老年人跌倒检测技术研究

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1、XX学报老年人跌倒检测技术研究ResearchonFallDetectionTechnologyfortheElderlyiXX学报摘要跌倒重威胁着老年人的健康和生命，提供自由、实时的安全监护对老年人的生活质量和生命保证有重大的应用价值和研究意义，本文正是针对老年人对跌倒自动呼救的需求，围绕面向老人的便携式跌倒监护系统展开应用研究，基于跌倒的运动学原理，设计了跌倒检测算法。该跌倒检测算法通过对人体加速度和姿态的监测，构建了基于不同跌倒阶段的阈值判断的跌倒检测逻辑。经过系统实验验证，该跌倒检测算法对常见的跌倒情况的检测准确率

2、在95%以上，能够满足老年人跌倒的危险情况检测需求。关键词：老年人，穿戴式，跌倒检测，惯性传感器iXX学报1绪论1.1研究背景20世纪后，全世界正以无法想象的速度步入全球老龄化时代[1]。我国也于20世纪末进入老龄化社会，预计到2050年将进入深度老龄化阶段，成为老龄化程度最严重的国家[2]，这也将从多方面给我国社会带来巨大的压力和挑战。在这种情况下，老年人的生活照料、出行等需求日益凸显，其中体现在安全保健问题尤为突出，主要体现在两点：第一，老年人身体机能退化，他们极易意外或因病（尤其是心脑血管疾病）跌倒。据国外统计，约有

3、1/3的65岁老人每年至少跌倒一次[3]，跌倒在老年人死亡原因中的比例高达25%[4]，跌倒非常容易造成老人骨折、内脏震荡；如果跌倒后得不到及时救助，会进一步提高致死率和致残率。跌倒不仅给老年人造成生理上的伤害，还会带来心理上的阴影。此外，当前社会老年人跌倒后无人敢搀扶、无人敢救，渐渐成为一种普遍的社会现象，在这种情况下，跌倒对老年人更是致命的。如何在信任危机日益严重的社会维护老年人的生命健康权利，成为日渐重要的议题。因此针对老年人对安全保证的迫切需求，利用电子信息技术解决此问题有着极大的社会价值。1.2研究现状目前，跌倒

4、检测算法研究的着眼点包括三点：第一是重点分析临界阶段或冲击，第二是重点分析跌倒后阶段，最后是两者同时分析。1)跌倒的临界阶段的研究Wu等人(UniversityofVermont,USA)通过视频分析人体在跌倒时特定点的运动发现，这些点在跌倒临界阶段的速度为其他有意识行为的3倍[5]。Charif等人尝试通过计算机视觉系统追踪头部的运动，并通过粒子滤波和固定水平和速度阈值方法检测跌倒[6]。Noury等人(UniversityofGrenobleinFrance)设计了一种佩带在腋下的自主检测装置，包括加速度计、一个倾角计

5、和一个振动传感器。检测算法特征为速度阈值、从直立到水3XX学报平的体位和跌倒后的静息状态[7]。Mathie等人使用位于胸部的三轴加速度传感器，Hwang等人使用陀螺仪，Bourke和Lyons等人使用双轴陀螺构建阈值算法，在临界阶段检测跌倒[8-10]。Tamura等人提出在跌倒早期检测成功后，可以释放安全气囊保护跌倒者，但是该系统只能保护向后跌倒的情况[11]。1)跌倒的冲击的研究Williams等人在1998年首次描述了佩戴在腰部的跌倒检测装置，主要原理为通过压电传感器检测冲击，然后激发水银倾角计检测体位[12]。D

6、oughtyetal.继续研究了这种方法并由Tunstall(Whitleylodge,Yorkshire,England)公司推向市场[13]。Lindemann等人将三轴加速度传感器放入助听器中，通过3个阈值检测跌倒过程中的冲击：xy平面内的总加速度为2g；竖直方向的最大速度为0.7m/s；所有方向的总加速度为6g[14]。2)跌倒后阶段的研究在跌倒后阶段，人体一般处于平行于地面且静息状态。因此可以通过倾角计测量人体姿态或通过位于鞋底的压力传感器检测跌倒。但是跌倒后阶段的状态和被测者平时卧床休息的状态容易混淆，因此以上

7、的检测方法一般需要和其他阶段的检测方法结合使用。综上所述，跌倒是行走过程中常见的危险事件，目前跌倒检测的研究前沿为跌倒检测准确率为90%左右。1.3目前该领域存在的问题（1）跌倒检测的准确率和实用性还有待提高。目前大多数跌倒检测研究的实用性不强，检测准确率在90%左右，对于危害严重的跌倒事件来说，还不足以完全监护使用者的行走安全。因此，跌倒检测系统的检测准确性和还有一定的提升空间。（2）跌倒检测算法复杂难以产品化由于大部分跌倒检测算法复杂，时效性差，很难工程化，目前市场上也没有相关的老年人监护产品，将算法做到简单实用，便于

8、工程化也是本课题的难点。3XX学报1.4研究思路本文首先通过分析跌倒运动的定义及运动学原理，通过对跌倒进行建模，提取特征模式，进而通过样机平台搭建为算法研究提供硬件支持，最后通过系统实验验证算法的有效性和实用性。3XX学报2跌倒运动学机理2.1跌倒的定义与原因“无意识的倒向地面，或者其他一些未能造成强烈