智能手機在老人跌倒檢測中的應(yīng)用

吳典聰

（鄭州市第四中學(xué)，鄭州 450000）

1 老人跌倒實時監(jiān)測的意義

人口的老齡化，社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，社會壓力的增大，很多年輕人背井離鄉(xiāng)到大城市謀求發(fā)展，將更多地時間投入到自身的工作中，這些因素都致使我國空巢老人的問題日益嚴(yán)重，對老人尤其是無人照顧的空巢老人的健康監(jiān)護儼然成為當(dāng)今社會的一個不可忽視的問題。

2016年全國疾病監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：60歲及以上老人發(fā)生跌倒后的死亡率高達45%。跌倒事故對老人的身體健康是一種極大的威脅，老人在跌倒后往往會導(dǎo)致身體機能嚴(yán)重受損，更有甚者會失去生命，因此在眾多老人健康監(jiān)護的行為中，對老人跌倒的監(jiān)測尤為重要。有效的預(yù)防老人跌倒，在跌倒事件發(fā)生后進行及時的醫(yī)療救助對老人的晚年健康生活有著相當(dāng)重大的意義。

2 智能手機傳感器

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，手機已經(jīng)不僅僅局限于通信功能，其功能變得越來越強大。目前智能手機在網(wǎng)上購物、多媒體播放、行為識別、在線支付等方面有著廣泛的應(yīng)用。Android智能手機配備的傳感器包括光線傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、距離傳感器、磁場傳感器、指南針等，由于本文跌倒檢測算法只用到了智能手機的加速度傳感器與角速度傳感器，所以這里就不對其他傳感器做更多的介紹。

2.1 加速度傳感器

加速度傳感器是用來檢測手機加速事件的傳感器，返回值是手機三個坐標(biāo)上的加速度值，圖1標(biāo)識了智能手機的x、y、z三軸方向。需要注意的是，加速度傳感器的數(shù)值包含了地心引力的影響，當(dāng)我們將手機平放在桌面時，加速度傳感器x軸與y軸的加速度值默認為0，z軸的加速度值默認為地球的重力加速度g——9.81，單位是m/s2，同時用戶可以根據(jù)自身的需求設(shè)置最合適的傳感器采樣頻率。

目前，智能手機的加速度傳感器越來越多地使用到如計步器等的行為識別方面，只是因為加速度傳感器能最直接的反應(yīng)人體運動姿態(tài)的變化，當(dāng)人體改變自身的運動狀態(tài)，例如從步行到慢跑，反映到加速度傳感器的信號上就是有一個突然變化的幅度。

圖1 智能手機加速度傳感器

2.2 角速度傳感器

角速度傳感器又叫做陀螺儀，測量的是手機角速度大小，角速度傳感器讀取的原始數(shù)據(jù)是手機三個軸的旋轉(zhuǎn)角速度，單位是rad/s。目前手機角速度傳感器主要應(yīng)用于手機游戲與導(dǎo)航等方面，在行為識別方面，角速度傳感器主要輔助加速度傳感器來辨別人體移動方向。

3 跌倒檢測系統(tǒng)

人體的每一項活動都是一種行為模式，都有自己的行為特征，如果我們選取人們?nèi)粘Ｉ钪械囊恍┲饕顒永绮叫?、慢跑、跌倒等作為我們需要識別的行為模式。這些活動的發(fā)生都會伴隨著身體加速度與角速度的變化，且它們有各自變化的規(guī)律，如果找到那些它們特有的規(guī)律，那么我們便能準(zhǔn)確地識別這些不同的行為模式。

圖2 跌倒檢測系統(tǒng)流程圖

初步設(shè)想整個跌倒檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)需要兩部分構(gòu)成，如圖2所示。第一部分是系統(tǒng)的訓(xùn)練階段，在訓(xùn)練階段也就是選取日常生活中的主要活動，采集各種活動的加速度與角速度數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)的分析處理并選取特征值，選取的多個特征值構(gòu)成整個訓(xùn)練集進而生成訓(xùn)練模型，最終通過訓(xùn)練模型為依據(jù)進行實時監(jiān)測老人的狀態(tài)信息。另一部分就是系統(tǒng)的測試，老人在使用手機過程中，智能手機實時檢測手機各個方向上的加速度和角速度值，也就是特征值。如果特征值的大小和之前的訓(xùn)練模型相符，這時系統(tǒng)就會判斷老人是否發(fā)生了跌倒，進而會采取緊急情況，智能手機會自動通知老人的家屬或者自動撥打緊急電話。由于本人能力有限，在本文中針對老人跌倒實時監(jiān)測系統(tǒng)只是做了一個大致設(shè)想與方案簡介，對于系統(tǒng)的實現(xiàn)希望在以后的學(xué)習(xí)中能夠完成。

4 結(jié)束語

本文針對老人跌倒后不能得到及時的醫(yī)療救助而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果這個問題，考慮到智能手機在生活中的普及，基于智能手機的特點，提出了一個基于智能手機加速度傳感器和角速度傳感器監(jiān)測老人跌倒的方案。該方案中可以對老人的姿態(tài)信息進行實時監(jiān)測，如果老人發(fā)生跌倒可以自動進行發(fā)送求助信息。