[发明专利]一种基于人体姿态方位估算的摔跤检测方法

说明书

本发明公开了一种基于人体姿态方位估算的摔跤检测方法，该方法包括如下步骤：手机端接收传感器集成设备测量的人体运动数据并进行输入校正；通过卡尔曼滤波融合人体数据和消除干扰项；根据人体运动数据进行人体姿势角度估算；根据人体运动数据和人体姿势角度进行摔跤检测判断。本发明将检测方法整合在手机端上，用户仅需佩戴一块轻便的传感器集成设备，手机端下载配套的客户端，就可以实现鲁棒的摔跤检测。当用户出现摔跤的情况时，手机端能及时发出警报。用户可以将传感器集成设备佩戴在躯干或腿部等任意部位，当传感器集成设备被佩戴在腰部和腿部时，摔跤检测的准确率达到100％。

技术领域

本发明属于摔跤检测技术领域，具体涉及一种基于人体姿态方位估算的摔跤检测方法。

背景技术

对于老年人和腿脚不方便的病人来说，一次不小心的摔跤会对他们产生巨大的伤害，严重时还会导致致残性骨折。若发生摔跤时，无法得到及时的救助，将会造成更为严重的二次伤害，甚至危及生命安全。因此近年来很多的摔跤检测方法被提出，以便当意外发生时，救援人员能够及时赶到从而避免后续伤害的发生。

在中国公开号为CN110111532A的专利中公开了一种老年人行走提醒及摔跤用警报装置，该装置能在老人行走时发出提示音，当老人摔跤后能够自行发出蜂鸣声，进行报警呼救。该方法的原理十分简单，通过水银管和铜线即可实现摔跤判断的功能。当老人正常行走时，受震动影响，水银和铜线间歇性导通，蜂鸣器仅发出提示音。当老人摔跤时，水银和铜线完全接触，电路成连通状态，蜂鸣器会发出连续的警报声，引起周围人群注意，从而实现老年人的搭救工作。该方法的思路简单，使用纯物理的方法实现了对摔跤的检测和预警，装置十分轻便易于携带。但该方法的主要材料为水银，常温下即可蒸发为有剧毒的水银蒸汽，当摔跤发生时，若不慎将装置中的水银管打碎，可能对用户造成二次伤害。同时该方法只能通过蜂鸣器向周围行人求救，对于独居老人或周围没有可施救者的情况并不适用，有很大的局限性。

而随着电子元器件的不断发展，摔跤检测方法更多的是基于智能的可穿戴设备，并通过无线网络或蓝牙和手机相连，来提高用户的体验度。如在中国公开号为CN107784788A的专利中公开了一种可穿戴设备摔跤辨别系统，该发明的利益点为硬件设备本体，通过装置外壳、触控显示屏、传感器集成设备、内置电路系统集成为一个腕带。通过硬件中倾角感测模块检测人体倾斜角来判断用户是否处于卧位的简单检测方法，但是在实际的使用中，由于倒地事件的不规则性，使得该种方法很容易产生误判，用户的平躺动作在实际测试中会容易被误认为是摔跤事件。同时，该方法仅对于是否是摔跤事件进行了检测，而没有后续的处理，当用户发生严重摔跤事件时，无法帮助用户进行求救，系统的设计不够人性化。

对于用户摔跤的检测，仅依赖用户单一角度的变化容易误判，授权号为CN105046882B的专利中提出了一种摔跤检测方法及装置，该方法使用加速度信号幅度向量值和角加速度值来共同判断用户是否发生摔跤。当加速度信号幅度向量高斯模糊值大于阈值时，若检测窗口内摔跤概率值大于摔跤检测阈值，该方法会判定用户发生了摔跤。对于不同的检测窗口大小、SVM权重和GSVM权重，该方法对于摔跤的检测有不同的准确率。当检测窗口大小为1500ms，SVM权重为0.4，GSVM权重为0.1时，该方法的误检测率最低，仅有1.33％。但整体而言，该方法检测准确率都是低于100％的，并且该方法的检测辨别过程则是通过服务器计算的，设备终端和服务器间通过网络进行交互，当网络信号不好或断网时，该方法会产生较大的延迟或者失效，且没有及时的预警措施。

除了使用可穿戴设备进行摔跤检测以外，通过鞋垫进行摔跤检测也是一种可选方式。在中国公开号为CN209928596U的专利中公开了一种可穿戴式老年人摔跤检测装置，该方法在鞋垫中封装压力传感器集成设备、供电模块、信号调理模块和无线网络模块，使得用户的摔跤动作可以通过鞋垫所受到压力的变化来辨别。鞋垫中的压力传感器集成设备分为三级，分别被安装在鞋垫的不同部位，当三级压力传感器集成设备所受到的压力均小于压力阈值时，需要对用户压力突变时间进行判断，若压力突变的时间小于2秒，则判定用户处于跌倒状态。该方法依赖于鞋垫对于摔跤的检测，不能应用于不穿鞋垫的情况，因此该方法缺少对于用户全方面的保护。