毛廣瑋 彭曉波 任爽

摘 要：采用SVM閾值跌倒檢測(cè)算法測(cè)量老人跌倒以及其它常見(jiàn)的老人運(yùn)動(dòng)行為中的加速度峰值，兩者進(jìn)行比較，從而確定老人跌倒檢測(cè)軟件中設(shè)定的發(fā)出警報(bào)的閾值。

關(guān)鍵詞：Android；老人跌倒；SVM閾值測(cè)定

由于老年人的身體各項(xiàng)機(jī)能均有不同程度的退化，以及中風(fēng)、腦血管疾病、心絞痛等老年疾病的困擾，老年人群體中出現(xiàn)跌倒的意外情況大大增多，而其產(chǎn)生的后果更加嚴(yán)重。目前，跌倒是造成我國(guó)65歲以上老年人傷害死亡的首要原因。第一時(shí)間檢測(cè)老人跌倒?fàn)顩r并及時(shí)通知搶救是減少傷害死亡的最有效途徑。

區(qū)分人體跌倒時(shí)加速度的峰值與其它老人常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)行為中加速度峰值的差異，是檢測(cè)老人跌倒情況的基本原理?；诖嗽?，采用SVM閾值算法，初步確定了跌倒時(shí)人體加速度閾值，設(shè)計(jì)了基于Android平臺(tái)的老人跌倒檢測(cè)軟件。

1 軟件功能原理簡(jiǎn)介

基于Android平臺(tái)的老人跌倒檢測(cè)軟件主要用JAVA語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，借助于Android SDK和Eclipse IDE進(jìn)行軟件功能的實(shí)現(xiàn)，Eclipse 中提供了豐富的java環(huán)境，編譯完成后用Android Developer Tools進(jìn)行打包，便可安裝于安卓手機(jī)。

該軟件主要借助于安卓手機(jī)中自帶的三軸加速度傳感器獲取老人運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度，根據(jù)SVM閾值跌倒檢測(cè)算法計(jì)算人體各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)時(shí)其加速度幅度值。利用人體在不同運(yùn)動(dòng)行為下的加速度幅值與跌倒行為中加速度幅值的明顯差異，從而判斷老人是否摔倒。當(dāng)老人跌倒時(shí)，隨身攜帶的手機(jī)加速度幅值會(huì)明顯大于軟件設(shè)置的報(bào)警閾值B，這時(shí)手機(jī)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警，若15s內(nèi)手機(jī)沒(méi)有響應(yīng)動(dòng)作，軟件便會(huì)自動(dòng)發(fā)送短信通知老人的監(jiān)護(hù)人詳細(xì)的地點(diǎn)，以便及時(shí)搶救。

2 加速度閾值測(cè)定

2.1 跌倒檢測(cè)分析

人體會(huì)因受到外力或失去平衡而跌倒，跌倒時(shí)人體會(huì)呈現(xiàn)出向某一方向傾倒?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致重心發(fā)生變化而在某一方向上產(chǎn)生一定的加速度[1]。因此，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變可以借助加速度變化來(lái)體現(xiàn)，劇烈程度不同運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)致不同的加速度幅值的改變，而老人一般不會(huì)做劇烈程度很大的活動(dòng)，跌倒瞬間所導(dǎo)致的加速值應(yīng)該明顯高于其他活動(dòng)所導(dǎo)致的加速度幅值。此外，跌倒還具有隨意性，不同方向的跌倒和不同程度的摔倒都會(huì)導(dǎo)致不同的加速度幅值，因此軟件加速度閾值的確定需要綜合不同情況的跌倒來(lái)得到。

2.2 跌倒檢測(cè)相關(guān)算法

加速度可更好的反映運(yùn)動(dòng)變化情況[2]，為了更好的滿足人體運(yùn)動(dòng)模型，將手機(jī)固定在腰間，采用三軸加速度傳感器來(lái)獲取不同方向的加速度值，人體豎直站立時(shí)，ax ，ay ，az 分別代表人體左右，人體垂直和人體前后方向的加速度，即人體站立或勻速行走時(shí)，理論上，ax ，az的值均為0，ay 的值等于g[3]。且ax ，ay ，az分別與手機(jī)自帶的三軸加速度方向相對(duì)應(yīng)，可更好的突出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的靈敏度，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于跌倒具有隨機(jī)性，跌倒過(guò)程中，人的加速度，速度，和位移都發(fā)生了變化[4]，因此不能用一軸的加速度變化值來(lái)判斷人體的跌倒情況，我們采用SVM閾值跌倒檢測(cè)方法，利用公式（1）計(jì)算手機(jī)獲取到的三個(gè)方向的加速度值，從而得到其加速度幅值SVM。

SVM= （1）

手機(jī)固定在人體腰間，手機(jī)加速度傳感器獲取的加速度值近似等于人體所具有的加速度值，本文便是通過(guò)計(jì)算老人正?；顒?dòng)而產(chǎn)生手機(jī)加速度幅度變化來(lái)判斷老人活動(dòng)狀態(tài)，由此確定老人跌倒的加速度閾值。

2.3 跌倒數(shù)據(jù)測(cè)定

我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量老人們正常生活中的行為動(dòng)作產(chǎn)生的各個(gè)方向的加速度值并計(jì)算其加速度幅度值SVM，我們測(cè)量的行為有：向前跌倒，向后跌倒，左側(cè)跌倒，右側(cè)跌倒，正常行走，上、下樓梯，彎腰，坐下、起立，慢跑。一般老人都不會(huì)做劇烈運(yùn)動(dòng)，加速度幅值變化不會(huì)太大，而老人摔倒后加速度幅值會(huì)發(fā)生突變，明顯高于其他活動(dòng)所產(chǎn)生的加速度幅值。該試驗(yàn)對(duì)象1人，年齡22歲，身高178cm，身體健康。實(shí)驗(yàn)工具為同一款手機(jī)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重復(fù)測(cè)量10次，記錄其每次的加速度幅值的峰值。利用公式（2）分別計(jì)算其每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)單元的峰值的平均值為：

（2）

其中ai為每次每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)單元的峰值，為每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)單元的峰值的平均值。

得到老人幾種正常生活運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生加速度幅值的峰值數(shù)據(jù)如表一所示：