[发明专利]一种人体跌倒检测方法及装置

权利要求书

1.一种人体跌倒检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：3D加速度传感器分别采集人体运动在x轴、y轴、z轴方向上的加速度；3D陀螺仪分别采集人体运动在x轴、y轴、z轴方向上的人体角速度；

步骤二：通过四元数计算，得到世界坐标系下的人体加速度，进而计算得到人体速度、人体位移、人体旋转角度和人体失重时间；

步骤三：设定人体安全时的加速度阀值、速度阀值、位移阀值、角速度阀值、旋转角度阀值；当检测到人体加速度大于所述加速度阀值、且人体速度大于所述速度阀值，且人体位移大于所述位移阀值，且人体角速度大于所述角速度阀值，且人体旋转角度大于所述旋转角度阀值，判定人体跌倒；

步骤二所述四元数计算方法包括以下步骤：

S1：计算设备初始对应四元数q₀：3D加速度传感器分别采集人体运动在x轴、y轴、z轴方向上的加速度为ax₀、ay₀、az₀，利用100ms的平均向量来确定原始四元数

S2：计算采样点旋转四元数q_n：3D陀螺仪分别采集人体运动在x轴、y轴、z轴方向上的角速度为gx₀、gy₀、gz₀，采样周期为T，采样点的旋转角度分别为a、b、c，则a＝gx₀*T，b＝gy₀*T，c＝gz₀*T，对应四元数

则一个采样周期内，旋转角度四元数

进而求得采样点旋转四元数q_n＝Δq*q_n-1；

S3：计算修正四元数cq：计算当前3D加速度传感器的向量方向VA_n＝[ax_n ay_n az_n]和上一次重力方向VG_n-1，VG_n-1取上一次采样点旋转四元数q_n-1的后三个值，取VA_n与VG_n-1的法线向量VMN＝VA_n*VG_n-1，让VG_n-1绕VMN向VA_n旋转一个角度t，角度t＝陀螺仪最大误差*单个采样时间*2，则修正四元数cq＝[cos t sin t*VMN]；

S4：计算修正后的旋转四元数Q_n：Q_n＝cq*q_n＝cq*Δq*q_n-1，完成3D加速度传感器的加速度数据与3D陀螺仪的角速度数据的融合；

S5：计算世界坐标系下重力方向人体加速度、人体速度和人体位移：人体在世界坐标系下各方向加速度值为[x wax way waz]＝Q_n*[0 ax_n ay_n az_n]*Q′_n，其中Q′_n为Q_n的共扼复数，则世界坐标系下重力方向加速度即为waz，再减去重力g，可得重力方向人体加速度，对人体加速度进行积分可得人体速度，再对人体速度进行积分可得人体位移；

S6：计算世界坐标系下人体旋转角度：设备z轴对应世界坐标系的四元数为[z Vz]＝Q_n*[0 0 0 1]*Q′_n，其中Vz为z轴对应世界坐标系，则设备坐标Z轴与z轴的夹角AZ为人体躯干与z轴的瞬时夹角，AZ＝arccos(Vz*[0 0 1])，夹角AZ在采样周期内的积分即为人体旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种人体跌倒检测方法，其特征在于，步骤一所述3D加速度传感器、3D陀螺仪采集人体运动信号的频率为500Hz。

3.根据权利要求1所述的一种人体跌倒检测方法，其特征在于，步骤一所述3D加速度传感器、3D陀螺仪放置于人体躯干部分，可放置于腰部、胸口或腹部。