一种跌倒检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种跌倒检测装置及方法，采用陀螺仪、加速度计、地磁计分别测量得到角速度数据、加速度数据、地磁数据，利用角速度数据求取基本姿态角，使用加速度数据和地磁数据对基本的姿态角进行噪声自适应的卡尔曼融合滤波，获取最终姿态角。通过角速度数据、加速度数据进行用户的动静状态判断，当用户为静态时根据姿态角判断是否为躺卧，如果用户为躺卧则进行躺卧动作的有/无意识甄别和跌倒受力评估，联合判定用户是否跌倒，在跌倒时进行报警。本发明得到姿态角较一般方法更为准确，同时采用有/无意识甄别和跌倒受力评估进行联合判定，可使跌倒判定结果更为准确，降低误报率。

主权项

一种跌倒检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集传感器数据，传感器包括陀螺仪、加速度计、地磁计，采集得到角速度数据ω_m、加速度数据g_m、地磁数据m_m；(2)、对由于高斯噪声造成的传感器数据的抖动进行动态平滑滤波；(3)、求取姿态角，包括X、Y、Z轴的姿态角Roll、姿态角Pitch、姿态角Yaw，具体包括以下步骤：3.1)、角速度数据ω_m减去一个反馈子ω_b，再通过四元数微分方程求出包含基本姿态角的四元数姿态阵Q，其中第一次进行姿态角求取时的反馈子ω_b的初始值为0；3.2)、用四元数姿态阵Q对参考坐标系的重力加速度向量g_r和地磁强度向量m_r分别进行姿态变换，得到变换后的重力加速度向量g_T和地磁强度向量m_T，其中参考坐标系的重力加速度向量g_r和地磁强度向量m_r根据实际情况设置；3.3)、将重力加速度向量g_T、地磁强度向量m_T与加速度数据g_m、地磁数据m_m进行卡尔曼融合滤波，对四元数姿态阵Q进行两步校准，求出最终姿态角Roll、姿态角Pitch、姿态角Yaw和新的反馈子ω_b；(4)、分别计算时间T₁内，加速度计测量数据g_m和陀螺仪测量数据ω_m的最大幅值g_{m_max}、ω_{m_max}与最小幅值g_{m_min}、ω_{m_min}之间的差值g_diff和ω_diff：g_diff＝g_{m_max}‑g_{m_min}ω_diff＝ω_{m_max}‑ω_{m_min}其中，时间T₁、加速度差值阈值角速度差值阈值根据实际情况确定；当并且判定人体状态为静态，进入步骤(5)，反之人体状态为动态，返回步骤(1)继续采集数据；(5)、判断步骤(3)中得到的姿态角pitch是否大于预设定阈值pitch^*，如果pitch≤pitch^*，则用户未处于躺卧状态，返回步骤(1)继续采集数据，如果pitch＞pitch^*，则用户处于躺卧状态，进入步骤(6)；(6)、进行用户躺卧动作的有/无意识甄别和跌倒受力评估，当用户无意识且力冲击过大时，则判断用户为跌倒，进入步骤(7)，否则判断用户未跌倒，返回步骤(1)继续采集数据；(7)、提示用户进行报警确认，用户在确认无事时取消报警，返回步骤(1)重新采集数据，如果用户在等待时间T₃内未取消报警，则通过无线通信向监控人员进行自动报警，等待时间T₃根据实际情况确定。