基于Android的老人摔倒檢測報警系統

黃俊+++王海容+++毛佩+++張倩+++毛曉+++唐鶴云

摘 要：針對老年人摔倒碰瓷事件引發的一系列社會問題，項目開發一種基于Android的老人摔倒檢測報警系統，報警系統利用智能手機內置的三維加速度傳感器檢測摔倒數據，在老人摔倒后，App會在第一時間自動將GPS檢測到的具體地理位置通過短信方式發送給其親屬或醫療機構，及時挽救其生命。

關鍵詞：Android；摔倒檢測；GPS；短信

當前計算機技術及通信技術的發展，通過便攜式電子裝置對人體摔倒進行檢測成為可能。目前，國外已有關于老年人遠程摔倒監測系統，如：A.Blake borough設計的基于房間內地板振動檢測的摔倒檢測器、A.Six smith等研制的基于紅外信號和圖像信息的檢測器。但是由于成本、便攜性及應用范圍的局限性等影響，使其應用推廣受到限制。另外，現有的老人摔倒報警器，使用的多是硬件，需要附加的設備，攜帶極不方便；另外現有的報警器造價較為昂貴，很難實現普及的問題，使廣大的老年人群體受益。而國內尚無關于摔倒遠程監測的產品，關于摔倒監測算法和系統設計的研究較多[1-2]。隨著智能手機的普及，手機報警器在日常生活中應用越來越廣泛[3]，智能手機內置的三維加速度傳感器以及GPS定位系統精確度日益提高，技術也不斷成熟。

項目設計并開發一種基于Android的老人摔倒檢測報警系統，報警器結合Java語言和Android語言共同進行編程，最終實現老人摔倒后無人察覺即自動發送地理位置短信通知親屬或醫療機構，以便及時救治，挽救老人生命。同時滿足現有的智能手機普及的趨勢，符合社會發展的現狀。

1 總體設計

系統借助Android開發平臺Eclipse（一個開放源代碼的、基于Android的可擴展開發平臺），使用Java和Android語言對App軟件進行程序編程，實現調用智能手機內置的三維加速度傳感器檢測人體的三維加速度數值[4-5]，利用智能手機的GPS定位系統檢測經緯度，然后轉換成人體摔倒后的具體地理位置；繼而調用智能手機SMS相關函數，在適當時機進行短信發送過程。

1.1 界面設計

借助Eclipse開發平臺，對界面進行設置，實現主要功能。

打開手機軟件App的同時，手機啟動內置三維加速度傳感器自動開始檢測人體加速度變化，進入“功能-設置”界面（圖1所示）。選擇“設置”，APP將跳轉至用戶信息設置界面；用戶可設置性別、年齡、體重、綁定電話、以及選擇是否患有運動障礙癥（圖2所示）。

APP將綁定電話作為發送短信默認電話，當APP報警發送短信時將直接發送到該電話。

1.2 功能設計

（1）利用智能手機三維加速度傳感器和GPS工作原理及App編程環境的搭建方法。

（2）進行Java編程語言的原理與方法（包括USB采集）。

（3）利用Eclipse開發平臺進行程序編程：

a.實現如何調用三維加速傳感器[3]——判斷人體是否摔倒。

b.啟動GPS定位系統——實現檢測當前位置。

c.調用SMS短信發送模塊——實現通知親屬。

（4）利用百度地圖，調用當前位置與固定地點實現位置具體化。

2 主要功能函數及特點

2.1 GPS定位函數

GPS（Gobal Positional System）全球定位系統，是一個中距離圓型軌道衛星導航系統，它可以為地球表面的絕大部分地區（98%）提供準備的定位、測速和高精度的時間標準。

LocationManager locationManager；

Stringcontext = Context.LOCATION_SERVICE；

locationManager= （LocationManager）getSystemService（context）；

2.2 加速度傳感器

使用加速度傳感器步驟：

（1）獲取SensorManager。

（2）使用SensorManager獲取加速度傳感器。

（3）創建自定義的傳感器監聽函數，并注冊。

（4）相對應的，在合適位置實現注銷監聽器的調用。

加速度傳感器又叫G-sensor，返回x、y、z三軸的加速度數值。該數值包含地心引力的影響，單位是m/s^2。將手機平放在桌面上，x軸默認為0，y軸默認0，z軸默認9.81。將手機朝下放在桌面上，z軸為-9.81。將手機向左傾斜，x軸為正值。將手機向右傾斜，x軸為負值。將手機向上傾斜，y軸為負值。將手機向下傾斜，y軸為正值。

2.3 短信發送內置Intent函數

Intent對象-發送短信動作：使用ACTION_VIEW動作啟動Android設備上安裝SMS客戶端。以下是簡單的語法來創建一個Intent來使用ACTION_VIEW動作。Intent對象-數據/發送短信類型：要發送的短信需要使用SetData（）方法指定smsto：作為URI和數據類型使用setType（）方法。Intent對象-附加發送短信：Android內置支持添加電話號碼和短信發送短信。

3 系統設計流程

打開手機軟件App的同時，手機啟動內置三維加速度傳感器自動開始檢測人體加速度變化，在人體摔倒瞬間，加速度變化峰值超過閾值后，三維加速度傳感器檢測到數據急劇變化，手機震動提醒，迫使程序進入報警狀態；此時，手機自動利用GPS定位系統檢測到摔倒當前位置，并且App將彈出選擇對話框“是否發送短信”：

（1）若手機持有者選擇“否”，則App不實現發送短信并返回上一步App界面，繼續檢測加速度變化數據。

（2）若選擇“是”，則App會將GPS定位系統檢測的摔倒具體位置的信息發送給其親屬或醫療機構，以便他人能夠及時察覺并對患者進行救治。

（3）如果老人出現昏迷等情況發生無人響應[4]，這時，項目在App選擇對話框內設10s反應時間（10s為初步設定時間，后續隨實驗跟進可適度改動），10s之后，若老人無選擇動作，App將默認發送檢測到的地理位置的短信。

（4）若手機無意掉落地上，而老人并沒有摔倒，項目預估老人在10s反應時間內選擇“否”，則相應取消發送短信，如此可減小系統的使用誤差。

4 創新特色敘述

（1）現有的老人摔倒報警器，使用的多是硬件，需要附加的設備，攜帶極不方便；另外現有的報警器造價較為昂貴，很難實現普及，不方便大多數的老年人使用。本項目所設計的系統，攜帶方便，售價低廉，適合全部的老年群體，便于檢測老年人出行安危。

（2）軟件通過手機發送位置短信，可實現老人摔倒后第一時間及時通知醫療機構或者其親屬，及時挽救老人生命[6]。

該系統通過借助Android開發平臺Eclipse進行語言編程，實現調用智能手機內置的三維加速度傳感器，檢測人體的三維加速度數值。若人體摔倒，則數值將發生急劇變化，利用數值變化的時機設定觸發，從而進行下一項程序的編程；利用智能手機的GPS定位系統檢測地理位置，該系統屬于后臺自動運行程序，報警器只需在合適的時機調用該系統，就能檢測到人體摔倒后的具體地理位置；報警器就會進一步調用智能手機SMS相關函數，在適當時機進行短信發送過程。

參考文獻

[1]趙祥欣.基于三維加速度傳感器的跌倒監測研究[D].浙江大學生儀學院，2008.

[2]張愛華，王璐.基于三維加速度傳感器設計的跌倒檢測[J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（48）：9029-9032.

[3]元器件交易網.2015年智能手機趨勢分析[EB/OL].http：//tech.hexun.com/2014-12-02/171004037.html.2014-12-02.

[4]薛洋.基于單個加速度傳感器的人體運動模式識別[D].廣州：華南理工大學，2011.

[5]張愛華，王璐.基于三維加速度傳感器設計的跌倒檢測[J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（48）：9029-9032.

[6]劉麗華.與老年人摔倒相關的臨床因素[J].國外醫學·老年醫學分冊，1994，15（3）：141.

作者簡介：黃俊，男，江蘇省常州市人，徐州醫科大學生物醫學工程專業，本科生。

*通訊作者：唐鶴云。