基于人体姿态的跌倒检测算法研究与应用

作     者：张金桥 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：桑国明

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：人体姿态 加速度传感器 姿态角 跌倒检测算法 

摘      要：随着我国人口老龄化的加剧,期望寿命的延长,以及“空巢家庭的频频出现,老年人问题也日益突出,特别是老年人的健康问题成为国家和社会关注的重点问题之一。意外跌倒给老年人的生理和心理都带来极大危害,而及时救助跌倒的老年人将大大降低伤残率和死亡率。现在人体跌倒的主要检测手段有图像分析法、声频分析法、可穿戴式装置分析法。可穿戴式检测装置最大的特点是方便携带,人体佩戴后可以随意走动,不受活动范围的局限,满足跌倒检测系统的需求。因此本文主要以可穿戴式装置检测方法展开相关研究工作。本文首先将人体活动模式分为日常生活活动、跌倒并进行细分,在此基础上设定跌倒实验的活动模式,并组织实验。将加速度传感器佩戴在相应部位采集人体姿态数据,进而分析日常生活活动和跌倒两种活动模式加速度数据的变化。其次,本文对典型的跌倒检测算法进行了分析,并以基于阈值的检测方法为研究方向,针对传统的阈值跌倒检测算法存在的不足,提出了融合加速度和姿态角的多级探测跌倒检测算法,不仅提高了跌倒检测的准确性,还可以判断出人体的具体姿态。本文对跌倒检测装置进行了整体设计。采用AXDL345三轴加速度传感器和MSP430F149单片机作为装置的数据采集模块和数据处理模块。通过现场报警和主动报警两种方式报警。一旦发生跌倒,跌倒检测装置会自动发送跌倒详细数据和地理位置给求救对象,求救对象根据接收到的信息内容采取进一步救助措施。最后通过有效性测试,本文设计的跌倒检测装置的跌倒检测准确率可到98%以上,达到预先设定的目标。