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防老年人摔伤智能可穿戴装置研究

潘峰  
【摘要】:我国人口老龄化日趋严重,同时它又与中华民族延续几千年的家庭养老传统、中国大陆改革开放后实行40年的独生子女政策交织在一起,给我国社会造成了巨大压力。研究、开发保障老年人健康的专用设备,是缓解上述压力的重要努力方向之一。跌倒摔伤是老年人健康大敌,本文旨在研制防老年人跌倒摔伤设备,具有重要实用价值。本文综述了课题相关技术国内外研究现状,进行了方案设计、危险预警算法研究、硬件设计、软件设计、关键实验。本文的主要研究内容与取得成果如下:(1)老年人防摔伤装置总体方案设计。该装置主要由主控芯片、电源芯片、运动传感器、安全气囊组件和蓝牙串口模块等五部分组成,选用LabVIEW、MATLAB构建软件开发平台。(2)老年人防摔伤装置硬件设计。根据方案设计,进行了硬件具体设计,包括传感器、嵌入式计算机芯片、电源芯片、蓝牙串口模块等具体选型与系统设计。(3)数据采集与预处理软件实现。针对所设计的硬件进行了数据采集软件程序编制,实现了人体姿态相关数据的自动采集与滤波等预处理。(4)危险预警算法研究与软件实现。从采集及预处理后的数据中提取出了表征人体姿态特点的特征,建立了人体姿态数据集。选用支持向量机(SVM)与随机森林(Random Forest)算法分别建立跌倒姿态检测模型,并对两种模型进行了对比分析与效果评估。最终选用基于支持向量机的跌倒检测模型。该模型实时性更好。(5)关键实验。采用科学的实验设计方法设计实验,对基于支持向量机的跌倒检测模型的防摔伤可穿戴装置进行验证。实验结果表明,所设计的检测模型与防摔伤装置能够较好的对人体跌倒姿态进行实时判别、预警,误报率为8.3%,漏报率为15%


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