本實用新型屬于智能家居服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

居家養(yǎng)老是解決目前人口老齡化的重要途徑。人口老齡化問題是全世界各國共同面臨的問題，截至2015年底，中國老年人約占全球老年人口21.4％，近十年來高齡人口增加一倍，城市空巢老人家庭占比已達到49.7％，據(jù)中國老齡辦數(shù)據(jù)統(tǒng)計，空巢家庭/類空巢家庭在2030年將會達到90％。居家養(yǎng)老服務(wù)實際上是在遠程科技的體系上建立的一個支持家庭溫情養(yǎng)老的新型社會化服務(wù)體系，是其它養(yǎng)老模式的補充與完善，切實解決老人的實際困難，已成為老人、兒女迫切的需求。因而居家養(yǎng)老是當今社會必須研究的課題。

體感網(wǎng)是針對人的一種新形式物聯(lián)網(wǎng)，我國的家庭監(jiān)控市場雖然剛剛起步，但是移動家庭監(jiān)控產(chǎn)品在保護家庭安全、預(yù)防風險方面起到不可低估的作用。未來的移動家庭監(jiān)控系統(tǒng)，將是一個完善的智能化監(jiān)控體系，結(jié)合了4G、安防、智能、電子商務(wù)等應(yīng)用，還可靈活組合電信運營商已有的增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)，將電視娛樂、視頻監(jiān)控、視頻會議、手機視頻、可視通信等多種業(yè)務(wù)整合在一個平臺上提供給用戶，發(fā)揮整合優(yōu)勢，來滿足用戶的個性化需求。同時，高端家庭監(jiān)控系統(tǒng)還會更加智能化，如視頻監(jiān)測方面能提供高級視頻智能分析功能，包括智能分析區(qū)域和邊界、人像識別、人物追蹤、人物統(tǒng)計等；還將結(jié)合醫(yī)療、家政、呼叫等功能，增加聯(lián)動報警及安全服務(wù)方面的應(yīng)用。

多傳感器融合技術(shù)：傳統(tǒng)的傳感器由于技術(shù)和使用環(huán)境限制，存在一定程度的誤報問題，通過采用多傳感器融合技術(shù)提高了靈敏度，也提高了誤報率，如果設(shè)置閾值低，很多危險也檢測不到。而多個傳感器的檢測數(shù)據(jù)的整合，并通過一定算法進行分析后給出的報警信息，將極大的提高檢測水平。

將多傳感器融合技術(shù)和體感網(wǎng)同時應(yīng)用于居家養(yǎng)老方面，用于監(jiān)護老人的健康以及生活是一個新的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)作為監(jiān)測居家老人安全和健康的信息化系統(tǒng)，用來解決單一傳感器誤判和不同人的個體化差異等技術(shù)問題。

基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)，包括居家體感網(wǎng)、服務(wù)器和智能手機，所述居家體感網(wǎng)包括居家傳感器和居家無線網(wǎng)絡(luò)；所述居家傳感器包括紅外傳感器、門禁傳感器、緊急按鈕、IP攝像頭和健康腕表；所述居家無線網(wǎng)絡(luò)包括中央控制器和無線路由器；所述健康腕表的內(nèi)部設(shè)置有三維加速度傳感器、心率傳感器、計時器、存儲器、緊急呼叫裝置、基站定位裝置和GPS定位裝置，健康腕表通過GPRS與互聯(lián)網(wǎng)連接；所述中央控制器通過ZigBee分別與紅外傳感器、門禁傳感器以及緊急按鈕連接；所述無線路由器通過Wifi分別與IP攝像頭、健康腕表以及中央控制器連接，無線路由器通過寬帶與互聯(lián)網(wǎng)連接；所述服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)連接；所述智能手機通過TD-LTE與服務(wù)器連接。

所述IP攝像頭的數(shù)量為四個以上。

通過上述設(shè)計方案，本實用新型可以帶來如下有益效果：

本實用新型在家庭中創(chuàng)建一個體感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過多種傳感器分析佩戴健康腕表的老人的一種狀態(tài)，大大減少了誤報警情況的發(fā)生，并可以根據(jù)個體進行報警閾值的修正，克服了單個傳感器的誤報技術(shù)界限，為居家生活的老人提供一種健康、安全信息化監(jiān)控系統(tǒng)；架設(shè)了子女的遠程監(jiān)護信息化平臺，為子女提供了監(jiān)控老人健康、監(jiān)控家庭安全和與老人溝通的平臺。

健康監(jiān)控通過老人所帶的健康腕表來實現(xiàn)。健康腕表中帶有GPS定位，一鍵呼叫，無線通話，檢測運動狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、心率功能?？梢酝ㄟ^GPRS網(wǎng)絡(luò)把所檢測的位置數(shù)據(jù)、健康數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器。服務(wù)器通過TD-LTD網(wǎng)絡(luò)傳遞給智能手機。通過鑲嵌在智能手機上的APP程序把相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的說明：

圖1為本實用新型基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖中1-居家體感網(wǎng)、2-服務(wù)器、3-智能手機、4-居家傳感器、5-居家無線網(wǎng)絡(luò)、6-紅外傳感器、7-門禁傳感器、8-緊急按鈕、9-IP攝像頭、10-健康腕表、11-中央控制器、12-無線路由器。

具體實施方式

如圖所示，基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)，包括居家體感網(wǎng)1、服務(wù)器2和智能手機3，所述居家體感網(wǎng)1包括居家傳感器4和居家無線網(wǎng)絡(luò)5；所述居家傳感器4包括紅外傳感器6、門禁傳感器7、緊急按鈕8、IP攝像頭9和健康腕表10；所述居家無線網(wǎng)絡(luò)5包括中央控制器11和無線路由器12，無線網(wǎng)絡(luò)包括ZigBee、Wifi和GPRS三種網(wǎng)絡(luò)形式；所述健康腕表10的內(nèi)部設(shè)置有三維加速度傳感器、心率傳感器、計時器、存儲器、緊急呼叫裝置、基站定位裝置和GPS定位裝置，健康腕表10通過GPRS與互聯(lián)網(wǎng)連接；所述中央控制器11通過ZigBee分別與紅外傳感器6、門禁傳感器7以及緊急按鈕8連接；所述無線路由器12通過Wifi分別與IP攝像頭9、健康腕表10以及中央控制器11連接，無線路由器12通過寬帶與互聯(lián)網(wǎng)連接；所述服務(wù)器2與互聯(lián)網(wǎng)連接；所述智能手機3通過TD-LTE與服務(wù)器2連接。

所述IP攝像頭9的數(shù)量為四個以上。

基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)的控制方法，利用所述的基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)，包括以下步驟，并且以下步驟順次進行，

步驟一、將老人的注冊信息、子女的注冊信息、傳感器的注冊信息、傳感器權(quán)限分配信息、家庭位置信息以及居室分布信息錄入中央控制器11；

通過與健康腕表10通信連接的智能手機3的app端應(yīng)用程序設(shè)定健康腕表10中的模型參數(shù)、報警閾值；

所述模型參數(shù)包括每日要求運動步數(shù)、本人體重、性別、年齡、健康狀態(tài)和腕表佩戴習慣，所述健康狀態(tài)分為好、中、差三種，所述腕表佩戴習慣分為左手佩戴和右手佩戴兩種；所述報警閾值包括最遲睡眠時間、每天累計睡眠時間、每天最低運動量、每天最高運動量、每小時最高運動量、運動心率最高值、靜態(tài)心率最低值、靜態(tài)心率最高值、靜坐時間最高限值和日常活動位置區(qū)域；

老人佩戴健康腕表10，在健康腕表10上對“坐”，“走”，“跑”三種狀態(tài)進行設(shè)置，并存儲老人在設(shè)置過程中坐、走、跑的最大運動加速度；

在中央控制器11中進行入門初始化和出門初始化；

步驟二、通過門禁傳感器7和紅外傳感器6的報警時間順序判斷老人是室內(nèi)運動還是室外運動，

門禁傳感器7的報警時間早于紅外傳感器6的報警時間，判定為老人室外運動，健康腕表10中的GPS定位裝置和三維加速度傳感器定位老人的所在位置，健康腕表10中的三維加速度傳感器檢測老人的運動步數(shù)和運動距離，計時器記錄老人的室外運動時間；

門禁傳感器7的報警時間晚于紅外傳感器6的報警時間，判定為老人室內(nèi)運動，健康腕表10中的基站定位裝置和三維加速度傳感器定位老人的所在房間及位置；

步驟三、健康腕表10中的三維加速度傳感器檢測老人的運動步數(shù)、運動距離和運動量，計時器記錄老人的運動時間、靜坐時間、最遲睡眠時間和每天累計睡眠時間，心率傳感器檢測老人的心率，形成老人的健康數(shù)據(jù)集，保存到健康腕表10內(nèi)的存儲器中并傳輸至中央控制器11；

步驟四、中央控制器11采用粗糙數(shù)據(jù)集分類算法的方法對健康數(shù)據(jù)集進行統(tǒng)計和計算，獲得三維加速度數(shù)據(jù)的平均值、最高值、最低值、離散值、偏離度和標準差，心率數(shù)據(jù)的平均值、最高值、最低值、離散值、偏離度和標準差，位置數(shù)據(jù)平均值、最高值、最低值、離散值、偏離度和標準差，時間數(shù)據(jù)的平均值、最高值、最低值、離散值、偏離度和標準差以及三維加速度數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)以及時間數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度信息，形成健康初級數(shù)據(jù)集，

健康初級數(shù)據(jù)集中的最遲睡眠時間、每天累計睡眠時間、每天最低運動量、每天最高運動量、每小時最高運動量、運動心率最高值、靜態(tài)心率最低值、靜態(tài)心率最高值、靜坐時間最高限值、日常活動位置區(qū)域超過報警閾值，發(fā)出“活動超出預(yù)警范圍”的報警信號，并將該報警信號通過GPRS把報警信號傳遞給服務(wù)器2；

步驟五、三維加速度傳感器檢測的運動加速度大于步驟一中存儲的老人坐、走、跑的最大運動加速度的X倍時，其中X大于1，初步判斷老人為跌倒狀態(tài)，

老人在衛(wèi)生間、廚房或臥室，判定老人跌倒，健康腕表10通過GPRS把老人跌倒報警信號傳遞給服務(wù)器2，

老人在客廳則進行步驟六進一步確定老人是否跌倒；

步驟六、室內(nèi)房間屋頂架設(shè)有IP攝像頭9，IP攝像頭9檢測老人的跌倒狀態(tài)圖像并傳輸至中央控制器11，中央控制器11提取圖像的特征向量并存儲，將提取的圖像的特征向量與模板庫中的跌倒姿態(tài)特征向量對比，二者匹配健康腕表10通過GPRS把老人跌倒報警信號傳遞給服務(wù)器2，二者不匹配將提取的圖像的特征向量存儲至中央控制器11中；

步驟七、健康腕表10通過GPRS通訊裝置，把步驟三中形成的健康數(shù)據(jù)集和腕表健康初級數(shù)據(jù)集傳遞給服務(wù)器2；

步驟八、服務(wù)器2采用粗糙數(shù)據(jù)集分類算法對接收到健康數(shù)據(jù)集、腕表健康初始化數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)集訓(xùn)練，獲得報警閾值的偏差值和佩戴健康腕表10的老人的模型參數(shù)值；

步驟九、服務(wù)器2把報警閾值的偏差值及佩戴健康腕表10的老人的模型參數(shù)值采用GPRS通訊方式傳遞給健康腕表10；

步驟十、健康腕表10根據(jù)接到的報警閾值的偏差值及模型參數(shù)值，修改健康腕表10內(nèi)的存儲器的報警閾值；

步驟十一、服務(wù)器2通過TD-LTE通訊模式把修改后的報警信號傳遞給子女的智能手機3，同時服務(wù)器2把該報警信號傳遞給工作人員；

步驟十二、子女根據(jù)智能手機3的報警情況對該項報警信息進行核查，該項報警信息是虛假報警，在智能手機3上發(fā)送虛假報警操作；該項報警信息是有效報警，在智能手機3上發(fā)送接受本項報警操作；

步驟十三、子女的智能手機3自動把該項報警操作通過TD-LTE通訊模式傳遞給服務(wù)器，服務(wù)器2把該項報警操作填寫到該項報警信息中，并通過粗糙數(shù)據(jù)集分類算法進一步對報警閾值進行訓(xùn)練，進一步修正報警閾值；

步驟十四、老人通過健康腕表10上的SOS鍵手動報警，健康腕表10通過GPRS把報警信號傳遞給服務(wù)器2。

所述步驟一中對“坐”，“走”，“跑”三種狀態(tài)設(shè)置的具體方法為：健康腕表10上點擊行為識別，健康腕表10的屏幕上出現(xiàn)“坐”字樣，老人進行“坐”的動作，屏幕顯示“走”，坐的動作設(shè)置完成，老人進行“走”的動作，屏幕顯示“跑”，走的動作設(shè)置完成，老人進行跑的動作，屏幕出現(xiàn)“設(shè)置完畢”，“坐”，“走”，“跑”三種狀態(tài)設(shè)置完成。

所述步驟一中入門初始化的方法為在健康腕表10中選擇入門初始化，通過健康腕表10中的GPS定位裝置檢測地理坐標和檢測地理坐標的時間，紅外傳感器6發(fā)出紅外報警信號，門禁傳感器7發(fā)出門禁報警器信號，系統(tǒng)檢測到門禁報警器信號給出時間，紅外探測器的報警信號給出時間，GPS檢測地理坐標的時間三個數(shù)據(jù)后，中央控制器11自動結(jié)束入門初始化，并通過居家體感網(wǎng)，把傳感器類型，三個時間的順序及間隔傳入到服務(wù)器中2，完成入門初始化工作。

所述步驟一中出門初始化的方法為在健康腕表10中選擇出門初始化，通過健康腕表10中的GPS定位裝置檢測地理坐標和檢測地理坐標的時間，紅外傳感器6發(fā)出紅外報警信號，門禁傳感器7發(fā)出門禁報警器信號，系統(tǒng)檢測到門禁報警器信號給出時間，紅外探測器的報警信號給出時間，GPS檢測地理坐標的時間三個數(shù)據(jù)后，中央控制器11自動結(jié)束出門初始化，并通過居家體感網(wǎng)，把傳感器類型，三個時間的順序及間隔傳入到服務(wù)器中2，完成出門初始化工作。

所述步驟五中中央控制器11提取圖像的特征向量的方法為通過高斯混合模型提取人的跌倒圖像中的運動區(qū)域，采用形態(tài)學(xué)的操作對圖像進行膨脹、腐蝕、開和閉運算，采用sobel算子和canny算子提取出跌倒圖像中的運動區(qū)域的輪廓模型，獲得輪廓周長、面積、面積比率和傅里葉特征向量提取的圖像特征融合成圖像的特征向量。

所述糙數(shù)據(jù)集歸類分析法為運用粗糙數(shù)據(jù)集分類思想，采用MapRecuce框架下粗糙關(guān)聯(lián)規(guī)則算法——L-Aprior算法，對健康數(shù)據(jù)集進行頻繁度、支持度和置信度關(guān)聯(lián)處理，從而獲得報警狀態(tài)下的數(shù)據(jù)閾值，用于修正原報警閾值。

利用所述糙數(shù)據(jù)集歸類分析法修正跌倒報警閾值的方法，其具體步驟如下，并且以下步驟順次進行，

①、針對跌倒報警情況以下簡稱報警情況，按照支持該人為非報警狀態(tài)的角度即行為正常的角度，以下稱正常角度，對健康數(shù)據(jù)集和健康初級數(shù)據(jù)集進行分析，形成“正常的數(shù)據(jù)集”。例如某人血壓高壓140毫米汞柱，雖然高于正常值120毫米汞柱，但是該人高壓始終在140左右，沒有任何不良反應(yīng)，可以認為正常狀態(tài)。

②、分別針對步驟一所提及的報警情況，按照“該人為報警狀態(tài)”的可能數(shù)據(jù)的角度即行為異常的角度，以下稱異常角度對健康數(shù)據(jù)集和健康初級數(shù)據(jù)集進行分析，形成“異常的數(shù)據(jù)集”。例如某人血壓高壓120毫米汞柱，但是已經(jīng)是標準的極限了，該人可能出現(xiàn)不良反應(yīng)，可以認為不正常狀態(tài)。

③、把“正常的數(shù)據(jù)集”和“異常的數(shù)據(jù)集”進行布爾化處理，獲得二異化數(shù)據(jù)集。

④、把具有相同時間、空間位置的二異化數(shù)據(jù)集進行歸并，并按照支持與反對進行分類，從而找到報警關(guān)聯(lián)的頻繁項集。例如跌倒報警與加速度傳感器和攝像頭有關(guān)，與GPS位置無關(guān)。

⑤、采用L-Aprior函數(shù)計算出支持度和置信度。

⑥、根據(jù)步驟④獲得的頻繁項集設(shè)定報警的加速度、心率、GPS位置、時間、攝像頭等關(guān)聯(lián)傳感器。

⑦、根據(jù)步驟⑤獲得的支持度和置信度設(shè)置各傳感器的影響因子。

⑧、計算并獲得跌倒報警的報警值B

B＝Σ檢測值*置信度*支持度/閾值/Σ支持度

其中，Σ對所有相關(guān)傳感器數(shù)值進行求和。

式中B大于80％即認為時報警狀態(tài)。

⑨、用計算的結(jié)果與數(shù)據(jù)庫中的實際檢測數(shù)據(jù)進行比較，如果發(fā)現(xiàn)計算出的數(shù)值是報警狀態(tài)而實際不是該項報警，修改所有該項報警的閾值上調(diào)1％，重新計算，直至符合該條件為止。反之，如果發(fā)現(xiàn)計算出的數(shù)值不是報警狀態(tài)而實際出現(xiàn)該項報警，修改所有該項報警的閾值下調(diào)1％，重新計算，直至符合該條件為止。如果符合，不進行閾值修改。

同理按照上述類似方法可以修正運動量過大報警、運動量不足報警、睡眠不足報警、久坐報警等報警閾值。

基于體感網(wǎng)的居家養(yǎng)老系統(tǒng)，通過居家體感網(wǎng)1把老人的健康信息，居家安全信息傳遞到服務(wù)器2。智能手機3通過TD-LTE與服務(wù)器2連接，提取各種傳感器的數(shù)據(jù)，監(jiān)控居家安全和健康狀態(tài)。

所述的居家養(yǎng)老系統(tǒng)包括老人信息注冊、子女中信息注冊、家庭成員管理、傳感器注冊、傳感器權(quán)限分配、報警狀態(tài)設(shè)置、位置查詢、實時圖像查詢、歷史圖像查詢、網(wǎng)絡(luò)對講等功能。通過無線的居家體感網(wǎng)，把各項傳感器感應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器2，所述各項傳感器感應(yīng)的數(shù)據(jù)包括傳感器注冊信息、門禁報警信息，紅外報警信息、視頻信息、健康監(jiān)控信息等，服務(wù)器2根據(jù)權(quán)限設(shè)置傳遞給對應(yīng)的智能手機3，智能手機用戶根據(jù)情況下達各項控制指令，通過服務(wù)器2和居家體感網(wǎng)1傳遞給各個終端設(shè)備，用于完成健康和居家安全的監(jiān)控和管理等功能。

所述的健康監(jiān)控通過老人所帶的健康腕表10來實現(xiàn)。健康腕表10中帶有GPS定位，一鍵呼叫，無線通話，檢測運動狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、心率功能?？梢酝ㄟ^GPRS網(wǎng)絡(luò)把所檢測的位置數(shù)據(jù)、健康數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器2。服務(wù)器2通過TD-LTD網(wǎng)絡(luò)傳遞給智能手機3。通過鑲嵌在智能手機3上的APP程序把相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。