基于Android的老人摔倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

黃俊+++王海容+++毛佩+++張倩+++毛曉+++唐鶴云

摘 要：針對(duì)老年人摔倒碰瓷事件引發(fā)的一系列社會(huì)問題，項(xiàng)目開發(fā)一種基于Android的老人摔倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)利用智能手機(jī)內(nèi)置的三維加速度傳感器檢測(cè)摔倒數(shù)據(jù)，在老人摔倒后，App會(huì)在第一時(shí)間自動(dòng)將GPS檢測(cè)到的具體地理位置通過短信方式發(fā)送給其親屬或醫(yī)療機(jī)構(gòu)，及時(shí)挽救其生命。

關(guān)鍵詞：Android；摔倒檢測(cè)；GPS；短信

當(dāng)前計(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(duì)人體摔倒進(jìn)行檢測(cè)成為可能。目前，國(guó)外已有關(guān)于老年人遠(yuǎn)程摔倒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如：A.Blake borough設(shè)計(jì)的基于房間內(nèi)地板振動(dòng)檢測(cè)的摔倒檢測(cè)器、A.Six smith等研制的基于紅外信號(hào)和圖像信息的檢測(cè)器。但是由于成本、便攜性及應(yīng)用范圍的局限性等影響，使其應(yīng)用推廣受到限制。另外，現(xiàn)有的老人摔倒報(bào)警器，使用的多是硬件，需要附加的設(shè)備，攜帶極不方便；另外現(xiàn)有的報(bào)警器造價(jià)較為昂貴，很難實(shí)現(xiàn)普及的問題，使廣大的老年人群體受益。而國(guó)內(nèi)尚無關(guān)于摔倒遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品，關(guān)于摔倒監(jiān)測(cè)算法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究較多[1-2]。隨著智能手機(jī)的普及，手機(jī)報(bào)警器在日常生活中應(yīng)用越來越廣泛[3]，智能手機(jī)內(nèi)置的三維加速度傳感器以及GPS定位系統(tǒng)精確度日益提高，技術(shù)也不斷成熟。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)并開發(fā)一種基于Android的老人摔倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警器結(jié)合Java語(yǔ)言和Android語(yǔ)言共同進(jìn)行編程，最終實(shí)現(xiàn)老人摔倒后無人察覺即自動(dòng)發(fā)送地理位置短信通知親屬或醫(yī)療機(jī)構(gòu)，以便及時(shí)救治，挽救老人生命。同時(shí)滿足現(xiàn)有的智能手機(jī)普及的趨勢(shì)，符合社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)狀。

1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)借助Android開發(fā)平臺(tái)Eclipse（一個(gè)開放源代碼的、基于Android的可擴(kuò)展開發(fā)平臺(tái)），使用Java和Android語(yǔ)言對(duì)App軟件進(jìn)行程序編程，實(shí)現(xiàn)調(diào)用智能手機(jī)內(nèi)置的三維加速度傳感器檢測(cè)人體的三維加速度數(shù)值[4-5]，利用智能手機(jī)的GPS定位系統(tǒng)檢測(cè)經(jīng)緯度，然后轉(zhuǎn)換成人體摔倒后的具體地理位置；繼而調(diào)用智能手機(jī)SMS相關(guān)函數(shù)，在適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行短信發(fā)送過程。

1.1 界面設(shè)計(jì)

借助Eclipse開發(fā)平臺(tái)，對(duì)界面進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)主要功能。

打開手機(jī)軟件App的同時(shí)，手機(jī)啟動(dòng)內(nèi)置三維加速度傳感器自動(dòng)開始檢測(cè)人體加速度變化，進(jìn)入“功能-設(shè)置”界面（圖1所示）。選擇“設(shè)置”，APP將跳轉(zhuǎn)至用戶信息設(shè)置界面；用戶可設(shè)置性別、年齡、體重、綁定電話、以及選擇是否患有運(yùn)動(dòng)障礙癥（圖2所示）。

APP將綁定電話作為發(fā)送短信默認(rèn)電話，當(dāng)APP報(bào)警發(fā)送短信時(shí)將直接發(fā)送到該電話。

1.2 功能設(shè)計(jì)

（1）利用智能手機(jī)三維加速度傳感器和GPS工作原理及App編程環(huán)境的搭建方法。

（2）進(jìn)行Java編程語(yǔ)言的原理與方法（包括USB采集）。

（3）利用Eclipse開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行程序編程：

a.實(shí)現(xiàn)如何調(diào)用三維加速傳感器[3]——判斷人體是否摔倒。

b.啟動(dòng)GPS定位系統(tǒng)——實(shí)現(xiàn)檢測(cè)當(dāng)前位置。

c.調(diào)用SMS短信發(fā)送模塊——實(shí)現(xiàn)通知親屬。

（4）利用百度地圖，調(diào)用當(dāng)前位置與固定地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)位置具體化。

2 主要功能函數(shù)及特點(diǎn)

2.1 GPS定位函數(shù)

GPS（Gobal Positional System）全球定位系統(tǒng)，是一個(gè)中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它可以為地球表面的絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)備的定位、測(cè)速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

LocationManager locationManager；

Stringcontext = Context.LOCATION_SERVICE；

locationManager= （LocationManager）getSystemService（context）；

2.2 加速度傳感器

使用加速度傳感器步驟：

（1）獲取SensorManager。

（2）使用SensorManager獲取加速度傳感器。

（3）創(chuàng)建自定義的傳感器監(jiān)聽函數(shù)，并注冊(cè)。

（4）相對(duì)應(yīng)的，在合適位置實(shí)現(xiàn)注銷監(jiān)聽器的調(diào)用。

加速度傳感器又叫G-sensor，返回x、y、z三軸的加速度數(shù)值。該數(shù)值包含地心引力的影響，單位是m/s^2。將手機(jī)平放在桌面上，x軸默認(rèn)為0，y軸默認(rèn)0，z軸默認(rèn)9.81。將手機(jī)朝下放在桌面上，z軸為-9.81。將手機(jī)向左傾斜，x軸為正值。將手機(jī)向右傾斜，x軸為負(fù)值。將手機(jī)向上傾斜，y軸為負(fù)值。將手機(jī)向下傾斜，y軸為正值。

2.3 短信發(fā)送內(nèi)置Intent函數(shù)

Intent對(duì)象-發(fā)送短信動(dòng)作：使用ACTION_VIEW動(dòng)作啟動(dòng)Android設(shè)備上安裝SMS客戶端。以下是簡(jiǎn)單的語(yǔ)法來創(chuàng)建一個(gè)Intent來使用ACTION_VIEW動(dòng)作。Intent對(duì)象-數(shù)據(jù)/發(fā)送短信類型：要發(fā)送的短信需要使用SetData（）方法指定smsto：作為URI和數(shù)據(jù)類型使用setType（）方法。Intent對(duì)象-附加發(fā)送短信：Android內(nèi)置支持添加電話號(hào)碼和短信發(fā)送短信。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

打開手機(jī)軟件App的同時(shí)，手機(jī)啟動(dòng)內(nèi)置三維加速度傳感器自動(dòng)開始檢測(cè)人體加速度變化，在人體摔倒瞬間，加速度變化峰值超過閾值后，三維加速度傳感器檢測(cè)到數(shù)據(jù)急劇變化，手機(jī)震動(dòng)提醒，迫使程序進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)；此時(shí)，手機(jī)自動(dòng)利用GPS定位系統(tǒng)檢測(cè)到摔倒當(dāng)前位置，并且App將彈出選擇對(duì)話框“是否發(fā)送短信”：

（1）若手機(jī)持有者選擇“否”，則App不實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信并返回上一步App界面，繼續(xù)檢測(cè)加速度變化數(shù)據(jù)。

（2）若選擇“是”，則App會(huì)將GPS定位系統(tǒng)檢測(cè)的摔倒具體位置的信息發(fā)送給其親屬或醫(yī)療機(jī)構(gòu)，以便他人能夠及時(shí)察覺并對(duì)患者進(jìn)行救治。

（3）如果老人出現(xiàn)昏迷等情況發(fā)生無人響應(yīng)[4]，這時(shí)，項(xiàng)目在App選擇對(duì)話框內(nèi)設(shè)10s反應(yīng)時(shí)間（10s為初步設(shè)定時(shí)間，后續(xù)隨實(shí)驗(yàn)跟進(jìn)可適度改動(dòng)），10s之后，若老人無選擇動(dòng)作，App將默認(rèn)發(fā)送檢測(cè)到的地理位置的短信。

（4）若手機(jī)無意掉落地上，而老人并沒有摔倒，項(xiàng)目預(yù)估老人在10s反應(yīng)時(shí)間內(nèi)選擇“否”，則相應(yīng)取消發(fā)送短信，如此可減小系統(tǒng)的使用誤差。

4 創(chuàng)新特色敘述

（1）現(xiàn)有的老人摔倒報(bào)警器，使用的多是硬件，需要附加的設(shè)備，攜帶極不方便；另外現(xiàn)有的報(bào)警器造價(jià)較為昂貴，很難實(shí)現(xiàn)普及，不方便大多數(shù)的老年人使用。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，攜帶方便，售價(jià)低廉，適合全部的老年群體，便于檢測(cè)老年人出行安危。

（2）軟件通過手機(jī)發(fā)送位置短信，可實(shí)現(xiàn)老人摔倒后第一時(shí)間及時(shí)通知醫(yī)療機(jī)構(gòu)或者其親屬，及時(shí)挽救老人生命[6]。

該系統(tǒng)通過借助Android開發(fā)平臺(tái)Eclipse進(jìn)行語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)調(diào)用智能手機(jī)內(nèi)置的三維加速度傳感器，檢測(cè)人體的三維加速度數(shù)值。若人體摔倒，則數(shù)值將發(fā)生急劇變化，利用數(shù)值變化的時(shí)機(jī)設(shè)定觸發(fā)，從而進(jìn)行下一項(xiàng)程序的編程；利用智能手機(jī)的GPS定位系統(tǒng)檢測(cè)地理位置，該系統(tǒng)屬于后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行程序，報(bào)警器只需在合適的時(shí)機(jī)調(diào)用該系統(tǒng)，就能檢測(cè)到人體摔倒后的具體地理位置；報(bào)警器就會(huì)進(jìn)一步調(diào)用智能手機(jī)SMS相關(guān)函數(shù)，在適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行短信發(fā)送過程。

參考文獻(xiàn)

[1]趙祥欣.基于三維加速度傳感器的跌倒監(jiān)測(cè)研究[D].浙江大學(xué)生儀學(xué)院，2008.

[2]張愛華，王璐.基于三維加速度傳感器設(shè)計(jì)的跌倒檢測(cè)[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2010，14（48）：9029-9032.

[3]元器件交易網(wǎng).2015年智能手機(jī)趨勢(shì)分析[EB/OL].http：//tech.hexun.com/2014-12-02/171004037.html.2014-12-02.

[4]薛洋.基于單個(gè)加速度傳感器的人體運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

[5]張愛華，王璐.基于三維加速度傳感器設(shè)計(jì)的跌倒檢測(cè)[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2010，14（48）：9029-9032.

[6]劉麗華.與老年人摔倒相關(guān)的臨床因素[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)·老年醫(yī)學(xué)分冊(cè)，1994，15（3）：141.

作者簡(jiǎn)介：黃俊，男，江蘇省常州市人，徐州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，本科生。

*通訊作者：唐鶴云。