第2章老人跌倒模型分析
2.1跌倒原因
造成老年人跌倒的影响因素很多，总的来说，有内因和外因两个方面。内因是指机体老化因素，外因是指环境因素。据一项医学调查显示，因跌倒而住院的老年人中，因为内在机体老化原因占45%，环境原因占39%，原因不明者占160/0[29]。(1) 机体老化因素个体姿势的稳定性取决于感觉器官、神经系统以及骨骼肌肉系统功能的相互协调机制[3"]，只要是有损感觉器官、神经系统或是骨骼肌肉系统功能的因素都会导致人体的失衡，从而导致人体容易跌倒。内因主要有疾病、视力情况差、身体机能退化、灵活度下降、平衡机能障碍等，这些都是导致老年人容易发生跌倒的原因[31]。身体机能退化和平衡能力降低对于引发跌倒来说最是重要因素。老年人由于身体机能下降，当身体平衡受到干扰时不容易通过调节骨骼肌肉系统才保持平衡，因而容易跌倒。(2) 环境因素老人对环境的改变反应相对迟钝，所以容易受家居因素的影响。根据流行病学的研究，老人跌倒发生在家里的情况占70%以上，其中10%左右的跌倒行为发生在上下楼梯过程中[29]。室内可能使老人在行进中被拌倒的影响因素主要有地板太滑、有台阶、家具摆放不当、光线晦暗、不合适的拖鞋、搬重物等原因。室外的影响因素主要有高低不平地面、碰撞、楼梯、香蕉皮等最主要有原因。不管在养老院、医院还是在家里，老人都不可避免碰到可能会引起跌倒的环境，比如脚下的一块石头，就会导致老人的身体失衡。
2.2跌倒过程分析
人体由于自身因素或是外界原因失去平衡时，都可能导致跌倒行为的发生。在跌倒发生的时，由于身体的不自主性，躯体一般会向某一方向倾倒的状态，身体失去平衡时，处在一个不稳定的状态。在本能作用下，身体为了恢复平衡有一个自我调整的过程。自我调整后的结果有两种可能性，一是通过身体的协调又重新平衡，二是在重心继续偏移最后导致跌倒在地。纵观跌倒全过程不难发现，发生跌倒时，身体的位姿会发生改变。不同的人在不同的环境下跌倒形式不同。根据跌倒后人体的位姿分类，常见的跌倒类型归纳起来发生以下六种可能：（1)前向跌倒；（2)后向跌倒；（3)左侧跌倒；（4)右侧跌倒；（5)仰躺跌倒；（6)俯卧跌倒。其中，仰躺或是俯卧身体躯干触地。而不管是前向或后向跌倒还是侧向跌倒，跌倒后只有肘关节、膝关节、手脚触地。六种类型的跌倒如图2-1所示。
第2章老人跌倒模型....................................10
2.1跌倒原因..................................10
2.2跌倒过程分析..................................10
2.3典型日常动作分析..................................12
2.4跌倒建模..................................13
第3章跌倒检测的算法以及..................................16
3.1典型的跌倒算法..................................16
3.2算法设计思想..................................18
3.3特征值的选择与提取..................................20
3.4分类器设计与决策..................................25
3.5算法设计..................................26
第4章跌倒检测实验系统..................................32
4.1跌倒检测实验系统..................................32
4.2传感器节点..................................33
第6章总结与展望
6.1本文总结
在全球社会老龄化的大背景下，老年人的健康医疗与监护无疑是一个非常有研究价值的领域。本问题的研究对象是老年人跌倒检测问题。随着年龄的增大，人的生理机能逐渐退化，一方面导致老年人容易跌倒，另一方面，跌倒后若没有及时的救助会对老人的身体带来重大危害，不仅如此，老人在路上跌倒后长时间躺卧在地的屡见不鲜，空巢老人的生活更是无助，跌倒会使老人生活自理的信心下降，产生害怕跌倒的心理恐惧，因此跌倒在损害老人的身体健康的同时，直接影响到老人的生活质量。针对这一问题，本文选择跌倒检测作为研究内容，重点就如何将跌倒行为从日常行为中其它行为中区别分开，即跌倒检测算法研究。在分析以往研究方法的基础上，根据跌倒行为的特点，提出了基于统计模式识别的跌到检测算法。跌倒检测算法的研究思路总结如下：分析人体跌倒的特点，特别是与其它行为不同之处；选择能较好反映人体位姿变化的加速度值作为分析的数据对象；通过三轴加速度传感器获取人体加速度变化值，把人体躯干看成刚体进行三维建模；提取和选择特征值并组成特征向量；通过实验建立特征向量库；应用时通过加速度峰值判断获取可疑加速度信号段，计算特征向量，通过模式匹配的方式判断跌倒是否发生。本文在研究过程中做的主要工作有以下几点
(1)査阅中外文献，总结跌倒方面的研究内容和方法，构思了跌倒监护系统框架，确立了基于统计模式识别的跌倒检测算法。
(2)建立跌倒模型，对跌倒行为的发生过程做了分析和比较，选择衡量跌倒行为的特征参量，提出了参量优化方法，介绍了算法的详细流程。
(3)搭建和调试用跌倒试验的硬件平台，通过无线传感器节点获取关于人体的加速度值，完成基站节与PC机的数据通信。
(4)编写上位机软件。软件基于VC++6.0的开发平台编写，通过串口通信获取传感器节点采集的数据，使用双缓存技术实现无闪烁绘图，完成信号段的截取、分析和保存工作，计算特征值，完成模式匹配过程。
