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系統識別號 U0002-1601201414245400
中文論文名稱 基於智慧型手機之跌倒偵測與三維計步器之設計與實現
英文論文名稱 Design and Implementation of Fall Detection and Triaxial Pedometer Based on Smartphone Platform
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系資訊網路與通訊碩士班
系所名稱(英) Master's Program in Networking and Communications, Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 102
學期 1
出版年 103
研究生中文姓名 陳建榮
研究生英文姓名 Jian-Rong Chen
電子信箱 vindex1986@gmail.com
學號 600420318
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2014-01-10
論文頁數 63頁
口試委員 指導教授-黃連進
委員-陳裕賢
委員-張志勇
委員-黃連進
中文關鍵字 跌倒偵測  三軸加速器  陀螺儀  計步器  智慧型手機 
英文關鍵字 Fall detection  Three-axis Accelerometer  Gyroscope  Pedometer  Smart Phone 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 本文利用智慧型手機內建之三軸加速感測器和地磁感測器來計算走路步數,最終目的為老年人之跌倒偵測。高齡族群使用智慧型手機接受度提高,使用智慧型手機內建之感測器進行偵測,可降低感測器大小及配戴多種感測器之不便,以手機內建的多種感測器得知使用者肢體動態計算步數與分析跌倒狀況是否發生,防止當跌倒發生時,無人在旁協助治療之情況。
本文計步器演算法在分析三軸加速度量值於平地行走可達96%準確率,上樓梯可達90%準確率,下樓梯可達86%準確率,並可偵測使用者目前肢體動作以達更高之準確率,跌倒偵測改良Maarit Kangas等多位學者演算法,加入肢體動作分析,增加準確度避免因較激烈日常活動而產生跌倒誤判,增加使用者困擾。日常行走與起立坐下時不會有錯誤偵測跌倒警告,準確率達100%,整體跌倒偵測準確率可達88%。
英文摘要 This thesis use two sensors tri-axial acceleration sensors and magnetic sensors in smartphone to calculate walking steps. The main purpose is for detecting of fall in the elderly. Due to the older adult’s acceptance attitude of using smartphone is improving, using sensor in smartphone to detect fall will reduce incommodiousness of carry, and the volume of sensor become smaller. With various sensors to detect fall, could know that the user's calculating steps in dynamic and analyze the situation of fall will happen or not. In case the fall happened, no one help the elderly.
The algorithm of pedometer analyzed the accuracy rate of three-axis acceleration, it may reach 96% in walking, 90% in going upstairs, and 86% in going downstairs, it also achieves a higher accuracy rate in the user's physical action. The fall detection improved Maarit Kangas' and other scholars' algorithm. Adding the analysis of physical action raise the accuracy to avoid misjudgment of violent daily activities and use’s inconvenience. Daily walking, Standing up and sitting down will not warn the user of fall, the accuracy rate of whole fall detection may reach 88%.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 章節內容概要 3
第二章 系統相關背景介紹 4
2-1 Linux 作業系統 4
2-2 Android 作業系統 5
2-2.1 Android Activity生命週期 8
2-2.2 抓取基本感測器數值資料 10
2-3 Java 11
2-4 Eclipse 12
2-5 硬體介紹 12
2-6 標準重力 14
2-7 微機電系統MEMS 15
2-7.1 三軸加速度感測器(3-axial Accelerometer) 15
2-7.2 地磁感測器(Geomagnetic Sensor) 17
2-7.3 趨近感測器(Proximity Sensor) 18
2-8 步伐週期(Gait Cycle) 18
2-9 感測器配戴位置 19
2-10 一階差分 22
2-11 論文回顧 22
第三章 系統流程與實作 25
3-1 使用者姿態判斷 25
3-2 跌倒偵測演算法 26
3-3 計步演算法 30
第四章 實驗結果 35
第五章 結論與未來研究方向 44
5-1 結論 44
5-2 未來研究方向 45
參考文獻 46
附錄A NCS2013全國計算機會議Accept論文 50
附錄B 英文論文 58

圖目錄
圖 一 國內近20年人口結構分布圖 1
圖 二 ANDROID 4.4 KITKAT HOME SCREEN 6
圖 三 ANDROID系統市佔率 6
圖 四 ANDROID的系統架構圖 7
圖 五 ANDROID ACTIVITY生命週期 9
圖 六 手機X、Y、Z軸示意圖 16
圖 七 地球磁場南北示意圖 17
圖 八 人類走路步伐週期 19
圖 九 頭戴式跌倒偵測系統 19
圖 十 胸口跌倒偵測系統 20
圖 十一 腰部跌倒偵測系統 20
圖 十二 手臂跌倒偵測系統 21
圖 十三 腿部跌倒偵測系統 21
圖 十四 使用者姿態判斷 26
圖 十五 手機傾斜角度 27
圖 十六 正面跌倒加速度圖 28
圖 十七 後仰跌倒加速度圖 28
圖 十八 行走一步時的三軸加速度之Y、Z軸數值(一) 32
圖 十九 行走一步時的三軸加速度之Y、Z軸數值(二) 33
圖 二十 ANDROID APP執行畫面 37
圖 二十一 跌倒偵測實驗場地 38
圖 二十二 步伐偵測實驗場地(平地) 38
圖 二十三 步伐偵測實驗場地(樓梯) 39
圖 二十四 正向跌倒三軸加速度量值 40
圖 二十五 後仰跌倒三軸加速度量值 40
圖 二十六 平地行走時的Y、Z軸加速度(一) 41
圖 二十七 平地行走時的Y、Z軸加速度(二) 41
圖 二十八 上樓梯時的Y、Z軸加速度 42
圖 二十九 下樓梯時的Y、Z軸加速度 42
圖 三十 綜合測試之Y、Z軸加速度(一) 43
圖 三十一 綜合測試之Y、Z軸加速度(二) 43

表目錄
表 一 ANDROID感測器取樣頻率 10
表 二 HTC SENSATION XE硬體清單 13
表 三 GOOGLE NEXUS 5硬體清單 13
表 四 跌倒偵測之實驗結果及準確率 35
表 五 前後跌倒偵測準確率 35
表 六 計步器之實驗結果及準確率 36
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2014-02-26公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2014-02-26起公開。


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