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1、精选优质文档-倾情为你奉上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
2、醒老人，老人可以确认报警或取消误报。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 so
3、cial and economic 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 o
4、f the fall 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 vi
5、a Bluetooth. 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 po
6、sitive. If 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, fal
7、l alert, Android目录专心-专注-专业第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8.3%。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
8、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，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
9、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。
10、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
11、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2.1 理论
12、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
13、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（
14、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+22（2-2）2.2 跌倒检测技术2.2.1 可穿戴计算技术在1.2节中介绍了几种目前的跌倒检测技术，由于可穿戴计算技术应用范围广泛、不受地点限制，因此本文采用了此种方法，将微型传感器嵌入到可穿戴设备中，如可穿戴背心、帽子等，从而将传感器固定在身体某些部位，实时采集人体的活动数据。可穿戴计算是一种新兴技术，目前尚无较规范、明确和完备的定义。国际上公认的可穿戴式计算机的发明人之一，加拿大的斯蒂夫曼恩教授认为可穿戴计算机是这样一类计算机系统:“属于用户的个人空间，由穿戴者控制，同时具有操作和互动的持续性，即alway
15、s onand always accessible”。可穿戴计算技术在航空、军事、医学等领域和日常生活中有着广阔的应用前景。在航空领域，可穿戴计算机可以用于宇航员的训练，航天器和飞行器的维护；在军事上，是特种兵和数字化士兵的必备装备。在医疗上，可穿戴计算机可用于的病情监测护理、远程诊断、药物疗效的检测等。在日常生活中，能够根据用户所处环境，适时提供信息和建议，成为人们生活中的得力助手。可穿戴计算技术主要具有以下几个特征：（1） 可以在运动状态下使用（2） 可以方便地“穿”在身上（3） 具有持续可用性，即系统可以在用户需要的任何时候提供服务（4） 可以腾出双手做其它事情由此可以看出本文提出的基于可穿戴计算技术的跌倒检测系统也具有以上特性：数据采集装置嵌入到可穿戴背心中穿在用户的身上，便于携带；可以在用户任何运动状态下采集活动数据；系统随时处于备用状态，可以在用户需要的任何时候提供服务；在系统运行过程中，用户可以做其它事情，不影响正常活动。2.2.2 硬件平台介绍本系统中使用的硬件是一个基于蓝牙的3D加速度和角速度
