[摘 要]随着老龄化问题的日益突出，世界各地都在寻找解决的办法，如何让老人们“老有所养”，过上更加有质量的老年生活，成为需要解决的最迫切问题。为此，我们对老龄化背景及业内养老产品进行研究分析。一方面，我们通过了解老龄化趋势背景，调研老龄群体养老需求，发现老人意外跌倒对其造成的伤害尤为严重，并会严重影响到老人生活。另一方面，我们对现阶段国内外智能养老产品中跌倒监控进行了解，发现虽然目前有一些报警监控产品，但功能还不够全面，服务还不够智能，未形成完整的系统。在以上调研基础上，本课题综合应用单片机、语音识别、云计算、物联网等多种技术，针对老人跌倒监控服务进行研究，将互联网技术运用于老人，特别是在跌倒告警的及时通知方面，开发了一套面向老人的智能跌倒监控服务系统。系统由可穿戴式跌倒检测设备+家庭智能语音助手+在线监控服务中心组成（详见图1），完整的实现了跌倒检测、跌倒告警、跌倒服务、跌倒监控等系列功能。系统能够检测老人跌倒，也能人工进行呼救，通过蜂鸣、微信、短信、邮件、语音电话等多种渠道进行及时告警；使用语音交互提供医疗资讯、机器人语音陪伴服务，在异常天气进行提醒、预防老人跌倒；在线进行数据采集和监控显示，在紧急情况下能够进行实时的告警，防止伤害进一步加深。
　　[关键词]scratchPI；单片机；陀螺仪；跌倒检测；可穿戴设备；语音识别；云计算；物联网；监控中心
　　中图分类号：TP955 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0230-01
　　1. 研究过程与方案
　　通过了解老龄化趋势背景，调研上海老龄群体养老产品需求，本次开发的产品定位于跌倒监控服务。跌倒监控服务主要包括了跌倒检测、跌倒告警、跌倒服务、跌倒监控系列功能，具体包括：
　　1）跌倒检测：分析老人跌倒动作，提取跌倒过程中的关键特征和参数，并提出本文的基于陀螺仪的人体跌倒检测算法。
　　2）跌倒告警：分析跌倒告警的类型，实时接收告警信息，通过多渠道的方式对老人、监护人进行告警通知。
　　3）跌倒服务：研究如何基于云AI（人工智能）的语音识别进行人工交互，通过语音交互为老人提供医疗咨询、机器人语音陪伴、语音呼救等各类服务。还研究了利用天气提醒的方式来预防老人跌倒。
　　4）跌倒监控：研究如何利用物联网进行跌倒数据采集，利用云平台实现在线监控服务中心。
　　跌倒检测
　　在跌倒过程中，人体加速度、人体倾角等会发生相应的变化，因此可以通过陀螺仪采集这些物理量，并对这些物理量进行分析处理，得出其相应的变化规律。然后再将这些物理量的变化跟相应的人体正常活动的物理量进行对比，找到一个能够区分跌倒行为和人体正常活动的值，称之为阈值。通过采集到的物理量的值跟预先设定好的阈值进行比较，根据不同的特征量，当物理量的值大于或小于阈值时，判为跌倒；反之，认为是人体正常活动。本系统将采用基于阈值判断的方法进行跌倒检测，主要针对合加速度SVM最大值、合加速度SVM均值（以下简称ASVM）两个特征量进行跌倒阀值检测。
　　跌倒告警
　　跌倒告警分为：跌倒自动告警、手动呼救、语音呼救。
　　1）跌倒自动告警
　　当智能设备根据跌倒检测算法检测到跌倒发生时，进行告警，并自动向监控中心发送告警信息。
　　2）手动呼救
　　通过按钮一键呼救，用户在连续3秒触动求助按钮后，系统判定为手动呼叫告警。如果在5秒以内用户解除按钮，即可取消告警信息。若5秒内没有任何按键按下，系统默认为确认告警，向监控中心发送告警信息。
　　3）语音呼救
　　用户可以进行语音呼叫告警，当系统检测到用户的语音中包含“报警”“告警”“救命”词语时，会向监控中心发送告警信息。
　　监控中心收到告警信息后，利用互联网的云服务，通过基于http协议进行发送，对监护人进行微信、邮件、短信、语音电话多个渠道的告警通知，解决邮件或者短信单个路径不靠谱的问题，确保每个告警都被准确推送。
　　跌倒服务
　　随着科技的发展与进步，各类机器人逐渐出现在我们的生活当中，“人机交互”这个概念也逐渐渗透入我们的生产生活之中。人工智能、虚拟现实等新技术层出不穷，人机交互的重要性也日渐彰显。人机交互指的是计算机与用户之间的双向通信，也就是双向的信息交换，即可以由用户向计算机输入信息，也可以由计算机向用户反馈信息。语音交互主要分为四个阶段，分别是：初始化（唤醒）、逻辑处理（语音识别、语音指令获取）、反馈（对话设计、指令反馈、语音合成）和动作控制（服务指令匹配、服务执行。
　　跌倒监控
　　跌倒监控主要功能是接收可穿戴式跌倒检测设备、家庭智能语音助手传来的信息（个人信息、跌倒告警信息、环境信息等），然后进行数据处理和显示；根据指令执行相应的处理，例如：地图定位实现、跌倒告警处理等。
　　随着互联网及其相关技术的不断发展，出现了一种新型的计算模式——云计算服务平台（以下简称“云平台”）。云平台上承载了大量的物理资源与虚拟资源，与此同时云平台采用了虚拟化技术实现了动态伸缩的服务量，使用户可以按照需求获取服务。云平台提供了人机交互界面，使得监控人员更方便的管理和操作。我们的跌倒监控主要就是基于云平台，包括基于物联网的数据采集、基于云平台的监控中心，主要包括数据采集和监控中心两个部分。
　　2. 实验结果——智能跌倒监控服务系统
　　根据前面的研究和方案，综合应用单片机、语音识别、云计算、物联网等多种技术，将互联网技术运用于老人，特别是对跌倒告警的及时通知等方面，开发了一套面向老人实时快捷的智能跌倒监控服务系统。
　　系统由可穿戴式跌倒检测设备+家庭智能语音助手+在线监控服务中心组成，完整的实现了跌倒检测、跌倒告警、跌倒服务、跌倒监控系列功能，可以通过蜂鸣、微信、短信、邮件、语音电话等多种渠道对监护人进行及时告警，也能夠通过语音交互提醒天气及温湿度进行预警，有效地完成监控数据接收，在紧急情况下能够进行实时的告警，防止伤害进一步加深。同时，实现了对老人部分健康信息的管理，构建出可靠的服务网络，为未来医疗云服务研究做了初步探索。
　　3. 后续拓展思考
　　“乐居智能养老”平台构建
　　“乐居智能养老”是以智能养老公寓（住宅）为平台，利用机器人、综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将养老有关的设施集成，构建高效的养老设施与日程事务的管理系统，提升养老安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的养老环境。
　　作者简介
　　余泽玮，2006.06，男，上海人，初中，研究方向：智能养老、科技创新。