“扶一扶”老人户外安全服务平台

“扶一扶”老人户外安全服务平台适用于户外老人晕厥、摔倒后的救助，以及对于阿尔茨海默症老人走失后的寻找。

该服务平台主要服务在户外活动时晕厥、摔倒的老人，以及走失的阿尔茨海默症老人。

该服务平台基于GPS、加速度传感器判断老人户外晕厥、摔倒，可发送含经纬度以及事件类型的警报，加速度传感器灵敏度可调整。同时，该服务平台整合了基于GPS距离计算，判断老人走失，发送含经纬度的警报功能。

创新点：

基于GPS、加速度传感器的老人户外晕厥、摔倒警报和经纬度发送功能，加速度传感器灵敏度可以调整。

整合基于GPS的距离计算的走失警报和经纬度发送功能。

目前的研究成果：

已实现的功能：

基于加速度传感器的摔倒警报服务

基于GPS的位移检测的晕厥警报服务

基于GPS距离计算的走失警报服务

基于相关程序模块的无需操作的短信警报功能

基于数据存储的根据客户需求的自定义功能

基于App的安装简便、价格适宜的系统

本项目产品可免费提供给所有老人。它综合了多种老人安全状况判断的思路方法，具有经纬度发送的功能，可自动完成呼叫专业救助人员，精确报告出事地点的任务。

主要参考文献：

崔英辉、詹林《基于三轴加速度传感器的老人摔倒检测》 《现代电子技术》- ISTIC -2013年3期

石婷、贺志楠、姜宁、王秀梅《基于Android平台的老人摔倒检测系统设计》 《电子科技》-2014年9期

关键词：无需操作、经纬报告、晕厥警报、摔倒警报、走失警报

一、背景与意义

在上海电信体验馆的参观活动给我留下了深刻的印象，我从中获得了不少感触。时至今日，我们身边的电子设备正在变得越来越先进，越来越融入我们的日常家居之中。比如：

图2 有显示器功能的卫生间

图3 具备多样功能的智能茶几

近年来，我国的人口老龄化趋势日益严重。2015年2月26日，国家统计局发布2014年国民经济和社会发展统计公报。公报数据显示，2014年年末我国65周岁及以上人口数为13755万人，占比10。1%，首次突破10%，再加上我国未富先老的国情和家庭小型化的结构叠加在一起，中低收入家庭的养老看护资源问题异常严峻。

受馆藏展品中的“健康小屋”健康管理系统的启发，我研究开发了基于Android系统的“扶一扶”老人户外安全服务平台App，与“健康小屋”一样拥有手机客户端，使用方便，无需额外布线或是安装额外的设备，不会给老人带来生活上的麻烦或是操作上的困难；同时，该App在“健康小屋”的个人健康状况分析、就医指导、预约挂号、肿瘤筛查、健康讲座、远程视频问诊等强大而全面的自主管理功能之外，加强了此类居家养老类系统的零操作、自动化检测与警报发送功能，提高了人力资源的使用效率；它本身无需成本，配套设备价格亲民，是对“健康小屋”系统的补充与延伸。

二、问题与分析

根据在“万方数据平台”等专业数据平台的查询结果，目前关于老人摔倒、晕厥、走失的研究工作类型，有以下比较典型的几种：

通过手机的加速度传感器判断老人摔倒， GPS传感器寻找最近医院位置，

例如《基于Android平台的老人摔倒检测系统设计》（石婷、贺志楠、姜宁、王秀梅-《电子科技》-2014年9期）。

通过穿戴式设备的传感器的加速度传感器判断老人摔倒，GPS跟踪老人位置。例如《基于移动通信的老人摔倒定位报警腰带系统的研制》（丁杰、史建凯、李成-《科技广场》-2015年3期）。

通过室内监测设备判断老人摔倒，例如《基于双目标定的独居老人摔倒检测算法》（程添、杨思思、冯蓉、周泓-《传感器与微系统》- PKU -2014年10期）。

查询结果中没有对于通过GPS监测老人非正常滞留时间，判断老人晕厥的方法的研究，也没有将摔倒警报与走失警报进行整合的产品，通过GPS监测老人滞留时间，判断老人晕厥的方法对于在室外活动的老人，具有良好的精确度，可达3米。在排除“安全地点”后，晕厥判定时间缩减至10分钟，且带有撤销功能，也是一种可行可靠的老人户外安全监测手段。通过GPS判断老人晕厥的方法，整合上加速度传感器监测摔倒，基于GPS的防走失等功能后，老人户外安全服务将更加可靠。

三、设计方案与程序界面

我设计的“扶一扶”老人户外安全服务平台，是基于Android操作系统的一款手机App，通过加速度传感器，GPS定位器等判断老人的安全状况，进行自动化、无需操作、可撤回的警报与呼救，在制作后期计划与腕带联动起来，还可通过添加其他服务项目（如语音短信）发展成为一个完整的服务中枢。同时它操作简单，拥有开机自启动，驻留内存的功能。该App由“数据采集、信息处理、警报发送”三个部分组成。

“扶一扶”老人户外安全服务平台App的开发过程分为五个阶段：初步实现，GPS位移检测，GPS防走失，穿戴设备联动，搭建服务中枢。可以有效应对例如中风、中暑、抽筋、绊倒等病症或情况导致的无法移动或求救的情况，并可以防止老人走失，帮助寻找老人。

第一阶段，在手机上实现基于加速度传感器的老人摔倒时无需操作的警报。手机作为警报器的主体，主要承担信息处理以及与警报发送的任务，在第一、二、三阶段也兼负数据采集的任务。

第二阶段，在手机上实现基于GPS的老人户外昏迷时无需操作的警报。老年人如果是缓慢倒下，或者昏迷时已是坐姿或卧姿，且不是由急性疾病导致，不会立即危及生命，就需要在一定时间内有人来救助，不然大部分老人难以自行起来，可能发展为植物人或危及生命。由于加速度感应器在这种情况下难以起效，所以就需要GPS定位器参与检测。

第三阶段，在手机上实现基于GPS的老人走失时的经纬度发送，协助寻找功能。部分患有阿尔茨海默症的老人可能出现独自走失的情况，很容易引发危险，所以需要GPS对其活动范围进行检测。

图7 第一、二、三阶段流程示意图

第四阶段，基于穿戴式设备的数据采集优化，例如智能腕带实现。智能腕带作为新兴的多功能穿戴式终端，可提高数据采集的精确性。并且智能腕带拥有丰富的传感器，便于用户更加个性化地设置“GPS位移检测功能”，例如“Amiigo”智能腕带内置传感器和红外线感应器，能检测到体温、心跳、血液含氧量等生理数据。另外，虽然部分智能腕带拥有打电话、发短信的功能，但价格剧增，与其他智能腕带的价格差在500~1200元不等，价格约是其他智能腕带的5至12倍，会导致警报器失去一定的市场竞争能力，所以信息处理和警报发送部分仍保留在手机上。

第五阶段，基于语音短信和短信一键发送功能的综合服务平台搭建，利用该App的通讯功能，将其作为平台，搭建一个完整的养老服务中枢客户端。

四、核心算法

目前，前三个阶段已经基本研发完成，实物如右图所示。

由于是测试阶段，各传感器的灵敏度较高，倒计时较短。部分代码块内仍含有“测试”类命令，不会干扰该App的任何功能。

计时器不含倒计时功能，故此处及之后都使用变量作为倒计时的载体，当计时器时间变化时，倒计时的变量值减少1。变量值小于等于0即视为倒计时结束。

以下是核心部分的介绍。

（一）所用到以及将来可能用到的变量：

变量“短信类别”、“短信发送”分别可以控制短信的内容类型与短信发送的次数，当前版本暂不使用，将在“服务中枢”阶段启用。

（二）摔倒检测、警报功能：

由于检测不可能保证一直正确，所以添加了警报音与震动，防止误报。

程序待机时，当加速度传感器受到较大加速度(约6。79g加碱2。36g)触发时，摔倒计时器开始倒计时20秒，并播放警报音，倒计时至0时，向指定号码发送短信，内容”老人摔倒，现处于(纬度，经度)”发送后将倒计时重置至10分钟，进行循环发送，直至被手动撤销。撤销后重置并停止摔倒计时器并恢复正常待机状态。

加速度传感器灵敏度可根据老人日常动作幅度酌情调整，BMA250博世3D手机加速度传感器，精度为6bit，量程有 ±2g 、±4g 、±8g、±16g可调节。经过实测，人摔倒碰触各种地板时的加速度约为6。79 ±2。36g，完全符合相关设备的测量范围。测试报告如下图：

（三）晕厥警报功能：

“位移检测开关”通过启用或禁用相关的计时器来开启或关闭此项功能。

此倒计时无需触发，一直运行。

当位置坐标改变时，对倒计时进行重置。

晕厥计时器一直计时，倒计时时间10分钟，每当GPS传感器检测到位置发生变化，则重置晕厥计时器。当老人处于室内，即经纬度坐标(0，0)时， 或是安全点半径范围内时。计时器暂停。当老人长时间处于一地点，倒计时至最后20秒时，开始播放警报音。倒计时至0时，向指定号码发送短信，内容”老人晕厥，现处于(纬度，经度)“。发送后将倒计时重置至10分钟，进行循环发送，直至被手动撤销。撤销后重置晕厥计时器。

（四）防走失检测、经纬度发送功能：

用户界面的“家的位置（自动获取）”和“活动范围”设置完毕之后会自动存储，并一直存储直至下次修改。

每当GPS传感器检测到位置发生变化且新坐标不为（0，0）时，计算当前位置与所设置的安全点以及家的位置的经纬度坐标点的距离，经纬度与米的换算采用以下公式：

1°纬度=111千米=111000米

1°经度=cos（α）×111千米

（α为家的纬度）

当任一距离大于设定的安全半径时，经纬发送间隔计时器开始计时，计时间隔为1分钟。

每当计时器计时，向指定号码发送短信，内容”老人走失，东经：（经度） ，北纬：（纬度）”。撤销后经纬发送间隔计时器停止计时，并暂时关闭此项功能。当任一距离小于设定的安全半径时，开启此项功能。

“防走失检测开关”通过自身的选中状态决定，每次位置改变时是否发送开启“经纬发送间隔”计时器的命令，从而开启或关闭此项功能。

撤销后经纬发送间隔计时器停止计时并暂时关闭此项功能。当任一距离小于设定的安全半径时，开启此项功能。

由于每分钟都可以得知老人的具体位置，只要看护员的手机下载有GPS定位功能的地图，复制粘贴短消息中的经纬度到地图即可，此项功能将给寻找走失老人带来巨大便利。

五、实验检测

根据实验检测结果，老人户外安全服务平台现有的晕厥警报、摔倒警报、走失警报三种服务功能都得到了验证，可以良好运转，误差都在允许范围内，可以应用。

六、讨论总结

（一）总结：

本项目产品将可免费提供给所有老人.它综合了多种老人安全状况判断的思路方法，具有经纬度发送的功能，可自动完成呼叫专业救助人员，精确报告出事地点的任务。

（二）尚未解决的问题：

当前版本只针对较为正常的老人，对于部分患较严重的阿尔茨海默症的老人，可能不配备手机的情况，在第四阶段智能腕带启用后可加入进来。

该App仅用于警报和一般服务，是对于居家养老系统的安全监控部分的完善，做到在无缝衔接的同时减少人力投入。但对于某些急性疾病导致的摔倒、晕厥所引起急性、恶性后果，该App没有预防或救治功能。

七、参考文献：

[1] 崔英辉、詹林 基于三轴加速度传感器的老人摔倒检测 《现代电子技术》- ISTIC -2013年3期

[2] 程添、杨思思、冯蓉、周泓 基于双目标定的独居老人摔倒检测算法《传感器与微系统》-PKU -2014年10期

[3] 仲小英 基于MSP430F149单片机的腕带式摔倒检测系统的设计 《价值工程》-ISTIC -2014年36期

[4] 石婷、贺志楠、姜宁、王秀梅 基于Android平台的老人摔倒检测系统设计 《电子科技》-2014年9期

[5] 丁杰、史建凯、李成 基于移动通信的老人摔倒定位报警腰带系统的研制 《科技广场》 -2015年3期

[6] 禹明娟 基于视频的室内老人摔倒检测研究 计算机软件与理论 杭州电子科技大学 2016（学位年度）

[7] 崔英辉 基于物联网老人监护跟踪终端的设计 计算机应用技术 安徽理工大学 2013（学位年度）

[8] 余俊杰 老人摔倒，扶还是不扶——一个理性思考的视角 《江西青年职业学院学报》-2014年4期

[9] 国家统计局 2014年国民经济和社会发展统计公报 2015年2月

[10]八旬导弹专家病死家中多日才被发现 北京青年报-2009

致谢

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