本發(fā)明涉及定位和跌倒檢測技術(shù)，更具體地，涉及一種智能終端以及用其進(jìn)行人體位置識別和跌倒檢測的方法。

背景技術(shù)：

近年來，在室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行人體位置定位的技術(shù)和家庭安防系統(tǒng)越來越流行。目前市場上現(xiàn)有的人體識別和定位大多通過攝像頭技術(shù)來捕獲圖像和視頻，這種方案精度不高導(dǎo)致識別效果不好，計算復(fù)雜度高，而且私密性也是一個很大的問題；或者通過無源的多組紅外傳感器來實現(xiàn)，需要人體佩戴多個傳感器，這種方案技術(shù)復(fù)雜，應(yīng)用和部署的成本高。

同時，全球老齡化問題日益凸顯，老年人在身體平衡與協(xié)調(diào)機(jī)能方面都有退化，所以經(jīng)常會有老年人在家里跌倒，跌倒以后老年人無法自行站立，往往會出現(xiàn)昏迷受傷的情況，甚至是致命的。跌倒會嚴(yán)重的影響老年人的身體健康和獨立生活能力，并且對老年人的心理也會造成壓力和恐懼。每年老年人由于跌倒而導(dǎo)致的問題越來越嚴(yán)重，社會對于老年人跌倒檢測的需求也變得越來越迫切。

為了能夠發(fā)現(xiàn)跌倒情況，及時對老年人提供幫助和救助，在跌倒檢測與防護(hù)方面已經(jīng)存在一些產(chǎn)品。在現(xiàn)有技術(shù)中，對人體跌倒檢測的產(chǎn)品，大多數(shù)是需要人體佩戴傳感器，采用加速度計傳感器來采集人體的某個部位的運動姿態(tài)信息，通過單片機(jī)等微控制器采用運動姿態(tài)信息的算法分析來判斷老年人是否跌倒。佩戴傳感器，會增加用戶的成本；長時間佩戴傳感器，會影響舒適程度，同時在某些場合下，比如洗澡，要求佩戴傳感器是不可行的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述背景技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種智能終端以及用其進(jìn)行人體位置識別和跌倒檢測的方法，使得人體不需要佩戴任何的傳感器，其通過身體反射電磁波，進(jìn)行信號的處理和分析，得出人體的位置變化，進(jìn)而判斷是否跌倒。

本發(fā)明提供一種智能終端，其利用電磁波進(jìn)行人體位置識別，其特征在于，所述智能終端包括發(fā)送模塊，接收模塊，F(xiàn)MCW(Frequency Modulation Continuous Wave，調(diào)頻連續(xù)波)模塊，信號處理模塊和位置定位模塊，其中，

所述發(fā)送模塊用于發(fā)送電磁波；

所述接收模塊用于接收反射電磁波，并將所述反射電磁波送到所述信號處理模塊與所述FMCW模塊；

所述FMCW模塊用于計算電磁波的傳輸時間，并將該傳輸時間傳遞給所述位置定位模塊；

所述信號處理模塊用于對所述反射電磁波進(jìn)行處理，生成處理結(jié)果，并將所述處理結(jié)果傳給所述位置定位模塊；

所述位置定位模塊用于進(jìn)行人體位置的識別，生成定位信息。

具體地，所述發(fā)送模塊包括一個發(fā)送單元，所述接收模塊包括兩個或三個接收單元，用于接收反射電磁波。

進(jìn)一步地，所述智能終端還包括跌倒檢測模塊，其接收所述位置定位模塊的定位信息，進(jìn)行跌倒檢測，生成跌倒檢測信息。

更進(jìn)一步地，所述智能終端還包括管理接口API CGI(Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口；Common Gateway Interface通用網(wǎng)關(guān)接口)模塊和通知模塊，所述管理接口API CGI模塊與互聯(lián)網(wǎng)相連，用于進(jìn)行本地或者遠(yuǎn)程管理所述智能終端；所述通知模塊中設(shè)置有聯(lián)系人，通過所述管理接口API CGI模塊將所述位置定位模塊的定位信息和/或所述跌倒檢測模塊的跌倒檢測信息發(fā)送給所述聯(lián)系人。

本發(fā)明提供一種使用上述智能終端進(jìn)行人體位置識別的方法，所述方法包括以下步驟：

所述發(fā)送模塊發(fā)送電磁波，所述電磁波到達(dá)人體，經(jīng)人體反射；

所述接收模塊接收反射電磁波，并將所述反射電磁波送到所述信號處理模塊；

所述FMCW模塊計算電磁波的傳輸時間，并將該傳輸時間傳遞給所述位置定位模塊；

所述信號處理模塊對所述反射電磁波進(jìn)行信號處理，生成處理結(jié)果，并將所述處理結(jié)果傳給所述位置定位模塊；

所述位置定位模塊進(jìn)行人體位置的識別，生成定位信息。

具體地，所述信號處理模塊進(jìn)行背景噪音處理，包括去除噪音和過濾電磁波。

更具體地，所述信號處理模塊根據(jù)構(gòu)建的橢圓模型得到人體的二維空間坐標(biāo)(x,y)；優(yōu)選地，所述信號處理模塊根據(jù)構(gòu)建的橢球模型得到人體的三維空間坐標(biāo)(x,y,z)。

本發(fā)明提供一種使用上述智能終端進(jìn)行人體位置識別和跌倒檢測的方法，該方法包括以下步驟：

所述發(fā)送模塊發(fā)送電磁波，所述電磁波到達(dá)人體，經(jīng)人體反射；

所述接收模塊接收反射電磁波，并將所述反射電磁波送到所述信號處理模塊；

所述FMCW模塊計算電磁波的傳輸時間，并將該傳輸時間傳遞給所述位置定位模塊；

所述信號處理模塊對所述反射電磁波進(jìn)行信號處理，生成處理結(jié)果，并將所述處理結(jié)果傳給所述位置定位模塊；

所述位置定位模塊進(jìn)行人體位置的識別，生成人體的三維空間坐標(biāo)(x,y,z)。

所述跌倒檢測模塊接收所述位置定位模塊的三維空間坐標(biāo)(x,y,z)，進(jìn)行跌倒檢測，生成跌倒檢測信息。

具體地，所述跌倒檢測模塊利用所述三維空間坐標(biāo)，通過對z軸模型的構(gòu)建來判斷人體是否跌倒。

更進(jìn)一步地，上述方法包括以下步驟：

通過所述管理接口API CGI模塊將所述位置定位模塊的定位信息和/或所述跌倒檢測模塊的跌倒檢測信息發(fā)送給所述聯(lián)系人。

本發(fā)明通過身體反射電磁波，進(jìn)行人體位置識別和跌倒檢測，人體不需要佩戴任何的傳感器，其通過身體反射電磁波，進(jìn)行信號的處理和分析，得出人體的位置變化，進(jìn)而判斷是否跌倒。本發(fā)明可用于家庭安全。具體而言，因為它可以通過人體反射無線電進(jìn)行人體位置的識別，所以它可以知道是否有入侵者進(jìn)入家庭，其可以和安全系統(tǒng)一起集成，自動發(fā)送警報信息。此外，在醫(yī)療保健行業(yè)，系統(tǒng)可以跟蹤病人的情況。例如，病人在他們的房間和浴室跌倒，探測他們何時跌倒是非常重要的。再者，該發(fā)明的人體跌倒檢測的技術(shù)，可以用于家庭健康領(lǐng)域，針對老年人容易跌倒的社會問題，采用無任何穿戴設(shè)備的跌倒檢測技術(shù)，對老年人跌倒進(jìn)行自動呼救提供幫助。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的智能終端的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的FMCW模塊的工作原理示意圖。

圖3是本發(fā)明的人體位置的二維空間坐標(biāo)示意圖。

圖4是本發(fā)明的人體位置的三維空間坐標(biāo)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明所述的智能終端，包含F(xiàn)MCW模塊101、發(fā)送模塊102，接收模塊103、信號處理模塊104，位置定位模塊105，跌倒檢測模塊106，管理接口API CGI模塊110和通知模塊107。

所述發(fā)送模塊102發(fā)送電磁波，所述電磁波到達(dá)人體，經(jīng)人體反射。所述接收模塊103接收反射電磁波，并將所述反射電磁波送到所述信號處理模塊104。所述FMCW模塊101計算電磁波的傳輸時間，并將該傳輸時間傳遞給所述位置定位模塊105。所述信號處理模塊104對所述反射電磁波進(jìn)行信號處理，生成處理結(jié)果，并將所述處理結(jié)果傳給所述位置定位模塊105。所述位置定位模塊105進(jìn)行人體位置的識別，生成定位信息。

進(jìn)一步地，所述跌倒檢測模塊106接收所述位置定位模塊105的定位信息，進(jìn)行跌倒檢測，生成跌倒檢測信息。

更進(jìn)一步地，所述通知模塊107通過所述管理接口API CGI模塊110將所述位置定位模塊105的定位信息和/或所述跌倒檢測模塊106的跌倒檢測信息發(fā)送給所述聯(lián)系人。

具體地，發(fā)送模塊102進(jìn)行電磁波的發(fā)送，接收模塊103進(jìn)行電磁波的接收，其中發(fā)送模塊102與接收模塊103可分別包括發(fā)送單元和接收單元。

如圖2所示，F(xiàn)MCW模塊101通過調(diào)頻連續(xù)波FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)的技術(shù)，利用發(fā)送電磁波和接收電磁波的頻率差別，得到電磁波的傳送時間ToF(Time of Flight)。

信號處理模塊104進(jìn)行信號的背景噪音的處理，包括去除靜態(tài)物體反射信號。電磁波在發(fā)送和接收的過程中，不僅遇到人體會產(chǎn)生反射，而且遇到靜態(tài)物體也會產(chǎn)生反射，比如墻，桌子，沙發(fā)，家具等。由于電磁波在發(fā)送和接收的過程中，靜態(tài)物體的反射信號，相對人體的反射信號，會強(qiáng)很多，所以我們必須將靜態(tài)物體的反射清除掉，才能得到人體的反射信號。由于靜態(tài)物體的位置不會隨著時間的變化而變化，所以靜態(tài)物體反射對信號的頻率位移相對于時間變量是一個不變的值。在本發(fā)明的信號處理模塊104中，通過對相鄰掃描周期里的信號進(jìn)行傅立葉變換，從而刪除靜態(tài)物體引入的反射信號。

清除對于靜態(tài)物體的反射，還可以使用兩個射頻發(fā)射機(jī)，分別發(fā)射兩組同樣頻率但是波形相反的電磁波出去，電磁波碰到障礙物會反射折射衰減，最后碰到運動的人體時會反射回接收模塊103。由于靜態(tài)的墻體和障礙物對電磁波反射衰減的特性是一樣的，所以兩個電磁波的反射信號可以相互抵消，只留下碰到運動人體后的反射部分，這樣就可以分辨出運動的物體，提高監(jiān)測分辨率。

此外，在實際情況中，有的電磁波經(jīng)過人體反射直接到達(dá)接收模塊103，有的電磁波經(jīng)過人體反射，還會再次被環(huán)境中的其他物體反射，我們將此信號稱為動態(tài)物體反射信號。該動態(tài)物體反射信號相比于通過人體反射直接到達(dá)接收裝置2的信號經(jīng)歷的路徑最長，頻率位移最大，而通過人體反射直接到達(dá)接收裝置2的信號經(jīng)歷的路徑最短，頻率位移是最小。通過多次上述靜態(tài)物體反射的處理后，可以記錄剩下的最強(qiáng)反射信號的最下面的邊緣，從而得到經(jīng)過最短路徑的反射，達(dá)到了刪除動態(tài)物體引入的反射信號的目的。

為了提高識別的精度，信號處理模塊104還需要做如下的處理：

去除噪音：在實際的人體運行中，速度一般在2m/s，所以在很短的時間里，移動的距離也是非常短的。如果遇到在短時間內(nèi)，距離出現(xiàn)很大幅度的變化，是不合理的，應(yīng)該屬于噪音，需要去掉這些噪音的影響。

過濾：人體的運行是連續(xù)的，所以經(jīng)過人體反射以后的信號到達(dá)接收模塊103，計算得到的距離變化也應(yīng)該是隨時間平穩(wěn)變化的。

然后將經(jīng)過信號處理模塊104處理過的信號傳入位置定位模塊105，通過FMCW模塊101，可以得到電磁波經(jīng)過的距離d，如公式(1)所示：

d＝d1+d2 (1)，

其中，d1為發(fā)送單元到人體的距離，d2為人體到接收單元的距離。

如圖3所示，在二維空間里，根據(jù)橢圓的定義，人體的軌跡相當(dāng)于在以發(fā)送單元和接收單元天線為焦點，到焦點距離之和為d的橢圓形邊界上。如果我們使用一個發(fā)送單元和兩個接收單元，將會得到2個橢圓形的軌跡。第一個橢圓形的軌跡是以發(fā)送單元和第一個接收單元為焦點，距離為d的橢圓形；第二個橢圓形的軌跡以發(fā)送單元和第二個接收單元為焦點，距離為d的橢圓形。由于人體的軌跡需要同時滿足上面的2個橢圓形軌跡的要求，所以它們相交的點將可能是人體的位置。

如圖3所示，2個橢圓形軌跡將會有2個相交的點，p1和p2。由于我們使用的發(fā)送單元和接收單元是有方向的，所以只會在其中的一個方向上是合理的，從而定位到具體的相交點，假設(shè)為p1。P1點的位置，包含x和y軸的相應(yīng)信息，從而得到了人體的二維空間坐標(biāo)(x,y)。

如圖4所示，優(yōu)選地，人體的軌跡相當(dāng)于以發(fā)送單元和接收單元為焦點，到焦點距離之和為d的橢球體。此時如果使用一個發(fā)送單元和兩個接收單元，將會得到2個橢球交匯的地方，結(jié)果是一條弧，無法定位人體的具體軌跡。因此，我們使用一個發(fā)送單元和三個接收單元，3個橢球交匯，將會得到一個點，從而得到人體的三維空間坐標(biāo)(x,y,z)。

電磁波的速度是光速C。電磁波到達(dá)人體，經(jīng)過反射后，到達(dá)接收裝置2，利用公式：距離＝速度C×?xí)r間，可以得到電磁波經(jīng)過的距離d，其中，F(xiàn)MCW模塊101根據(jù)發(fā)送信號和接收信號的頻率的差別，可以得到來回的往返時間ToF(Time of Flight)。通過時間ToF，進(jìn)而得到電磁波經(jīng)過的距離d。

在三維坐標(biāo)里，假設(shè)人體的反射點位置為(x，y，z)，發(fā)送單元的位置為(xs，ys，zs)，接收單元的位置為(xr，yr，zr)。

發(fā)射信號到達(dá)反射點，經(jīng)過反射點反射后到達(dá)接收點，電磁波經(jīng)過的距離d如公式(2)所示：

如圖2所示，在本發(fā)明中，使用FMCW方式來得到時間ToF。FMCW通過發(fā)送模塊102向外發(fā)送一列線性調(diào)頻連續(xù)波，并接收人體的反射信號。發(fā)射波的頻率隨時間按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。發(fā)射波與反射波的形狀相同，只是在時間上有一個延遲△t，延遲△t即為時間ToF，如公式(3)所示：

△t＝2d/C (3)，

其中，△t：發(fā)射波與反射波的時間延遲；d：電磁波經(jīng)過的距離；C：光速，C＝3×10⁸m/s。

如圖2所示，發(fā)射信號與反射信號的頻率差為混頻輸出中頻信號頻率△f，延遲時間△t與頻率△f的關(guān)系如公式(4)所示：

△t/△f＝T/2B (4)，

其中，△f：發(fā)射信號與反射信號的頻率差；T：調(diào)制信號周期；B：調(diào)制帶寬。

通過公式(3)和公式(4)，得到公式(5)。

d＝CT*△f/4B (5)。

最后，結(jié)合公式(2)和(5)，得到橢球的公式(6)：

3個橢球交匯，將會得到一個點，從而得到人體的三維空間坐標(biāo)(x,y,z)。

通過上述的幾何建模以后，得到人體的二維和三維空間坐標(biāo)。利用三維空間坐標(biāo)值，可以通過跌倒檢測模塊106，通過對z軸模型的構(gòu)建來判斷人體是否跌倒。

人體跌倒的時候，會具有下面的特點。

(a)人體的z軸坐標(biāo)應(yīng)該盡量接近水平面。

(b)人體的z軸在很短的時間內(nèi)有一個很大的下降跳躍。

只有同時達(dá)到上述兩個條件，才會認(rèn)為是人體跌倒。如果只滿足第一個條件，而不滿足第二個條件，有可能是人體坐在地面上；如果只滿足第二個條件，而不滿足第一個條件，有可能是人體坐在座位上。

最后，通知模塊107通過所述管理接口API CGI模塊110將所述位置定位模塊105的定位信息和/或所述跌倒檢測模塊106的跌倒檢測信息發(fā)送給所述聯(lián)系人。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。