人体平衡测量仪

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【摘要】随着社会的发展，当前社会的人口结构已发展到老龄化阶段，老年人的人身安全问题成为社会发必须面对的重要课题，进而提出了人体平衡测试仪的设计。

【关键词】老龄化；人身安全；人体平衡仪

中图分类号：P73 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2014）07-159-01

一、引言

当前社会的人口结构已发展到老龄化阶段，老年人的人身安全问题成为社会发必须面对的重要课题。其中身体失去平衡后跌倒在地的事件如不能得到及时的救助也会诱发其本身潜在的疾病或者是在恶劣的环境中受到更多的伤害。人体平衡测试仪系统可以有效对独自活动的老年人的人身安全提供保障，使其可放心的进行日常户外活动，提高了生活质量，减小了家人承受的压力，故其重要性不言而喻。

二、国内外研究现状分析

对人体平衡进行监测的方法很多，按照信号采集的方式来看，可以大致分为3种类型：

（一）基于视频采集的人体平衡监测系统

基于视频采集的人体平衡监测系统通过一定数量的摄像机获取人体的运动情况的画面，经过特定的图像处理方面的算法，判断图像中是否存在有人体失去平衡的特征。国外已经开发出了一些具有此类功能的实时系统。

1.MIT开发的Pfinder系统。Pfinder系统通过在固定位置放置的摄像机，实时跟踪人的行为并进行分析。该系统可以适应多种类型的场合，但是要求人体的图像没有被其他物体遮挡，并且只能分析单个的、站立的人体。

2.CMU开发的VSAM系统。VSAM全称为Visual Sur-veillance and Monitoring，是用于场景监控的视频自动解析技术。该系统使用模拟场景中的模拟物体来代替人力监控，以避免昂贵的费用和对监控者的不确定威胁。

3.Maryland开发的W4系统。W4即What，Where，When，Who。该系统对人体动作进行实时视觉监控，能够定位个体，并分解出人体的各个部分；不仅可以检测人体是否背负物品，还可以识别人体的行走、站立、端坐、平躺、侧卧等标准姿态。

国内的一些科研机构比如中科院自动化研究所的模式识别国家重点实验室（NLPR）的视觉监控小组在人体运动的视觉分析、交通场景事件分析和智能轮椅的视觉导航等方面取得了很多成果。这种基于视频信息的系统具有识别效果好的特点，但是这种系统要求摄像机安装在预先设定的位置，而摄像机的视角又有一定的局限，这就限制了监测区域和监测范围。当人体在活动时离开了摄像机的监测范围，该系统将不能为他们的安全提供预定的保障。而且这种使用摄像机的持续监控也容易造成个人隐私的泄露，具有潜在的不安全性。

（二）基于声音信号的人体平衡监测系统

基于声音信号的人体平衡监测系统是通过收集人体在活动时产生的声音信号进行分析，监测其中是否存在有人体在失去平衡后发生跌倒时产生的特定音频来进行判定。因为受到所在场合的杂音以及人体其他情况下发出的声音的干扰，这种方法效果较差，只能在特定场合使用或者仅仅作为其他方法的辅助检测方法。

（三）基于可穿戴的传感器的人体平衡监测系统

基于可穿戴的传感器的人体平衡监测系统是将袖珍传感器植入人体的其它穿戴的设备中，比如小挂件、衣服、鞋子等。但是由于这种基于核函数判别和K近邻算法的平衡检测算法运算量非常大，不适合于在嵌入式系统中对大量实时数据进行实时运算。

三、人体平衡仪的研究意义

进入21世纪以来，人口结构老龄化问题发展的越来越严重。根据中国社会科学院财政与贸易经济研究所的《中国财政政策报告2010/2011》指出，到2030年，中国65岁以上人口占比重将超过日本，成为全球人口老龄化程度最高的国家。到2050年，60岁及以上老人占比重将超过30%，中国社会将进入深度老龄化阶段。根据国外资料，超过65年龄的老人有1/3以上的概率会发生跌倒。在我国的这个年龄区间的老年人也很容易发生跌倒事件，而起随着年龄越来越高，其发生率也越高。

由于现代社会的生活模式，很多老人在生活中要经历一定的独居时间，在缺少监护的环境下，失去平衡后跌倒是对老人健康和生命安全的最严重威胁事件，但老人往往没有意识到要通知监护人寻求帮助，或者是在还来不及通知监护人时就已经失去了这种能力。失去平衡后跌倒造成的很多伤害是由于失去平衡跌倒后没能得到及时的救助而长时间平躺造成的，这种平躺的事件通常都超过一个小时甚至更多。造成这种情况的原因很复杂，比如失去平衡跌倒后昏迷，肌肉拉伤或骨折，体温迅速降低，身体大量脱水，恐惧带来的心里紧张或者是诱发了本身潜在的疾病等。由此可知，在老年人失去平衡发生跌倒后，最重要的是要及时获得救助，以减低伤害。

因此，建立一套有效的人体平衡监测与伤害信息报告系统非常重要。究目标的实现拟设计实现的一个高精度人体平衡测量装置由压力传感器、单片机、信号处理部分等组成。信号采集侧重考虑了滞后误差、重复性误差、区域误差、力台频率响应、分辨率等主要技术指标，以保证系统能够获得精确可靠的原始数据。

系统的硬件部分包括测试平台和目标板两部分。前者是一块带有三个压力传感器的铁三角板，后者是包括LM3S9D90单片机、放大电路、通讯模块、存储模块、显示模块以及电源等几个部分；软件的核心部分是数据分析处理模块，此外还包括通信模块、人机交互界面、会员管理模块。

系统采用三角形测力平台，平面性稳定且结构简单，会由于人体的微小的晃动会使三个传感器产生大小不等的电压信号，再经过放大滤波处理后传给单片机进行处理。处理后通过LCD显示人体在单位时间（1分钟）内单位时间间隔（10毫秒）人体重心的变化情况，并将采集到的数据储存在存储器中，以备后续建立数据库。可以通过有针对性对所显示的图样和数据进行综合的分析，判定人体的平衡能力和健康状况。