应，系统将按照设定的报警方式通知联系人。报警方式有发短信和打电话，短信内容包含老年人跌倒时所在的位置信息。老人也可以在感到身体不适时自主报警。关键词：跌倒检测，跌倒报警，AndroidAbstractAs the world aging process quickened, fall accidents of the elderly resulting in the increase of morbidity, hospitalization rate and mortality rate has brought a serious social and ec
3、onomic burden. Therefore, in the premise of not affecting the normal activities of the elderly, reliable method, which can monitor an elders daily activities and alert care center when detect a fall, is essential to reduce fall related injuries and medical expenses.Based on the analysis of the fall
4、detection technology in the world, this paper presents an autonomous fall detection and alerting system based on a 3-axial accelerator and gyroscope. The 3-axial accelerator can capture the data about the activities of daily living of the elders, the data is then sent to a mobile phone via Bluetooth
5、. The software runs on the phone will analyze and process the data and judge an elders movement state by using a threshold-based fall detection algorithm. When the system detects a fall, the phone will make sound to alert the elder, the elder can make sure the alert or cancel the false positive. If
6、there is no response in 5s, the system will alert according the settings. The alert methods are sending text messages and making calls. The message contains the position information of the elder who falls. The elder can also alert by himself when he feels bad.Key Word: fall detection, fall alert, An
7、droid目录摘要IAbstractII第1章 绪论- 1 -1.1 研究背景及意义- 1 -1.2 国内外研究现状- 1 -1.3 论文的主要内容及组织结构- 2 -第2章 跌倒检测技术- 3 -2.1 理论基础- 3 -2.1.1跌倒分析- 3 -2.1.2 坐标建立- 3 -2.2 跌倒检测技术- 4 -2.2.1 可穿戴计算技术- 4 -2.2.2 硬件平台介绍- 5 -2.3 跌倒检测算法- 6 -2.3.1 阈值法- 6 -2.3.2 支持向量机方法- 7 -第3章 总体方案- 11 -3.1 功能需求- 11 -3.1.1场景描述- 11 -3.1.2用例分析- 12 -3.1.
8、3典型用例行为描述- 13 -3.2 性能需求- 15 -3.2.1性能需求- 15 -3.2.2性能补充描述- 15 -3.3 系统架构- 16 -第4章 系统设计与实现- 17 -4.1 可穿戴设备软件- 17 -4.1.1设计- 17 -4.1.2实现- 18 -4.2 智能手机端软件- 20 -4.2.1 ReceiveData类- 21 -4.2.2 DataProcess类- 23 -4.2.3 FallDetection类- 24 -4.2.4 Alert类- 26 -4.2.5 getSettings类- 30 -4.2.6 Contact类- 33 -4.2.7 Positi
9、on类- 35 -第5章 测试与实验- 39 -5.1 运行测试- 39 -5.2 实验分析- 40 -5.2.1 实验数据分析- 40 -5.2.2 跌倒识别评估- 42 -结论- 45 -致谢- 46 -参考文献- 47 - 1 -第1章 绪论第1章 绪论1.1 研究背景及意义21世纪被称为“银发世纪”，人口老龄化是当今社会面临的重大挑战之一。通常认为65岁以上的比率超过总人口的7%，就称为“老龄化社会”，而超过14%就称为“老龄社会”。目前，世界上所有发达国家都已经进入老龄社会，许多发展中国家正在或即将进入老龄社会。截至2008年底，我国65岁及以上人口10956万人，占全国总人口的8.
10、3%。中国作为世界上人口最多的发展中国家，人口老龄化的趋势加速发展，预计到2030年中国将进入深度老龄化，并超过日本成为全国人口老龄化程度最高的国家。随着全球人口老龄化的到来，跌倒已经成为老年人致残和致死的重要原因之一。据世界卫生报告，“2002年全球有39.1万人死于跌倒，其中60岁以上的占50%以上，70岁以上的占40%。许多发达国家对居住在社区的65岁及以上的老年人研究发现，其中28%35%在一年中发生过跌倒，80岁以上的则达到了50%。大约40%70%的跌倒会造成伤害。”对于住在医院里的老年人，跌倒的发生率则会更高。跌倒会严重影响老年人的健康水平和生活质量，也会到来沉重的经济负担。因此
11、，采取适当的措施为老年人提供救助十分重要。随着计算机、通信等技术的发展，电子设备的智能化、小型化，我们希望设计出一种针对老年人跌倒的检测器，在检测到老年人跌倒后能够及时发出求救信号通知其家人或医护人员，使老年人能够得到及时的救助，从而降低伤害，提高老年人的生活质量。1.2 国内外研究现状目前，国内外对跌到检测系统的研究很多，主要方法可分为以下几种：（1）基于视频的跌倒检测系统此种方法要求在用户可能活动的地方安装摄像头，来捕捉人体运动的画面，经过图像处理判断用户是否存在跌倒的图像特征。该方法不需要用户穿戴任何装备，不影响日常生活，但是监测的范围有限。例如加拿大的Caroline Rougier通
12、过摄像头采集老年人跌倒时的画面，将运动过程和人体的形态相结合，判断老人是否跌倒。（2）基于地板震动的跌倒检测系统此种方法是根据人体跌倒在木地板上的声音或人体跌倒时与地板的冲击来判断使用者是否跌倒。但该方法只适用于室内，且不同质地的地板得到的震动信息也不同，应用范围较小。例如弗吉尼亚大学的MARC研究中心通过检测不同物体落地时地板的震动方式来检测人体跌倒。（3）基于可穿戴技术的跌倒检测系统此种方法将传感器嵌入到可穿戴的设备，可以实时监测人体的活动，并在检测到跌倒时进行及时的报警。该方法不受地点的限制，使用范围广，且设备便于携带。基于可穿戴跌到检测系统，目前国内外的研究很多，基本上都是通过各种传感
13、器采集人体的活动数据，并通过一定的算法判断老人是否跌倒。1.3 论文的主要内容及组织结构本文以可穿戴计算技术为基础，提出了一种基于三轴加速度传感器和陀螺仪的跌倒检测系统。该系统能够实时采集用户的活动数据，通过蓝牙传送到手机端，手机上运行的软件对接收到的数据进行分析处理，从而判断用户是否跌倒，并采取相应的报警措施。本文共分为以下几个部分：第1章为绪论。阐述了项目背景及研究意义，国内外的研究状况，简要说明了论文的内容和组织结构。第2章为对跌倒检测理论和相关技术算法进行了简要的介绍。第3章阐述了系统的总体方案。描述了系统的需求，和系统的总体架构。第4章为系统的软件设计与实现，详细地分类分模块说明了实
14、现方法。第5章为测试与实验。对系统的运行情况进行了测试，并对实验数据和结果进行了分析。结论部分概括了论文的主要工作和亟待解决的问题，并对今后的进一步研究做了展望。第2章 跌倒检测技术第2 章 跌倒检测技术2.1 理论基础2.1.1跌倒分析造成老年人跌倒的原因有很多，主要分为内因和外因。内因指的是老年人的机体老化，如疾病、视力差、身体机能退化等。外因主要是环境因素，如室内地板太滑、家具摆放位置不好、台阶灯，室外的危险因素更多。另外社会因素造成空巢老人越来越多，也是老年人跌倒的原因之一。人体在跌倒时由于失去平衡，身体会向某一方向倾倒，可能会有以下几种跌倒姿态：（1）向前跌倒（2）向后跌倒（3）向左
15、跌倒（4）向右跌倒。如图2.1所示：向后跌倒向前跌倒向右跌倒向左跌倒图2.1人体跌倒姿势一般情况下，人体跌倒行为通常发生在2秒左右。跌倒过程中身体重心的瞬间移动会产生一个加速度，身体的倾倒也会产生一个偏离竖直方向的角度。在非跌倒状态如行走过程中，人体上躯干偏离Z轴的倾斜角处于一个相对安全的范围内，而跌倒后人体多处于俯卧、侧卧或仰卧的状态，躯干方向接近于水平，即偏离竖直方向的倾斜角接近90度。因此我们选取加速度和身体的倾斜角这两个特征作为判别跌倒与其它日常活动的依据。2.1.2 坐标建立为了研究人体在跌倒过程中的运动情况，需要建立三维直角坐标系。如图2.2所示，设人体躯干坐标系为Oxyz，其中x轴指向前方，y轴指向左方，z轴指向上方。图2.2 坐标系定义根据图2.1坐标系的定义，人体在运动过程中沿x轴方向加速度为x，沿y轴方向的加速度为y，沿z轴方向的加速度为z，则合加速度为：a =ax2+ay2+az2（2-1）人体躯干绕x轴转动的角速度为1，绕y轴转动的角速度为2则合速度为：=12+
