[发明专利]基于物联网的室内老年人监护系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种通过音频定位的室内老年人监护系统及方法。

背景技术

目前，中国的人口老龄化问题日益严重，据专家预测，到2030年，我国60岁及以上人口数量将达到3.1亿，占总人口20.42％；到2050年，老人口将高达4.37亿，达到总人口的31.2％。中国己经成为世界上人口老龄化速度最快的国家之一，老年人的人口比例不断攀升，但是相应的社会服务水平却很难符合现有的老年人监护要求，随着老年人的比例越来越高，许多空巢老人或者是重病老人需要24小时监护。在飞速发展的经济社会，儿女又往往没有足够的时间和精力来监护老人，从而引发了一系列社会问题。现有的老年人室内监护技术主要建立在视频设备监控的基础上，但是采用视频设备来进行老年人的室内监护很容易侵犯老年人的隐私，不被大多数老年人所接受，因而无法得到广泛的推广与应用。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提出一种基于物联网的室内老年人监护系统及方法，通过音频对老年人在室内的行为进行采集，将音频信息进行及时的分析利用，比如对老人跌倒、摔碎物品、求救呼喊等异常情况进行警报，对其日常行为进行分析，同时将这些信息及时的发送给监护服务端。本发明将关注点聚焦在利用室内定位技术获取被关注对象的活动位置，在此基础上进一步对对象状态进行判断或预警。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：一种基于物联网的室内老年人监护系统，该系统包括若干音频信号采集装置和监护服务端。所述音频信号采集装置置于房间的不同位置，所有音频信号采集装置不能够置于同一平面中，将装置底部紧贴于放置面，放置面平整。

所述音频信号采集装置包括箱体和置于箱体内的第一通信模块、控制单元和信号放大模块；箱体的表面嵌有麦克风模块；所述第一通信模块与控制单元相连。麦克风模块经信号放大模块与控制单元相连。

所述麦克风模块包括声音探头、驻极体电容传声器和供电电路，声音探头固定于箱体的底部，紧贴放置的桌面或者物体，声音探头与驻极体电容传声器相连，供电电路为驻极体电容传声器提供电源；所述声音探头将采集的音频信息传递到驻极体电容传声器，驻极体电容传声器将音频信号转化为电信号，经过信号放大模块进行放大，经由第一通信模块发送到监护服务端。

所述监护服务端包括第二通信模块和数据分析模块，所述第二通信模块与第一通信模块进行通信，所述数据分析模块接收音频信号采集装置采集的音频信号，通过能量比定位方法对声源进行定位，从而实现老年人的室内监护。所述能量比定位方法利用不同位置音频信号采集装置采集信号的能量差异来估计声源的位置，具体如下：

假设音频信号采集装置X_i在房间内的坐标为(x_i,y_i,z_i)，声源S的坐标为(x,y,z)，根据能量随传播距离衰减的比例关系有表达式：

令则故当r≠1时，整理可知上式为球面方程，圆心坐标C₁₂(u,v,w)和半径R为：

故根据四个音频信号采集装置的窗口能量比即可确定被监测者的三维空间位置。

进一步地，所述声音探头为医用听诊头和橡胶软管组成的一体结构或麦克风。

进一步地，所述数据分析模块在定位之后，还包括对声源类型的判断，具体如下：

a)对声源类型进行建模：通过音频信号采集装置采集室内各种发声情况的声源时域信号，基于傅里叶变换或小波变化方法得到声源信号的频域信息，根据声源信号不同频率下的功率谱密度大小得到该声源信号标准频率，最终建立各种发声情况与标准频率的声音模型；所述各种发声情况包括脚步声、跌倒声、叹息声、呼救声、物体碰撞声；

b)对声源类型进行判断：通过音频信号采集装置实时采集室内声源的时域信号，将时域信号转化为频域信息，根据声源信号不同频率下的功率谱密度大小得到该声源信号标准频率，将标准频率与声音模型相结合从而判断发声情况。例如：当体积较大或有缓冲的物体坠落时，则音频信号采集装置采集的声源信号频率偏低；当小物体或刚性类物体坠落时，对地面有快速冲击，此时音频信号采集装置采集的声源信号频率偏高；当易碎类物体坠落时，音频信号采集装置采集到高频信号，随后出现多声源点。