基于加速度传感器的人体摔倒检测系统设计

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1、基于加速度传感器的人体摔倒检测系统设计重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：何理指导教师：郭永彩教授学位类别：工程硕士（仪器仪表工程领域）重庆大学光电工程学院二O一六年四月DesignofHumanFallDetectionSystemBasedonAccelerationSensorAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByHeLiSupervisedbyProf.GuoYong

2、caiSpecialty:ME(InstrumentandMeterEngineeringField)CollegeofOpto-electronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要科学技术和社会经济的飞速发展，使得人们的生活品质有了飞跃，但也带来了负面的产物，人口老龄化就是其中一个。它不仅导致社会劳动力大幅缩减，劳动比例失调，同时占用了更多的社会资源用于助老和养老，加重了社会、政府和家庭的经济负担。目前我国还处于社会主义初级阶段，未富先老的社会

3、现状使得负担人口老龄化的社会重担成为一个巨大的挑战。据统计，摔倒是引发60周岁及以上老年人非病理住院治疗和死亡的首要原因，并且这个比例每年仍在呈上升趋势。目前国内外市场，缺乏对老年人摔倒进行防护、预测和报警的成熟产品。对老年人摔倒行为和其它相似过程的误判现象尤为明显，该领域的研究仍有许多关键的科学和技术问题亟待解决。本文旨在研究基于加速度传感器的人体摔倒检测系统，包括硬件装置和检测算法两大部分，从时域和频域两个方向对摔倒行为进行了分析。论文主要工作如下：①从摔倒检测的研究背景和意义入手，介绍了当前的社会人口现状和摔倒的危害性。结合国内外的

4、主流研究方法和现状，提出基于加速度传感器的人体摔倒检测系统，并指明了其便携性和实时性的特点。②分析了摔倒过程中人体姿态与运动加速度的变化和特征，对表征摔倒的人体部位进行了分析与选择。选取STM8L为系统微控制器，MPU6050为采集数据的传感器，HC-05为通信模块，使用VS2010搭建上位机，构建本课题系统的总体架构。通过实验建立包含日常行为、摔倒行为和类摔倒行为的数据集。③在时域上对人体各行为进行特征提取和分析。基于合加速度值的变化幅度和重力方向倾角值，提出了一种时域上的摔倒行为检测算法。经实验证明，该算法在区分人体动静和躺下姿态时，

5、具有较高的识别效果。④在变换域，对人体各行为信息进行分析。使用快速傅里叶变换和离散余弦变换两种经典算法分别对信号进行变换，并进行对比。对预处理后的结果做特征提取和子空间特征降维。基于统计学习理论和支持向量机，采用最优分类界面作为摔倒检测中的阈值信息，提出了一种基于频域分析的摔倒行为检测算法。⑤在样本空间内，对各算法进行了验证。本文提出的基于快速傅里叶变换按二维主元分析的检测方法，取得了高达95%的识别率，证明了本文方法的优越性。最后，对系统存在的不足进行了总结，并为进一步的工作提出了意见。关键词：摔倒检测，时域，变换域，主元分析，支持向量

6、机I英文摘要ABSTRACTTherapiddevelopmentoftechnologyandsocialeconomy,makespeople'slifehaveaqualityleap.Howeveritalsobringsnegativeproduct,agingpopulationisoneofthem.Itnotonlyleadstoasubstantialreductionofsociallaborandlaborimbalance,butalsotakesupmoreresourcestohelptheoldagesoci

7、alandpension.Thisphenomenonincreasesthefinancialburdenonsociety,thegovernmentandthefamily.Atpresent,Chinaisstillintheprimarystageofsocialism,thesocialsituationthatoldbeforegettingrichmakestheburdenofagingpopulationbecomeahugechallenge.Accordingtostatistics,fallisthefirstc

8、auseofhospitalizationanddeathinnon-pathologicalin60yearsofageorolder,andtheproportionisstillrisi