基于Android的老人摔倒检测报警系统

黄俊+++王海容+++毛佩+++张倩+++毛晓+++唐鹤云

摘 要：针对老年人摔倒碰瓷事件引发的一系列社会问题，项目开发一种基于Android的老人摔倒检测报警系统，报警系统利用智能手机内置的三维加速度传感器检测摔倒数据，在老人摔倒后，App会在第一时间自动将GPS检测到的具体地理位置通过短信方式发送给其亲属或医疗机构，及时挽救其生命。

关键词：Android；摔倒检测；GPS；短信

当前计算机技术及通信技术的发展，通过便携式电子装置对人体摔倒进行检测成为可能。目前，国外已有关于老年人远程摔倒监测系统，如：A.Blake borough设计的基于房间内地板振动检测的摔倒检测器、A.Six smith等研制的基于红外信号和图像信息的检测器。但是由于成本、便携性及应用范围的局限性等影响，使其应用推广受到限制。另外，现有的老人摔倒报警器，使用的多是硬件，需要附加的设备，携带极不方便；另外现有的报警器造价较为昂贵，很难实现普及的问题，使广大的老年人群体受益。而国内尚无关于摔倒远程监测的产品，关于摔倒监测算法和系统设计的研究较多[1-2]。随着智能手机的普及，手机报警器在日常生活中应用越来越广泛[3]，智能手机内置的三维加速度传感器以及GPS定位系统精确度日益提高，技术也不断成熟。

项目设计并开发一种基于Android的老人摔倒检测报警系统，报警器结合Java语言和Android语言共同进行编程，最终实现老人摔倒后无人察觉即自动发送地理位置短信通知亲属或医疗机构，以便及时救治，挽救老人生命。同时满足现有的智能手机普及的趋势，符合社会发展的现状。

1 总体设计

系统借助Android开发平台Eclipse（一个开放源代码的、基于Android的可扩展开发平台），使用Java和Android语言对App软件进行程序编程，实现调用智能手机内置的三维加速度传感器检测人体的三维加速度数值[4-5]，利用智能手机的GPS定位系统检测经纬度，然后转换成人体摔倒后的具体地理位置；继而调用智能手机SMS相关函数，在适当时机进行短信发送过程。

1.1 界面设计

借助Eclipse开发平台，对界面进行设置，实现主要功能。

打开手机软件App的同时，手机启动内置三维加速度传感器自动开始检测人体加速度变化，进入“功能-设置”界面（图1所示）。选择“设置”，APP将跳转至用户信息设置界面；用户可设置性别、年龄、体重、绑定电话、以及选择是否患有运动障碍症（图2所示）。

APP将绑定电话作为发送短信默认电话，当APP报警发送短信时将直接发送到该电话。

1.2 功能设计

（1）利用智能手机三维加速度传感器和GPS工作原理及App编程环境的搭建方法。

（2）进行Java编程语言的原理与方法（包括USB采集）。

（3）利用Eclipse开发平台进行程序编程：

a.实现如何调用三维加速传感器[3]——判断人体是否摔倒。

b.啟动GPS定位系统——实现检测当前位置。

c.调用SMS短信发送模块——实现通知亲属。

（4）利用百度地图，调用当前位置与固定地点实现位置具体化。

2 主要功能函数及特点

2.1 GPS定位函数

GPS（Gobal Positional System）全球定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统，它可以为地球表面的绝大部分地区（98%）提供准备的定位、测速和高精度的时间标准。

LocationManager locationManager；

Stringcontext = Context.LOCATION_SERVICE；

locationManager= （LocationManager）getSystemService（context）；

2.2 加速度传感器

使用加速度传感器步骤：

（1）获取SensorManager。

（2）使用SensorManager获取加速度传感器。

（3）创建自定义的传感器监听函数，并注册。

（4）相对应的，在合适位置实现注销监听器的调用。

加速度传感器又叫G-sensor，返回x、y、z三轴的加速度数值。该数值包含地心引力的影响，单位是m/s^2。将手机平放在桌面上，x轴默认为0，y轴默认0，z轴默认9.81。将手机朝下放在桌面上，z轴为-9.81。将手机向左倾斜，x轴为正值。将手机向右倾斜，x轴为负值。将手机向上倾斜，y轴为负值。将手机向下倾斜，y轴为正值。

2.3 短信发送内置Intent函数

Intent对象-发送短信动作：使用ACTION_VIEW动作启动Android设备上安装SMS客户端。以下是简单的语法来创建一个Intent来使用ACTION_VIEW动作。Intent对象-数据/发送短信类型：要发送的短信需要使用SetData（）方法指定smsto：作为URI和数据类型使用setType（）方法。Intent对象-附加发送短信：Android内置支持添加电话号码和短信发送短信。

3 系统设计流程

打开手机软件App的同时，手机启动内置三维加速度传感器自动开始检测人体加速度变化，在人体摔倒瞬间，加速度变化峰值超过阈值后，三维加速度传感器检测到数据急剧变化，手机震动提醒，迫使程序进入报警状态；此时，手机自动利用GPS定位系统检测到摔倒当前位置，并且App将弹出选择对话框“是否发送短信”：

（1）若手机持有者选择“否”，则App不实现发送短信并返回上一步App界面，继续检测加速度变化数据。

（2）若选择“是”，则App会将GPS定位系统检测的摔倒具体位置的信息发送给其亲属或医疗机构，以便他人能够及时察觉并对患者进行救治。

（3）如果老人出现昏迷等情况发生无人响应[4]，这时，项目在App选择对话框内设10s反应时间（10s为初步设定时间，后续随实验跟进可适度改动），10s之后，若老人无选择动作，App将默认发送检测到的地理位置的短信。

（4）若手机无意掉落地上，而老人并没有摔倒，项目预估老人在10s反应时间内选择“否”，则相应取消发送短信，如此可减小系统的使用误差。

4 创新特色叙述

（1）现有的老人摔倒报警器，使用的多是硬件，需要附加的设备，携带极不方便；另外现有的报警器造价较为昂贵，很难实现普及，不方便大多数的老年人使用。本项目所设计的系统，携带方便，售价低廉，适合全部的老年群体，便于检测老年人出行安危。

（2）软件通过手机发送位置短信，可实现老人摔倒后第一时间及时通知医疗机构或者其亲属，及时挽救老人生命[6]。

该系统通过借助Android开发平台Eclipse进行语言编程，实现调用智能手机内置的三维加速度传感器，检测人体的三维加速度数值。若人体摔倒，则数值将发生急剧变化，利用数值变化的时机设定触发，从而进行下一项程序的编程；利用智能手机的GPS定位系统检测地理位置，该系统属于后台自动运行程序，报警器只需在合适的时机调用该系统，就能检测到人体摔倒后的具体地理位置；报警器就会进一步调用智能手机SMS相关函数，在适当时机进行短信发送过程。

参考文献

[1]赵祥欣.基于三维加速度传感器的跌倒监测研究[D].浙江大学生仪学院，2008.

[2]张爱华，王璐.基于三维加速度传感器设计的跌倒检测[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（48）：9029-9032.

[3]元器件交易网.2015年智能手機趋势分析[EB/OL].http：//tech.hexun.com/2014-12-02/171004037.html.2014-12-02.

[4]薛洋.基于单个加速度传感器的人体运动模式识别[D].广州：华南理工大学，2011.

[5]张爱华，王璐.基于三维加速度传感器设计的跌倒检测[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（48）：9029-9032.

[6]刘丽华.与老年人摔倒相关的临床因素[J].国外医学·老年医学分册，1994，15（3）：141.

作者简介：黄俊，男，江苏省常州市人，徐州医科大学生物医学工程专业，本科生。

*通讯作者：唐鹤云。