理论算法2020.01人体摔倒检测技术研究综述叶良，戚永钊，施俊侠，关秋菊(仲恺农业工程学院机电工程学院，广东广州，510225）摘要：我国人口老龄化问题日益突显，适老化生活辅助技术备受关注。其中，面对老人摔倒现象，人体摔倒检测技术的研发具有实际的应用价值。根据采用传感方式的不同，现有的摔倒检测技术可分为以下三类：视觉、穿戴式和环境部署式。本文初步探讨了每类检测技术的系统组成、特点及其应用场合。关键词：热释电红外传感器；摔倒检测；计算机视觉；三轴加速度传感器Review of Fall Detection TechnologyYe Liang, Qi Yongzhao,Shi Junxia,Guan Qiuju(College of Mechanical and Electrical Engineering, Zhongkai University of Agriculture Engineering,Guangzhou Guangdong,510225)Abstract:The problem of population aging is becoming serious in China, and the technology of ambient assistive living has attracted more and more attention recently. In particular, human fall detection technology is critical for the ageing-at-home of the elderly as it can enhance life safety of the elderly. According to the sensor types, the current fall detection technology can be classified into three major modes: vision-based, wearable sensor-based and dense sensing-based fall detection. For each mode, the system configuration, technical characteristics and application environment are introduced.Keywords:Pyroelectric sensor;Fall detection;Computer vision;Triaxial acceleration sensor
0 引言
据国家统计局发布的数据显示[1]，2018年末，我国60周岁及以上人口24949万人，占总人口的17.9%，其中，65周岁及以上人口16658万人，占总人口的11.9%。现在越来越多的年轻人选择离家去外地求学或者工作，而且其中很多的家庭都是独生子女家庭，年轻人外出谋生，家里剩下日渐年迈的父母，这就形成了“空巢家庭”。空巢家庭数量会随着社会劳动人口的迁移快速增长，我国一些偏远地区的“空巢家庭”情况特别严重，再加上目前社会养老福利制度尚不完善，地区经济不发达，老年人处于缺少人甚至没有人看护的境地。在日常生活中，厨房，浴室，卫生间等一些潮湿且容易滑倒的地方，老年人容易滑倒而损害身体健康，严重的则会导致生命危险。若老年人自身患有脑溢血、心脏病等疾病，而不能经受剧烈运动时，摔倒还可能会威胁到老年人的生命安全。所以在老年人容易摔倒的地方部署用于摔倒检测的设施显得尤为重要。针对老年人的摔倒行为，摔倒检测技术能够实时检测，并及时通知家人或医护人员，使长者能够得到及时援助。
根据采用传感方式的不同，现有的摔倒检测技术可分为以下三类：视觉、穿戴式和环境部署式。接下来，将分别探讨每类跌倒检测技术的系统组成、特点及其应用场合。
体视频图像信息，采用图像处理技术处理图像信息并从中提取出人体摔倒特征，然后经过分析得到人体运动状态。检测是从各种复杂程度不一的运动信息中辨识出运动目标，并剔除掉冗余的信息, 从而完成获取状态、姿态识别等后续任务。其中，对于运动信息的提取、处理和分析显得比较重要，其处理与分析效果的好坏将直接影响后续的动作识别以及行为理解等环节。袁杰[2]提出了基于人体比例特征和基于HOG、SVM两种摔倒检测算法。蔡祎男[3]采用摄像头采集人体运动视频图像,通过高斯混合模型识别运动目标并提取出目标特征，然后通过这些特征得到人体的运动状态,经过判断确定人体是否摔倒。
1.2 特点
基于视觉的摔倒检测手段对于室内这种空间有限的环境来说，摄像头的监控视野可以有效覆盖，采用有效的图像处理方法进行摔倒特征提取，具有较高的精确度与实时性。此外，基于视觉的感知方式，还可以拓展其它附加功能，如视频监控，能够通过摄像头实时监测老年人的生活状态等。
1.3 应用场合
基于视觉的摔倒检测手段主要是通过摄像头来获取人体图像信息，从而进行图像的分析处理，处理数据量较大，对于实时性检测来说设备的要求比较高。也局限于室内和一些摄像头可以覆盖的地方。摄像头在日常生活中主要用于监控，使用这种检测方法难免涉及个人隐私问题，容易造成个
1 基于视觉的摔倒检测技术
1.1 系统构成
目前基于视觉的摔倒检测是利用一些摄像装置收集人
基金项目：国家自然科学基金（61601523）；广东省自然科学基金（2016A030310238）；大学生创新创业训练计划项目（201611347005）。
502020.01人敏感信息泄露，侵犯用户的隐私权。近几年，一些酒店频频被爆出用摄像头监控客人房间，倒卖所拍摄的视频。这些信息泄露事件在网上引起热议，所以在使用该类设备时，用户须与商家签订相关的保密条约，以及商讨相关个人信息的处理问题，确保信息的处理对用户公开透明，以及设备损坏或不再使用的情况下，对相关信息的销毁。在信息安全日受关注的情况下，这类设备涉及法律及个人隐私方面较多，局限性较大。2 基于穿戴式的摔倒检测技术2.1 系统构成目前穿戴式传感器的摔倒检测所采用的传感方式通常为三轴加速度传感器。通过把加速度传感器嵌入到相关的可穿戴设备上，由人体随身佩戴并收集人体运动信息，经过对采集到的信息进行分析处理，从而判断人体是否摔倒。崔英辉等利用了三轴加速度ADXL345的一些特点及工作原理[4]，把ADXL345的三个坐标分别对应人体的左右、前后、垂直方向，测量各方向加速度的变化。当人体摔倒时，三个方向的加速度会发生变化，计算三个方向的加速度变化情况，并通过设定合适的阈值来判断老人是否摔倒。卢先领等人[5]通过把加速度传感器置于人体腰腹位置进行数据采集，通过隐马尔可夫模型进行摔倒行为识别，以及加入角度信息计算人体倾角进行摔倒行为的二次识别，提高检测结果的准确度。石欣、张涛[6]将压力传感器置入鞋垫进行人体脚底压力信息采集，采用SVM与阈值分析相结合的方法进行信息处理并判断人体是否跌倒。
2.2 特点
基于穿戴式传感器的摔倒检测准确度比较高，而且通常不会因为环境的变化而影响其检测效果，使用具有灵活、便捷性。还可以加装心率，血压等传感器，实时监控老人的身体状态。
2.3 应用场合
基于穿戴式传感器的摔倒检测设备需要用户佩戴才可以有效的进行检测。对于一些高龄老人，特别是记忆力衰退严重的老人，很可能会忘记佩戴设备，导致一些不可预测的后果发生。还有一些老人可能不喜欢佩戴这种设备，感觉不自在，舒适度不高。此外，穿戴式设备的续航能力也是一个需要考虑的问题。
3 基于环境部署的摔倒检测技术
3.1 系统构成
基于环境部署的摔倒检测技术一般是利用人体运动导致环境中一些物理量的变化，如振动、红外热源等，通过检测这些物理信号的变化来识别人体的运动模式。
基于环境部署的摔倒检测可采用热释电红外传感器。热释电红外传感器通过探测元接收到红外热辐射变化信号，并转换为微弱的电信号，然后经放大滤波电路处理后输出。热释电红外传感器分为单元型、双元型和四元型。在人体摔倒检测中
理论算法应用较多的是双元型和四元型。Fang等人通过PIR与菲涅尔透镜的结合对在实验环境下水平直线行走的目标人体进行了识别和检测[7] [8] [9]。程卫东等人利用主成分分析法研究基于PIR传感器的人体运动特征提取及识别[10]。王林泓提出了一种基于典型相关分析(CCA)的PIR信号特征信息融合的方法[11]。通过将两组PIR信号的相关特征矢量信息作为判别信息,实现了信息的融合及解决了特征矢量之间的信息冗余问题，信息特征融合后能够为分类识别提供新的信息。此外，振动传感器也适用于环境部署式的摔倒检测。Alwan的研究发现不同的运动模式下(如步行、慢跑、跌倒等)，地板会产生不同幅度的振动和发出不同振动频率的信号，通过监测振动信号来检测人体摔倒[12] [13]。3.2 特点环境部署式的运动感知方式，可以直接获取目标的动作特征，降低了数据的复杂度，减少了相关信息的处理。此外，环境部署式传感器通常具有功耗小、价格低廉、体积小以及隐蔽性好，不受光照影响等特点。基于环境部署的摔倒检测技术作为一种被动感知方式，不会对人体隐私造成任何影响，增强了用户体验的友好性。3.3 应用场合基于环境部署的摔倒检测系统适用于居家、商场、图书馆等室内环境，用户通常无需佩戴，舒适性好，不会影响人体活动。
4 小结
我国老龄化日益严重，老人的安全问题一直是比较受关注的社会问题之一。其中老人摔倒后造成二次伤害的问题引起研究者广泛关注，老人摔倒检测已经成为老人安全问题解决的一个方向。本文针对解决老人的摔倒检测问题，介绍了基于视觉的摔倒检测、基于穿戴式设备的摔倒检测以及基于环境部署的摔倒检测，详细分析了这三种摔倒检测方式的系统构成、特点及应用情况。
参考文献
[1]国家统计局.2018年国民经济和社会发展统计公[EB/
OL].http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201902/t20190228_1651265.html,2019-02-28/2019-12-27.[2]袁杰.基于视觉的老人跌倒检测系统设计与研究[D].江西
理工大学, 2018.
[3]蔡祎男.基于计算机视觉的摔倒检测系统的设计[D].大连
海事大学, 2017.
[4]崔英辉,詹林.基于三轴加速度传感器的老人摔倒检测[J].
现代电子技术, 2013, 36(03) : 130-132.
[5]卢先领,王洪斌,王莹莹,徐保国.一种基于加速度传感
器的人体跌倒识别方法[J].计算机应用研究, 2013, 30(04) : 1109-1111+1115.
[6]石欣,张涛.一种可穿戴式跌倒检测装置设计[J].仪器仪
表学报, 2012, 33(03) : 575-580.
[7]Fang J S,Hao Q, Brady D J,et al. A pyroelectric infrared
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512020.01网络信息工程障电子商务的发展基础便在于确保电子交易过程的安全与便捷。由于用户在进行网络支付的过程中，会产生一系列的交易信息数据，为了避免相关数据和支付密码遭到泄漏，一定要采取数据加密技术对用户的交易数据进行加密。而且为了避免不法分子轻易被破解，普通的加密技术难以满足这方面的加密需求，需要进行多重加密操作，比如指纹验证、面部识别等对用户个人特有特征信息加密，如此一来大大提高了信息窃取难度，保障了交易信息数据的安全性。机软件遭到病毒攻击，数据加密能够帮助其对病毒形成阻止且及时破解密钥，避免病毒的深入，保护软件免受病毒侵害；②未授权的非法用户唯有对软件检索数据信息进行破解之后才能使用正确密钥去运行软件，而密钥错误的话不仅无法检索信息，在输入之后软件会删除该用户数据或是发出警报对数据进行主动防护。4.2 数据库方面如今数据库的日常应用愈发广泛，对数据库管理系统的安全防护也受到极高关注，而且数据库平台的安全性、保密性会对计算机网络通信安全形成直接影响。面对当前大部分网络数据库管理平台所采用的是Windows NT系统且安全等级为C1或是C2，因此在数据传输的过程中会因为公共信道较弱而无法保证其数据信息的安全，容易被同类设备窃取。所以，对于网络数据库需要进行数据加密，可采取对用户设置访问权限去得到加密的目的。5 结束语计算机网络通信技术的应用给人们的生活、工作带来诸多便利，但是也无法避免的会对数据信息形成安全隐患，尽管在保障计算机网络通信安全方面有众多技术手段，但数据加密技术的效果在现阶段的应用中更加显著，尤其是其中的链条加密、节点加密、对称与非对称加密、端到端加密等技术手段，能够为计算机网络通信提供强大的安全保障。当然，针对数据加密技术的研究仍需进一步深入，才能够满足人们乃至国家对数据加密的需要，营造更加安全的计算机网络通信环境，促进社会发展。4.3 网络方面除了要重视计算机网络通信过程中数据传输与接收的加密技术以外，还要掌握更高级的网络加密技术，专业术语便是要解决通信中的通信链路安全问题。在这一方面的加密技术主要是指用在本地化加密除了的计算机网络技术，用户对多个链接进行多轮加密与解密，转换代码以更加复杂的形式使用。而在密文当中，如果用户并未输入密钥便不可能有人检索到有价值的信息，大大提高了计算机网络通信的安全性。
参考文献[1]王岩.数据加密技术在计算机网络安全中的应用价值[J].数字技术与应用2017. 12 : 198-199.
[2]朱磊.计算机网络通信安全管理工作中数据加密技术的
应用[J].无线互联科技, 2017. 21 : 124-125.
[3]唐杰,谭军.数据加密技术在医院计算机网络通信安全中
的具体应用[J].中国信息化, 2018. 09 : 50-52.
4.4 商业方面
互联网时代的到来也带动了电子商务的快速发展，而保
（上接第51页）
biometric system for real-time walker recognition by use of a maximumlikelihood principal components estimation (MLPCE) method[J].Optics express, 2007, 15(6) : 3271-3284.
[8]Fang J S,Hao Q, Brady D J, et al. Path-dependent human
identification using a pyroelectric infrared sensor and Fresnel lens arrays[J].Optics express, 2006, 14(2) : 609-624.
[9]Fang J S, Hao Q, Brady D J,et al.Real-time human
identification using a pyroelectric infrared detector array and hidden Markov models[J].Optics express, 2006, 14(15) : 63-6658.
[10]程卫东,董永贵.利用热释电红外传感器探测人体运动特
征[J].仪器仪表学报,2008,29(5):1021-1023.
[11]王林泓.热释电红外信号特征分析及人体识别方法研究
[D].重庆大学, 2010.
[12]M. Alwan, P. J. Rajendran,S. Kell,D. Mack, S. Dalal, M.
Wolfe, R. Felder, A smart and passive floor-vibration based fall detector for elderly, IEEE, 2006 : 1003-1007.
[13]Y. Zigel,D.Litvak,I.Gannot,A Method for Automatic Fall
Detection of Elderly People Using Floor Vibrations and Sound-Proof of Concept on Human Mimicking Doll Falls,Biomedical Engineering, 2009, 56(12) : 2858-2867.通讯作者：关秋菊
（上接第42页）
技, 2016(6) : 138-142.
[4]黄喆.北斗接收机的空时二维抗干扰算法的研究与实现
[D].成都,电子科技大学, 2014.
[5]吴福全.基于DRFM的雷达信号干扰技术研究[J].电子
制作, 2015(03) : 18.
65
