一种重点区域老人跌倒检测系统和方法
阅读说明：本技术 一种重点区域老人跌倒检测系统和方法 (System and method for detecting falling of old people in key area ) 是由 王智 马敏 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了监测预警领域的一种重点区域老人跌倒检测系统和方法,其包括：检测模块,周期性检测重点区域,采集距离信息传送至主控模块；主控模块,基于跌倒检测方法对距离信息进行检测识别,若检测为跌倒状态时传送告警信号至告警模块和求救模块；求救模块,基于告警信号,将报警讯息无线传输至指定终端。本发明通过对重点区域进行检测预警,实现了对老人跌倒情况的及时反馈,另外,通过激光雷达对重点区域老人跌倒检测,解决了老年人家中跌倒后无人知晓、错过最佳救援时机的问题,该系统不泄漏隐私,无需穿戴,非常方便。通过跌倒检测方法,快速准确的识别老人跌倒,具备自动报警和解除报警功能,同时解决了漏报和误报问题,提高系统可靠性。(The invention discloses a system and a method for detecting falling of an old man in a key area in the field of monitoring and early warning, wherein the system comprises the following steps: the detection module periodically detects the key areas, acquires distance information and transmits the distance information to the main control module; the main control module detects and identifies the distance information based on a falling detection method, and transmits an alarm signal to the alarm module and the help-seeking module if the falling state is detected; and the help seeking module is used for wirelessly transmitting the alarm information to the appointed terminal based on the alarm signal. According to the invention, the timely feedback of the falling condition of the old people is realized by detecting and early warning the key area, in addition, the problem that the old people in the key area cannot know the optimal rescue opportunity after falling down in the family and miss the optimal rescue opportunity is solved by detecting the falling of the old people in the key area through the laser radar, and the system does not leak privacy, does not need to be worn and is very convenient. The method for detecting the falling of the old people can quickly and accurately identify the falling of the old people, has the functions of automatic alarm and alarm release, solves the problems of missing report and false report, and improves the reliability of the system.)
技术领域
本发明涉及一种重点区域老人跌倒检测系统和方法，属于监测预警技术领域。
背景技术
随着年龄的增长，老年人发生意外伤害的概率在逐渐增加。据世界卫生组织发布的报告，全球每年有30多万人死于跌倒，其中60岁以上的人占一半以上。而在老人跌倒的事故中，在家里跌倒的占比更是超过51.5％。老年人跌倒后并发症发生率高，严重程度大。轻者软组织损伤，重者骨折、脑出血甚至死亡。由于没有及时联络上家人导致错过最佳救治时间的情况时有发生。因此，设计一款可以自动监测老人跌倒，帮助独居老人在紧急情况下迅速联系到家人的系统十分有必要。
目前，老年人跌倒监测的方法主要有如下两类：第一类方法是使用摄像机或红外热成像传感器采集人体图像，通过图像处理技术进行形态识别，从而确定用户是否跌倒，该方法不需要被检测用户穿戴指定的设备，但容易泄漏用户隐私。第二类方法是使用加速度传感器来检测人体加速度，从而确定用户是否跌倒，该方法需要穿戴设备，使用起来不方便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种重点区域老人跌倒检测系统和方法，实现了对重点区域的监控预警，能够及时反馈老人跌倒情况。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种重点区域老人跌倒检测系统，包括：
检测模块，周期性检测重点区域，采集距离信息传送至主控模块；
主控模块，基于跌倒检测方法对距离信息进行检测识别，若检测为跌倒状态时传送告警信号至告警模块和求救模块；
求救模块，基于告警信号，将报警讯息无线传输至指定终端；
告警模块，基于告警信号触发警报状态；
解除模块，基于用户的解除指令解除警报状态，并将误报警讯息无线传输至所述指定终端。
进一步的，所述检测模块为摆放在重点检测区域的激光雷达，其摆放高度为人体腰部高度，所述重点检测区域包括卫生间、床边和沙发前。
进一步的，所述无线传输包括短信、电话和互联网推送，所述指定终端为用户家人的手机终端。
第二方面，本发明提供了一种重点区域老人跌倒检测方法，包括如下步骤：
周期性检测重点区域，采集距离信息；
基于跌倒检测方法对距离信息进行检测识别；
若检测为跌倒状态，触发警报状态，并将报警讯息无线传输至指定终端，否则不执行警报操作；
接收用户的解除指令后解除警报状态，并将误报警讯息无线传输至所述指定终端。
进一步的，所述跌倒检测方法具体包括如下步骤：
采集重点区域的初始距离数组{d^i}，i＝0，1，2，...，n，其中d^i为激光雷达在水平范围探测到的环境物体与激光雷达之间的距离；
采集重点区域实时测量值，得到距离数组{di}，i＝0，1，2，...，n；
将距离数组{di}与初始距离数组{d^i}作差，得到绝对值{d’i}，i＝0，1，2，...，n，对比绝对值{d’i}与阈值D得到前景序列{fi}，i＝0，1，2，...，n，其中，
计算人体最小宽度对应的采样点数M，其中，L为人体最小宽度，为前景序列中连续标记为1的元素所对应的当前测量值的平均值，Δθ为测量的角度分辨率；
若前景序列{fi}中值为1的元素的连续个数不小于M，则认为是物体或人体，将该子序列对应的当前测量值序列记为O＝{dj}，j＝p，p+1，...，q，计算测量子序列O的几何中心位置：
其中，(Xj，Yj)＝(dj·cos(j·Δθ)，dj·sin(j·Δθ))；
判断点(Xj，Yj)是否在重点区域的边界附近，若在重点区域附近把标志位flag置1，否则标志位flag置0，即：
其中，l为激光雷达测量距离最大值，le为长度阈值，θ为激光雷达测量最大角度，θe为角度阈值；
继续采集实时测量值并计算下一帧测量值的前景序列{fi}，若下一帧测量值的{fi}序列中存在连续不小于M个1，则继续计算测量子序列O的几何中心位置；否则认为没有物体或人体出现，获取上一帧测量值中flag值，该值若为0且检测次数满N次，则判断为跌倒状态，否则继续采集实时测量值。
进一步的，所述检测模块为摆放在重点检测区域的激光雷达，其摆放高度为人体腰部高度，所述重点检测区域包括卫生间、床边和沙发前。
进一步的，所述无线传输包括短信、电话和互联网推送，所述指定终端为用户家人的手机终端。
第三方面，一种重点区域老人跌倒检测装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述任一项所述方法的步骤。
第四方面，计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过对重点区域进行检测预警，实现了对老人跌倒情况的及时反馈，另外，通过激光雷达对重点区域老人跌倒检测，解决了老年人家中跌倒后无人知晓、错过最佳救援时机的问题，该系统不泄漏隐私，无需穿戴，非常方便。通过跌倒检测方法，快速准确的识别老人跌倒，具备自动报警和解除报警功能，同时解决了漏报和误报问题，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的重点区域老人跌倒检测系统图；
图2是本发明实施例二提供的重点区域老人跌倒检测方法示意图之一；
图3是本发明实施例二提供的重点区域老人跌倒检测方法示意图之二；
图4是本发明实施例二提供的重点区域老人跌倒检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
请参阅图1，一种重点区域老人跌倒检测系统，包括：检测模块、主控模块、求救模块、告警模块和解除模块。这里检测模块为激光雷达，可以灵活摆放在重点检测区域，如卫生间、床边、沙发前等，位于人腰部高度的位置，对重点区域进行周期性地检测，将采集到的距离信息传送至主控模块，由主控模块根据跌倒检测方法进行跌倒身体特征识别，若检测为跌倒状态(跌倒身体特征且持续一定时间)，告警模块触发告警鸣响，求救模块通过短信电话或互联网推送的方式通知家属的手机终端，本实施例中解除模块为按键，当产生误告警时，老人可通过按键取消，系统停止鸣响，并通过短信电话或互联网推送的方式通知家属此次为误报警。
实施例二：
请参阅图2-4，一种重点区域老人跌倒检测方法，包括如下步骤：
周期性检测重点区域，采集距离信息；
基于跌倒检测方法对距离信息进行检测识别；
若检测为跌倒状态，触发警报状态，并将报警讯息无线传输至指定终端，否则不执行警报操作；
接收用户的解除指令后解除警报状态，并将误报警讯息无线传输至所述指定终端。
其中，检测模块为摆放在重点检测区域的激光雷达，其摆放高度为人体腰部高度，所述重点检测区域包括卫生间、床边和沙发前；无线传输包括短信、电话和互联网推送，所述指定终端为用户家人的手机终端。
具体的，跌倒检测方法具体包括如下步骤：
1)初始化标志位flag为1，并采集背景数据：根据激光雷达的扫描结果得到房间的初始距离数组：{d^i}，i＝0，1，2，…，n，d^i为激光雷达在水平范围探测到的环境物体与激光雷达之间的距离，测量的角度分辨率为Δθ，如图2所示。
2)采集实时测量值，得到距离数组{di}，i＝0，1，2，…，n，如图3所示。
3)将距离数组与初始距离数组作差，得到{d’ i}，i＝0，1，2，…，n。若作差后的绝对值的元素值小于等于阈值D，判断为背景，记为0；反之记为1。得到前景序列{fi}，i＝0，1，2...，n，其中，
4)计算人体最小宽度对应的采样点数M，其中，L为人体最小宽度，为前景序列中连续标记为1的元素所对应的当前测量值的平均值。
5)若{fi}序列中值为1的元素的连续个数大于等于M，认为是物体或人体，将该子序列对应的当前测量值序列记为O＝{dj}，j＝p，p+1，...，q。计算测量子序列O的几何中心位置：
其中，(Xj,Yj)＝(dj·cos(j·Δθ),dj·sin(j·Δθ))，根据公式判断该点是否在雷达探测区域的边界附近，若在区域附近把标志位flag置1，否则flag置0。
其中，l为激光雷达测量距离最大值；le为长度阈值，θ为激光雷达测量最大角度，θe为角度阈值。接下来，继续从步骤2开始执行。
6)若{fi}序列中不存在连续大于等于M个1，认为没有物体或人体出现，获取上一帧测量值中flag值，该值若为1，则判断正常，继续从步骤2开始执行；反之，则判定人跌倒，若检测次数不满N次，则继续从步骤2开始执行；若检测次数满N次，仍为跌倒状态，则启动报警程序。
实施例三：
本发明实施例还提供了一种重点区域老人跌倒检测装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例二中任一项所述方法的步骤。
实施例四：
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现实施例二中任一项所述方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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