跌倒检测在远程健康监管系统中的应用案例

    随着社会老龄化的不断发展，预期到2030年空巢老年人家庭的比例将达到90％，届时我国老年人家庭将空巢化。据统计，在65岁以上的老年人群中，每年有超过1/3的人都有跌倒经历，2/3老年人意外死亡都是由跌倒引起的，而在75岁以上老人中这个比例更是高达70%。

    跌倒检测是远程健康监护系统中家庭终端的一种实现方式，涉及多个领域，包括信号采集与处理，信号特征提取，数据传输等方面的研究。跌倒检测技术有很多，从信号获取的渠道进行分类，可将跌倒检测技术分为三类：基于视频图像的跌倒检测，该方法不足之处在于它不能保证用户的隐私安全并且视频图像的质量受光线等环境影响较大；基于声学信号的跌倒检测，安装复杂且前期投入比较大；基于穿戴式装置的跌倒检测，较之前两种方法在适用环境上和对用户的干扰程度上有比较突出的优点。综合比较各类检测方法，基于穿戴式的检测方法对老年人的健康进行远程监管比较适合。

    跌倒检测模块主要由加速度采集单元、微处理器单元、无线通信单元以及远程跌倒监控后台等构成，整体模块采用锂电池进行。系统由加速度采集单元进行加速度的采集，经微处理器单元对信号进行预处理，经预处理提取的可疑数据通过无线通信单元传输至远程跌倒监控后台进行最终的分析处理，在检测到跌倒时系统能够自动触发警报项。

    人体在跌倒过程当中，对象在各个方向上的加速度、速度和位移这三个矢量均会发生变化。实际上，如果仅根据各方向上的加速度的变化很难全面地分辨出跌倒动作。通过对加速在时间域上进行一次积分求取速度（v），两次积分求取位移（s），以提高系统的准确性。

    通过加速度传感器采集到的加速度包含受到的地球重力加速度和人体运动引起的加速度这两部分，并且任何时刻这两部分都同时存在。以人体运动加速度为依据建立起人体三维动作模型[6]，根据加速度传感器的三个正交的测量方向可以建立三维坐标系。

    通常正确佩戴好装置后，对象在处于静止或是水平匀速运动状态下时，Y方向的加速度表现为重力加速度（g），水平方向上的加速度为0。当对象发生跌倒时，如果只考虑始末状态的加速度值的变化，纵向的变化范围从1g～0g，而水平方向分量（x或z）的变化则是0g～1g。

    构建了基于三维加速度传感器、微处理器和无线通信模块为核心的跌倒检测模块，能够较好地区分日常活动和跌倒事件。