老人跌倒智能检测与定位的主被动告警系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种老人跌倒智能检测与定位的主被动告警系统及方法，主要解决现技术检测效率和准确率低且无法自动告警的问题。其系统包括老人跌倒检测模块(1)、云服务器(2)和客户端(3)。老人跌倒检测模块(1)装在老人的腰部获取包含位置信息和安全信息的状态数据，并将状态数据间歇性发送给云服务器(2)或点对点发送给客户端(3)。云服务器接收老人跌倒检测器的状态数据存储到数据库中，并依据客户端的控制命令发送给相应的客户端，客户端向云服务器或老人跌倒检测器发送控制命令，并接收和处理反馈的状态数据。本发明专利技术的跌倒检测成功率高，可自动告警，且能够同时使用短信和数据网络通信，稳定性强，可用于解决老人走失、跌倒救援。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能监控和无线通信领域，特别涉及一种老人跌倒智能检测与定位的主被动告警系统及方法，可用于解决老人走失、跌倒救援。
技术介绍
随着人口老龄化的加剧，越来越多的老人需要子女的照顾。据统计，老人跌倒是老人最大的安全隐患，占据了老人全部突发问题的近53％；老人走失仅次于跌倒，占全部问题的21％。老人跌倒与走失等安全问题成为社会的热点。老人遭遇突发状况时无法及时发出求救信息，导致丧失最佳的救援时机。定位技术与网络通信技术的发展为老人定位信息的获取与传输奠定了基础，手机应用的普及为手机软件开发提供了条件，云服务器和数据库技术的广泛应用为海量定位信息数据存储和快速访问做出了保障。现有的老人监护系统大多数包含定位、向子女的手机发送短信等基本功能，但是不具备自动告警功能，即当老人出现意外跌倒时，无法准确检测这种行为并在老人不需要操作的情况下向其子女求救。此外，目前的跌倒检测算法检测准确率低，硬件实现时CPU负荷率高导致的漏报和耗电，不利于推广。在跌倒检测方面，目前的跌倒识别方案主要分为两种：第一种为基于视频的检测方法。该方法利用摄像头等设备进行识别，已经得到了长足发展。但是该方法受环境局限较大，一方面其会受到光线等客观因素的影响，另一方面该方法主要应用于室内封闭环境，对于老人外出的情况无法给出解决方案。第二种为基于传感器的方式，虽然相比于视频检测的方法，在检测的准确度上仍需要进一步发展，但是该方法为老人日常生活中的跌倒检测提供了可能性。对于跌倒检测算法来说，目前基于传感器的跌倒检测算法大多数采用基于规则的方法，分析加速度、姿态角等时间序列的变化规律，将跌倒的模式判断出来。然而由于老人跌倒过程中时间序列较长，变化规律多种多样且错综复杂，导致人工编写逻辑、制定规则实现起来比较困难，而且跌倒的检测准确率无法得到较好地保证。目前业内也有一些基于统计的方法，利用机器学习和模式识别的原理，训练一个监测模型并利用其进行分类、识别与预测。特征提取的方法基本都采用了滑动窗口截取时间序列的方式，然而大部分利用重叠截取或连续截取的方式，此两种方法有很大弊端：第一，CPU处于高负荷状态，对采集到的所有时间序列进行判定；第二，系统在老人跌倒时不能及时响应，造成漏报；第三，相同动作产生了不同的时间序列，或者某个时间序列包含了两个动作，降低了检测准确率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种老人跌倒智能检测与定位的主被动告警系统及方法，用于解决现有检测技术准确度低，CPU负荷率高导致的漏报和耗电，以及无法在老人跌倒时自动告警的问题。本专利技术的技术思路是：开发老人跌倒检测器产品和相应的手机应用软件，依据一种基于机器学习和模式识别的跌倒检测算法，建立一种系统，让老人能够在简单操作甚至完全不需要操作的情况下，使其子女在第一时间能通过手机获得老人的位置信息和安全信息，并可通过客户端查询老人位置信息，也可接收和处理老人跌倒检测状态数据，实现老人定位、跌倒检测，以及信息存储、查询与显示功能的一体化。根据上述思路，本专利技术的老人跌倒智能检测与定位的主被动告警系统，包括：老人跌倒检测器1，用于检测老人跌倒并将跌倒检测结果与老人当前位置信息两项状态数据发送给云服务器2或客户端3；云服务器2，用于接收和存储老人跌倒检测器1发送的状态数据，并根据客户端3发送的控制命令将状态数据返回给客户端3；客户端3，用于处理并显示云服务器2和老人跌倒检测器1发送的状态数据；其特征在于，所述老人跌倒检测器1，包括GPS定位模块11、三轴加速度计模块12、控制模块13、告警通信模块14，其特征在于，该控制模块13，包括：跌倒监听子模块131，用于对老人的活动进行监听并对老人所做出的疑似跌倒的动作做出响应，并将响应信息传递给跌倒序列截取子模块132；跌倒序列截取子模块132，用于对跌倒监听子模块131监听到的疑似跌倒的动作所对应的时间序列进行截取，并将截取出的时间序列传递给特征提取子模块133；特征提取子模块133，用于从跌倒序列截取子模块132截取出的时间序列中提取加速度和姿态角特征，并将提取的特征传递给BP神经网络子模块134；BP神经网络子模块134，用于读取特征提取子模块133提取的特征，进行跌倒检测的计算并输出跌倒检测的结果，将结果传递给告警通信模块14；该告警通信模块14，包括：数据网络子模块141，用于与云服务器2进行间歇性通信；短信子模块142，用于与客户端3进行点对点通信；所述客户端3，包括：用户管理模块31，用于进行用户信息数据的设置和修改，并将包含用户信息数据的控制命令传递给智能通信模块32；智能通信模块32，用于自动检测网络连接状态，在连接或未连接数据网络时分别向云服务器2或老人跌倒检测器1发送控制命令，接收返回的状态数据并传递给显示模块33；显示模块33，用于处理并显示从智能通信模块32接收到的状态数据。根据上述思路，本专利技术的老人跌倒智能检测与定位的主被动告警方法，包括如下步骤：1)将老人跌倒检测器1放置在老人腰间，在其子女的手机上安装客户端3，并进行注册和登录；2)通过老人跌倒检测器1中的GPS获得老人的位置信息，并通过其中的三轴加速度计获得老人当前的加速度和姿态角信息；3)对老人的运动状态进行检测：3a)控制监听三轴加速度计的变化，采集老人活动过程中的时间序列样本；3b)当发现疑似跌倒的时间序列样本时，利用定长滑动窗口将该段序列的关键部分截取，并利用截取出的时间序列提取老人当前的加速度和姿态角特征，构造平衡数据集；3c)使用BP神经网络对构造的平衡数据集进行交叉检验，调整BP神经网络中间层节点个数、正则化系数以及节点sigmoid激活函数门限阈值，使得BP神经网络获得最优性能，完成BP神经网络的训练；3d)当发现疑似跌倒的时间序列时，截取该段序列的关键部分，提取老人当前的加速度和姿态角特征，并输入到BP神经网络中进行判定，如果输出结果为1，则检测结果为跌倒，否则为非跌倒；4)发送跌倒检测结果：当跌倒检测结果为非跌倒时，老人跌倒检测器将状态数据间歇性发送至云服务器；当跌倒检测结果为跌倒或求救按键被按下时，老人跌倒检测器将状态数据立即发送至客户端，客户端进行接收并显示；5)客户端主动请求并获取状态数据：5a)在网络连接状态下，按下客户端的“定位”按钮向云服务器发送控制命令；在网络未连接状态下，向老人跌倒检测器发送控制命令；5b)云服务器或老人跌倒检测器接收控制命令，将状态数据返回给客户端；5c)客户端接收返回的状态数据，并进行处理和显示。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术采用跌倒智能检测及告警方式，使得在老人跌倒时，老人跌倒检测器无需老人的任何操作，即可将紧急定位信息发送至客户端，让子女在第一时间了解老人的安全情况及位置信息。第二，由于本专利技术采用主被动的控制方式，客户端可以主动请求服务器或老人跌倒检测器发送定位信息，也可以在紧急情况下被动接收老人跌倒检测器发送的紧急定位信息，克服了单向通信的弊端。第三，由于本专利技术采用短信和数据网络两种通信方式，在数据网络畅通的情况下通过数据网络进行数据的接收与发送，同时保证了在数据网络状态不佳的情况下通过短信完成数据的接收与发送，克服了单一环境中不能获得定位信息的缺点，稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种老人跌倒智能检测与定位的主被动告警系统，包括：老人跌倒检测器(1)，用于检测老人跌倒并将跌倒检测结果与老人当前位置信息两项状态数据发送给云服务器(2)或客户端(3)；云服务器(2)，用于接收和存储老人跌倒检测器(1)发送的状态数据，并根据客户端(3)发送的控制命令将状态数据返回给客户端(3)；客户端(3)，用于处理并显示云服务器(2)和老人跌倒检测器(1)发送的状态数据；其特征在于，所述老人跌倒检测器(1)，包括GPS定位模块(11)、三轴加速度计模块(12)、控制模块(13)、告警通信模块(14)，该控制模块(13)，包括：跌倒监听子模块(131)，用于对老人的活动进行监听并对老人所做出的疑似跌倒的动作做出响应，并将响应信息传递给跌倒序列截取子模块(132)；跌倒序列截取子模块(132)，用于对跌倒监听子模块(131)监听到的疑似跌倒的动作所对应的时间序列进行截取，并将截取出的时间序列传递给特征提取子模块(133)；特征提取子模块(133)，用于从跌倒序列截取子模块(132)截取出的时间序列中提取加速度和姿态角特征，并将提取的特征传递给BP神经网络子模块(134)；BP神经网络子模块(134)，用于读取特征提取子模块(133)提取的特征，进行跌倒检测的计算并输出跌倒检测的结果，将结果传递给告警通信模块(14)；该告警通信模块(14)，包括：数据网络子模块(141)，用于与云服务器(2)进行间歇性通信；短信子模块(142)，用于与客户端(3)进行点对点通信；所述客户端(3)，包括：用户管理模块(31)，用于进行用户信息数据的设置和修改，并将包含用户信息数据的控制命令传递给智能通信模块(32)；智能通信模块(32)，用于自动检测网络连接状态，在连接或未连接数据网络时分别向云服务器(2)或老人跌倒检测器(1)发送控制命令，接收返回的状态数据并传递给显示模块(33)；显示模块(33)，用于处理并显示从智能通信模块(32)接收到的状态数据。...

【技术特征摘要】
1.一种老人跌倒智能检测与定位的主被动告警系统，包括：老人跌倒检测器(1)，用于检测老人跌倒并将跌倒检测结果与老人当前位置信息两项状态数据发送给云服务器(2)或客户端(3)；云服务器(2)，用于接收和存储老人跌倒检测器(1)发送的状态数据，并根据客户端(3)发送的控制命令将状态数据返回给客户端(3)；客户端(3)，用于处理并显示云服务器(2)和老人跌倒检测器(1)发送的状态数据；其特征在于，所述老人跌倒检测器(1)，包括GPS定位模块(11)、三轴加速度计模块(12)、控制模块(13)、告警通信模块(14)，该控制模块(13)，包括：跌倒监听子模块(131)，用于对老人的活动进行监听并对老人所做出的疑似跌倒的动作做出响应，并将响应信息传递给跌倒序列截取子模块(132)；跌倒序列截取子模块(132)，用于对跌倒监听子模块(131)监听到的疑似跌倒的动作所对应的时间序列进行截取，并将截取出的时间序列传递给特征提取子模块(133)；特征提取子模块(133)，用于从跌倒序列截取子模块(132)截取出的时间序列中提取加速度和姿态角特征，并将提取的特征传递给BP神经网络子模块(134)；BP神经网络子模块(134)，用于读取特征提取子模块(133)提取的特征，进行跌倒检测的计算并输出跌倒检测的结果，将结果传递给告警通信模块(14)；该告警通信模块(14)，包括：数据网络子模块(141)，用于与云服务器(2)进行间歇性通信；短信子模块(142)，用于与客户端(3)进行点对点通信；所述客户端(3)，包括：用户管理模块(31)，用于进行用户信息数据的设置和修改，并将包含用户信息数据的控制命令传递给智能通信模块(32)；智能通信模块(32)，用于自动检测网络连接状态，在连接或未连接数据网络时分别向云服务器(2)或老人跌倒检测器(1)发送控制命令，接收返回的状态数据并传递给显示模块(33)；显示模块(33)，用于处理并显示从智能通信模块(32)接收到的状态数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，控制器模块(13)分别与GPS定位模块(11)、三轴加速度计模块(12)和告警通信模块(14)电连接，这四个模块固定在一个包装盒中，该包装盒的外面固定设有GPS天线(15)和按键(16)，天线(15)与GPS定位模块(11)电连接，按键(16)与控制器模块(13)电连接，当老人按下按键时，控制器模块(14)控制短信子模块(142)将老人当前的状态数据立刻发送给客户端(3)。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用户管理模块(31)包括：注册和登录子模块(311)，用于输入包含用户名、密码、昵称、性别、智能终端号码、安全问题及答案的用户信息，并将上述信息发送给智能通信模块(32)；账号设置子模块(312)，用于修改上述用户信息，并将修改结果发送给智能通信模块(32)；密码找回子模块(313)，用于在用户忘记密码时进行密码找回，将安全问题及答案发送给智能通信模块(32)。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，智能通信模块(32)包括：数据网络子模块(321)，用于在连接数据网络时向云服务器(2)发送控制命令，并接收老人的当前位置信息或历史移动轨迹；短信子模块(322)，用于在未连接数据网络时向老人跌倒检测器(1)发送控制命令，接...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼顺天，张伟涛，程先宬，贺彦喆，戴威，赵鑫玮，南京宏，徐泽清，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61