用于监测的传感器和系统

技术领域

本发明涉及一种方法、传感器和系统，借助于所述方法、传感器和系统可以观察、跟踪和监测被监测区域中的人。

背景技术

如果希望延长老龄化人口在其家庭环境中妥善处理的可能性，则对家庭环境中老年人的状况进行监测是必不可少的。安全手镯系统如今广泛用于这些类型的应用。它们的缺点是，用户必须连续佩戴手镯并且必须能够在紧急情况下按下警报按钮。也有检查用户的健康状态的手镯，但它们具有与上述相同的问题，并且另外，存在假警报的进一步问题。

还提出了在地板上安装由压电材料制成的薄膜的解决方案，其中薄膜记录由地板的表面上的移动引起的压力变化。使用待安装在地板上或地板下的传感器在现有技术中也是已知的，该传感器在不需要改变压力的情况下检测人的存在和移动，但借助于电容传感器起作用。

现有技术中还提出了使用摄像机、基于例如检测红外线的移动检测器或例如超声波传感器用于监测老年人的状况和状态的可能性。例如，WO2012164169文献公开了一种基于超声技术来跟踪对象的方法和系统。

使用毫米波(MMW)雷达来跟踪人的一些现有技术解决方案是已知的。

本领域已知的观察和监测系统的缺点是，它们无法在不同类型的环境中提供可靠的测量结果。例如，在现有技术解决方案中，呼吸中断或间断没有被可靠地感测，例如以确定睡眠呼吸暂停情况，并且没有基于识别的情况实施进一步的行动。在人的其他状态或状况方面发现了同样的问题，例如如果人长时间活动受限和/或如果人在他或她睡眠时打鼾。除此之外，现有技术的观察和监测系统的制造、安装和维护是复杂且昂贵的。例如，现有的基于雷达的传感器无法以最佳取向安装在天花板的角落中，因为它们缺乏补偿取向的装置。

根据本发明的传感器是被配置成测量人的状态和/或姿势的传感器，并且根据本发明的系统包括至少一个这样的传感器。在根据本发明的解决方案中，传感器可以安装例如在支架、天花板、地板或墙壁上。根据本发明的解决方案可以用于例如监测老年人例如在他们自己的家中或在养老院中的状况和状态。人的状况或状态中的一种状况或状态是呼吸中断或间断，这可以用传感器或连接到传感器的系统来感测，例如以便确定睡眠呼吸暂停情况。可以检测到的人的状况或状态中的一种状况或状态是被监测人的活动受限，例如以便避免褥疮或压力性溃疡。可以检测到的人的状况或状态中的一种状况或状态是被监测人的打鼾。还可以基于通知利用警报来警告人和/或其他人。

通过使用根据权利要求1所述的传感器、根据权利要求14所述的方法和根据权利要求25所述的系统，可以消除现有技术的状态的问题。本发明的特征在于权利要求中公开的内容。

本发明涉及一种用于观察被监测区域中的人的存在、位置、移动和/或姿势的传感器。传感器包括：用于处理传感器的测量信号的装置，诸如测量电子设备；以及用于传送测量结果和/或与测量结果相关的数据以供进一步处理的装置。传感器是基于雷达的传感器，诸如基于调频连续波MIMO雷达的传感器，该基于雷达的传感器被配置成检测被监测区域中的人并且测量和检测被监测人的移动，诸如呼吸频率、位置、速度和/或形状。传感器或连接到传感器的监测系统被配置成确定人的以下状态中的至少一种状态：被监测人的呼吸间断或中断，例如以便识别睡眠呼吸暂停；或被监测人的活动受限，例如以便避免褥疮或压力性溃疡。在本发明的一个实施例中，人的状态是被监测人的打鼾。传感器和/或监测系统被配置成基于人的呼吸的确定的状态来提供警报。

在本发明的一个实施例中，警报是本地警报，该本地警报包括：可听见的警报，例如经由扬声器、耳机或助听设备；视觉警报，诸如灯；和/或引起对床、床垫和/或对例如患有呼吸中断或睡眠呼吸暂停、活动受限和/或打鼾的被监测人的振动的警报。在本发明的一个实施例中，本地警报是可穿戴设备诸如手镯或手表上的警报，其中警报是可穿戴设备上的振动和/或存在由可穿戴设备引起的电击。

在本发明的一个实施例中，传感器被配置成以这样的方式来识别人的呼吸的间断或中断，例如睡眠呼吸暂停情况：该方式使得如果确定没有由呼吸引起的人的移动历经预定义的持续时间，则这被识别为呼吸的间断或中断和/或睡眠呼吸暂停。

在本发明的一个实施例中，传感器和/或系统被配置成以这样的方式来识别人的活动受限：该方式使得如果确定没有人的移动达预先确定的持续时间，则人被确定为活动受限。预先确定的持续时间可以被设定为其中人出现褥疮和/或压力性溃疡的风险低的时间段。

在本发明的一个实施例中，传感器和/或系统被配置成在人被确定为已经移动、醒来和/或已经开始再次呼吸之前提供本地警报。

在本发明的一个实施例中，传感器或系统被配置成基于人的确定的状态例如人的呼吸的间断或中断、人的活动受限或人的打鼾，通过向远程系统和/或向移动设备发送消息或警报来提供远程警报。

在本发明的一个实施例中，如果人没有对本地警报作出响应，例如如果人没有在预先确定的时间之后响应于本地警报而移动、醒来和/或开始呼吸，则提供远程警报。

在本发明的一个实施例中，传感器被布置在家庭环境或医院环境中的房间的支架、地板、天花板或墙壁上，例如布置在床旁边或上方，使得传感器的测量区域覆盖床和/或躺在床上的人的至少一部分。

在本发明的一个实施例中，传感器包括第一操作模式和第二操作模式。在第一操作模式下，传感器被配置成跟踪被监测人的移动，并且在第二操作模式下，传感器被配置成测量和/或进一步分析与被监测区域的一部分相关的测量值，其中在第一操作模式下观察到人的移动，以便观察人的状态，诸如被监测人的呼吸的中断或间断和/或人的活动受限。在本发明的一个实施例中，可以在第二操作模式下被确定的人的状态包括人的打鼾。

在本发明的一个实施例中，在第二操作模式下，传感器被配置成以这样的方式来分析测量信号：该方式使得测量信号的相位被确定，以便观察对象的移动，诸如心跳和/或呼吸和/或活动受限和/或打鼾。

在本发明的一个实施例中，传感器是雷达传感器，该雷达传感器被配置成例如用诸如调频连续波(FMCW)的连续波雷达技术来观察对象的仰角、方位角、移动和/或距离。

在本发明的一个实施例中，传感器包括用于检测传感器的取向的装置，诸如加速度传感器，并且传感器或系统被配置成当例如通过基于检测到的取向补偿测量结果来确定被监测人的存在、位置、移动和/或姿势时考虑传感器的检测到的取向。

在本发明的一个实施例中，传感器被配置成确定被监测人的睡眠质量。在本发明的一个实施例中，传感器和/或系统被配置成至少部分地基于被监测人的移动和/或呼吸频率来确定睡眠质量，例如通过跟踪均匀呼吸频率和身体移动的量的组合。被监测人的确定的睡眠质量可以包括与以下中的至少一者相关的信息：人已经睡眠了多长时间，人在睡眠时已经移动了多少，被监测人在睡眠时已经经历了什么类型的睡眠阶段，例如人已经经历了多深的睡眠。

本发明还涉及一种用于观察被监测区域中的人的存在、位置、移动和/或姿势的方法。在该方法中使用传感器，该传感器包括：用于处理传感器的测量信号的装置，诸如测量电子设备；以及用于传送测量结果和/或与测量结果相关的数据以供进一步处理的装置，其中传感器是基于雷达的传感器，诸如基于调频连续波MIMO雷达的传感器。在该方法中，传感器检测被监测区域中的人的存在并且测量和检测移动，诸如被监测人的呼吸频率、位置、速度和/或形状，并且传感器或连接到传感器的监测系统确定人的以下状态中的至少一种状态：被监测人的呼吸间断或中断，例如以便识别睡眠呼吸暂停；被监测人的活动受限，例如以便避免褥疮或压力性溃疡。在一个实施例中，传感器或连接到传感器的监测系统确定人的以下状态中的至少一种状态：被监测人的打鼾。传感器和/或监测系统基于人的确定的状态来提供警报，例如本地警报。

在本发明的一个实施例中，本地警报是：可听见的警报，例如经由扬声器、耳机或助听设备；视觉警报，诸如灯；和/或引起对床、床垫和/或对被监测人例如患有呼吸中断或睡眠呼吸暂停、活动受限和/或打鼾的被监测人的振动的警报。

在本发明的一个实施例中，本地警报是可穿戴设备诸如手镯或手表上的警报，其中警报是可穿戴设备上的振动和/或存在由可穿戴设备引起的电击。

在本发明的一个实施例中，传感器以这样的方式来识别人的呼吸的间断或中断，例如睡眠呼吸暂停情况：该方式使得如果确定没有由呼吸引起的人的移动历经预定义的持续时间，则这被识别为呼吸间断或中断和/或睡眠呼吸暂停。

在本发明的一个实施例中，传感器和/或系统以这样的方式来识别人的活动受限：该方式使得如果没有确定人的移动或高于阈值的移动达预先确定的持续时间，则人被确定为活动受限。预先确定的持续时间可以被设定为其中人出现褥疮和/或压力性溃疡的风险低的时间段。

在本发明的一个实施例中，在人移动、醒来和/或开始再次呼吸之前提供本地警报。

在本发明的一个实施例中，传感器或系统基于人的确定的状态例如人的呼吸的间断或中断、人的活动受限或人的打鼾，通过向远程系统和/或向移动设备发送消息或警报来提供远程警报。

在本发明的一个实施例中，如果人没有对本地警报作出响应，例如如果人没有在预先确定的时间之后响应于本地警报而移动、醒来和/或开始呼吸，则提供远程警报。

在本发明的一个实施例中，传感器包括第一操作模式和第二操作模式。在第一操作模式下，传感器跟踪被监测人的移动，并且在第二操作模式下，传感器测量和/或进一步分析与被监测区域的一部分相关的测量值，其中在第一操作模式下观察到人的移动，以便观察人的状态，诸如被监测人的呼吸的中断或间断、被监测人的活动受限和/或人的打鼾。

在本发明的一个实施例中，在第二操作模式下，传感器以这样的方式来分析测量信号：该方式使得测量信号的相位被确定，以便观察人的移动，诸如心跳和/或呼吸、打鼾或活动受限。

在本发明的一个实施例中，传感器包括用于检测传感器的取向的装置，诸如加速度计，并且传感器或系统当例如通过基于检测到的取向补偿测量结果来确定被监测人的存在、位置、移动和/或姿势时考虑传感器的检测到的取向。

在本发明的一个实施例中，传感器确定被监测人的睡眠质量。在本发明的一个实施例中，可以至少部分地基于被监测人的移动和/或呼吸频率来确定睡眠质量，例如通过跟踪均匀呼吸频率和身体移动的量的组合。被监测人的确定的睡眠质量可以包括与以下中的至少一者相关的信息：人已经睡眠了多长时间，人在睡眠时已经移动了多少，被监测人在睡眠时已经经历了什么类型的睡眠阶段，例如人已经经历了多深的睡眠。

本发明还涉及一种用于观察被监测区域中的一个或多个对象的存在、位置、移动和/或姿势的系统。系统包括至少一个根据本发明的传感器。一个或多个传感器装配在被监测区域中，例如在支架、地板、墙壁和/或天花板上。

在本发明的一个实施例中，系统被配置成提供本地警报和/或远程警报。

在本发明的一个实施例中，传感器被布置在床旁边或上方，使得传感器的测量区域覆盖床和/或躺在床上的人的至少一部分，并且传感器被布置成测量床上的人，例如在家庭环境或医院环境中。

其中一个优点是，系统能够用单个集成传感器可靠地观察人的移动以及还有人的健康相关功能，诸如心跳、呼吸、活动受限和/或打鼾。系统还能够在其中需要对人进行注意的情况下(例如，在呼吸中断情况下(例如由睡眠呼吸暂停引起)、人的活动受限或当人打鼾时)提供本地警报，使得人可以移动、醒来并且例如再次开始呼吸。不需要将传感器附接到用户或人，并且传感器可以以无线方式监测人，例如在家庭环境或医院环境中。

此外，在一个实施例中，可以提供具有多个传感器的系统，使得可以监测更大的区域，例如在床区域以外的区域。本发明的一个实施例(其中多个基于雷达的传感器被用于监测人)的优点是传感器及其操作可以被布置成使得尽管传感器至少部分地在相同空间中操作，但该传感器不会引起彼此干扰。

利用本发明的上述解决方案，提供了已知能够在不同类型的情况下提供可靠的测量结果并且易于安装和维护的监测系统。

附图说明

用以下附图说明本发明，在附图中：

图1呈现了在待监测区域中本发明的系统的一个示例实施例的部件，

图2呈现了本发明的系统的一个示例实施例的操作，

图3呈现了根据本发明的解决方案的传感器的示例实施例，

图4A至图4B呈现了本发明的一个实施例，其中传感器被布置到房间，例如在医院环境中，并且

图5A至图5B呈现了本发明的一个实施例，其中传感器被布置在房间中，例如在家庭环境中，

图6呈现了根据本发明的系统的一个示例实施例，并且

图7呈现了根据本发明的一个实施例的系统的处理流水线的示例。

具体实施方式

在本发明的解决方案中，传感器是可以检测对象的存在和移动的基于雷达的传感器。被监测对象可以是例如老人或受益于监督的其他某个人。传感器可以安装在支架上、在表面上(例如，在墙壁、门、地板或天花板上)和/或在表面(诸如，例如公寓、房间和/或对象可以进入的待监测区域的地板表面、墙壁表面、门表面或天花板表面)附近。传感器还可以用于观察被监测人的生命机能，诸如人的呼吸(例如呼吸频率)以及甚至心跳率。此特征允许监测例如睡着或已经倒下的人并且如果观察到任何异常现象则发出警报。

在根据本发明的解决方案中，系统包括至少一个传感器并且可以进一步包括借助于传感器产生传感器观察的测量电子设备以及被配置成处理传感器观察的处理器和/或包括存储器的中央单元，该中央单元是例如数据处理设备。出于此功能的目的，系统的中央单元可以包括必要的软件和关于正在检测的信号的特性性质的信息。通常，测量电子设备和/或中央单元可以从经由传感器接收到的信号中推断出信息。该系统可以具有中央单元，该中央单元可以管理一个或多个传感器或传感器组。在本发明的一个实施例中，一个传感器组包括例如在同一个空间中(诸如在同一房间中)的传感器。

待用传感器监测的区域可以是整个区域或仅仅是某个区域的一部分。待监测区域可以包括例如一个或多个房间，并且区域的某些部分，例如固定设施(诸如橱柜)可以留在待监测区域之外。在其中监测睡眠中的人的一个实施例中，传感器可以被布置成与床连接、在床上方和/或在床旁边，使得传感器的监测区域覆盖床或躺在床上的人的至少一部分。

在根据本发明的解决方案中，传感器检测被监测区域中的人并且测量和检测被监测人的位置、速度和/或形状。在本发明的一个实施例中，传感器被配置成基于信号强度和/或通过过滤掉可能的错误测量结果来观察对象。

传感器可以安装在支架上、在表面上(例如，墙壁、门、地板或天花板上)和/或在表面(诸如，例如公寓和/或对象可以进入的待监测区域的地板表面、墙壁表面、门表面或天花板表面)附近。在本发明的一个实施例中，一个或多个传感器安装在待监测空间的角落中、天花板正下方、朝空间的中心倾斜。典型的倾斜角度可以为例如15度。这使得传感器能够很好地越过障碍物诸如家具进行观察。在本发明的一个实施例中，一个或多个传感器被安装在墙壁上或待监测空间的角落中，通常在地板水平平面上方，例如在距地板大约40cm至150cm的高度处。传感器的视野可以为例如在水平平面上大约90度。

传感器可以包括例如毫米波(MMW)雷达，该MMW雷达可以例如在MIMO雷达原理下操作。在一个示例实施例中，可以有例如三个发射器天线和四个接收器天线。在该示例中，这形成了具有12个元素的虚拟天线。利用本发明的传感器，可以非常准确地观察对象的仰角、方位角、移动和距离。例如，FMCW(调频连续波)技术可以用于雷达。

传感器可以测量和检测被监测人的移动，诸如呼吸频率、位置、速度和/或形状。传感器被配置成确定人的状态，诸如被监测人的呼吸间断或中断，例如以便识别人的睡眠呼吸暂停和/或活动受限。在本发明的一个实施例中，人的确定的状态包括人的打鼾。传感器和/或监测系统被配置成基于人的呼吸的确定的状况来提供警报，诸如本地警报。

本发明的系统可用于检测压力性溃疡的高风险。压力性溃疡(PU；即，褥疮、压疮)是由于过度压力和剪切力而导致的局部损伤组织区域。压力性溃疡最常发生在行动不便并且承受长时间压力(例如，当躺在床上一动不动时)的个体中。在统计上，老年群体中的患病率也显著增加。可以利用有效的风险评估和随后的有针对性的干预措施来避免大多数PU。

在疗养院中，PU对于行动不便的住户来说是严重的问题。为了避免PU，护士必须定期访视睡眠中的住户以改变他们的姿态，例如从一侧到另一侧。显然，这不仅增加了本已忙碌的护士的工作量，而且还打扰了其他住户的睡眠，即使他们自己已经改变了姿态。此外，有时可能难以评估一些住户的PU的风险。他们的活动能力可能很好，但睡觉时仍然一动不动。

本发明可以利用一种系统来解决这些问题，该系统能够跟踪住户的位置和/或姿态、监测他的移动、同时使护理人员得到休息并且在住户由于运动不足而处于产生PU的风险的情况下警告护理人员。位置跟踪的目的是允许系统将不同的移动源(例如正在访视区域的护士)分开。它还允许系统动态地适应被监测住户的不同位置。

在本发明的一个实施例中，传感器和/或系统以这样的方式来识别人的活动受限：该方式使得如果确定没有人的移动达预先确定的持续时间，则人被确定为活动受限。以此方式，可以保持受监测人出现压力性溃疡的风险为低。预先确定的持续时间可以被设定为其中人出现压力性溃疡的风险低的时间段。在一个实施例中，如果人没有对由活动受限引起的本地警报作出响应，则另一个人(例如护士)可以被警告以移动该人。

在本发明的一个实施例中，系统使用具有天线阵列的以毫米波波段进行操作的FMCW雷达来跟踪人的精确位置。系统包括用户界面或另一个配置界面，其可以用于指定床、沙发的位置和其他感兴趣位置，并且将这些位置保存在房间配置数据存储中。CPU从雷达接收人的位置，并且与房间配置协商以确定住户是否位于床上还是用于休息的另一个地方。当这种情况发生时，CPU告诉雷达聚焦于感兴趣位置并且开始监测精细运动。这种聚焦可以例如通过利用天线阵列使用波束形成以放大源自感兴趣方向的信号来完成。

通过观察信号的范围或多普勒频谱中的变化可以检测大的运动。通过观察信号的相位角中的变化可以检测小的运动。通过结合这些方法并且应用适当的阈值转换法，系统可以检测足够大的移动以例如预防PU。在本发明的一个实施例中，系统包括定时器，该定时器在开始时以及每当检测到足够大的运动(运动超过设定阈值)时被重置。在本发明的一个实施例中，系统可以包括用户界面，该用户界面示出住户已经一动不动的持续时间的长度。如果持续时间过长，则系统触发警报以通知护士关于PU的风险。警报可以被递送到手机或护士使用的任何其他警报通道。

在本发明的一个实施例中，传感器和/或系统识别人的打鼾。在一个实施例中，可以通过仅麦克风来识别打鼾。在一个实施例中，可以基于基于雷达的传感器的测量值来确定打鼾。在一个实施例中，可以利用来自基于雷达的传感器和麦克风的测量值的组合。以此方式，如果人正在打鼾，则可以利用本地警报来警告他或她。在本发明的利用麦克风的一个实施例中，麦克风可以集成和/或连接到传感器。

在本发明的一个实施例中，传感器被配置成确定被监测人的睡眠质量。被监测人的确定的睡眠质量可以包括与以下中的至少一者相关的信息：人已经睡眠了多长时间，人在睡眠时已经移动了多少，被监测人在睡眠时已经经历了什么类型的睡眠阶段，例如人已经经历了多深的睡眠。在本发明的一个实施例中，可以至少部分地基于由传感器感测到的被监测人的移动和/或呼吸频率(例如甚至呼吸频率)来确定睡眠质量。在本发明的一个实施例中，对睡眠质量的确定可以至少部分地通过跟踪均匀呼吸频率和身体移动的量的组合来实施。

在本发明的一个实施例中，传感器被配置成在第一操作模式下通过分析从人反射的信号(例如多普勒频率、信号的范围和到达角度)来跟踪被观察人的移动。在本发明的一个实施例中，传感器被配置成在第二操作模式下通过分析测量信号的相位来跟踪被监测人的心跳和/或呼吸。在本发明的一个实施例中，其中传感器的扫描时间在第二操作模式下比在第一操作模式下更长。在本发明的一个实施例中，第二操作模式可以仅通过应用于信号的数字信号处理算法而区别于第一操作模式。

在本发明的一个实施例中，在第二操作模式下，不执行对人的跟踪。在本发明的一个实施例中，一个传感器可以同时使用第一操作模式和第二操作模式，例如使得始终使用第一操作模式，并且当需要第二操作模式时启用第二操作模式并且当不需要时停用第二操作模式。在本发明的一个实施例中，一个传感器可以以交错方式使用第一操作模式和第二操作模式。

传感器可以被配置成基于检测到被监测人没有移动、已经倒下和/或被监测人的速度比预定义的阈值更慢来启用第二操作模式。传感器可以被配置成基于检测到被监测人未被确定为倒下、人正在移动和/或被监测人的速度比预定义的阈值更高来停用第二操作模式。

在第二操作模式下，传感器可以被配置成以这样的方式来分析测量信号：该方式使得测量信号的相位被确定，以便观察人的移动，诸如心跳和/或呼吸。在本发明的一个实施例中，在第二操作模式下，传感器和/或传感器的测量电子设备被配置成分析来自区域和/或区域周围一定距离的测量信号，该测量信号与在第一操作模式下确定的传感器距人的确定的方位角、仰角和/或距离相关。

在一个实施例中，系统包括至少两个传感器并且被配置成基于至少两个传感器的测量信号来检测和测量被监测区域中的人，该至少两个传感器可以监测被监测区域的相同区域和/或不同部分。例如，传感器的测量区域可以例如在该区域的某个部分处重叠。

在本发明的实施例中，在公寓或疗养院中，每个房间中可以有至少一个雷达。在这种情况下，如果不采取纠正措施，则雷达将会彼此干扰。在一个实施例中，提出了将模式和/或若干个雷达划分为特定时隙，使得若干个雷达可以在不引起干扰的情况下彼此靠近地同时使用。传感器的传输可以例如以使得传感器能够观察同一人和/或同一房间的方式以交错的方式同步和进行。

在本发明的一个实施例中，不同的传感器可以处于不同的操作模式，例如，在第二操作模式被启用时一些传感器确定静止对象，而其他传感器使用仅第一操作模式来监测对象的移动并搜索静止对象。

如果人被解释为已经倒下和/或如果被监测人的生命机能(诸如被监测人的被跟踪的心跳和/或呼吸)不在预定义的极限内，则系统可以发送倒下通知。在一个实施例中，通知和/或倒下通知包括向监测人的健康的人和/或组织发送警报或消息，例如，作为消息发送到电话、作为警报和/或例如发送给护士、亲属或急救中心。

在本发明的一个实施例中，可以由用户利用传感器和/或传感器系统确定人可以躺下的固定对象(诸如床或沙发)，并且传感器不将人确定为倒在这些固定对象的区域中。

在本发明的一个实施例中，传感器可以通过被观察对象的确定的仰角来区分对象与被观察人，例如其方式为使得当确定的对象的仰角基本上一直低于特定阈值仰角值时，所述对象可以被识别为并非人。

在一些应用中，首先对未改变区域进行制图(即，当主要静止且不移动的对象和结构就位时对传感器的测量信息进行制图)是有利的。这种类型的情形是例如处于当家具就位但公寓中没有人、宠物或机器人时的住宅公寓中。此经制图的信息可以记录在系统中，例如记录在位于中央单元的存储器中或记录在经由数据网络连接的存储器装置中，其中所述存储器装置可以例如处于控制中心或服务中心中。为此目的，存储器装置可以集成到布置中，因此存储器装置可以处于中央单元中或经由数据网络连接到中央单元。

根据本发明的一个实施例，系统连续地或以定义的间隔对未改变区域进行制图，在这种情况下，系统能够检测例如由新家具或由家具位置变化引起的区域变化。以此方式，系统能够逐渐适应待监测区域中发生的变化。

在本发明的一个实施例中，传感器或系统被配置成通过人的确定的仰角来检测人倒下和/或坐下，例如使得当人的仰角低于特定阈值仰角值时，人可以被确定为已经倒下。在本发明的一个实施例中，跟踪人的仰角并用诸如卡尔曼滤波器或低通滤波器等滤波器进行过滤，以便防止由于噪声测量而导致的假警报。

图1呈现了在待监测区域中根据本发明的系统的实施例的部件。待在本发明中使用的传感器101或多个传感器被布置成以这样的方式与待监测区域连接：该方式使得借助于传感器101或多个传感器，可以监测待监测区域。如果使用了待安装在表面(例如，墙壁、地板或天花板表面)的顶部上的传感器，则传感器可以例如用双面胶带或用贴纸紧固到表面，在这种情况下，传感器可以容易地移除。传感器101可以无线地或通过有线连接到网关104，该网关收集从传感器101获得的测量值或由传感器101形成的状态信息，例如检测到的对象、对象(诸如人)的健康状态和/或对象的移动和姿势。网关104向前发送信息，例如到控制中心或到监督区域和/或区域中的对象(诸如人)的另一个主体。系统与某个接收者之间的信息传递可以例如使用电话连接、有线宽带连接或无线连接来执行。在数据传递中考虑与数据安全和隐私相关的问题是有利的，许多官方法规也涉及该问题。

在本发明的一个实施例中，传感器101或多个传感器包括它们自己的中央单元，并且传感器的中央单元与网关104连接。在本发明的第二实施例中，传感器101或多个传感器的中央单元被集成到网关104中。

中央单元或网关104的一些功能可以经由数据网络连接在别处执行(例如，在中央控制室或服务中心中)。

根据本发明的一个实施例，可以由系统在正在监测的空间中发出持续预先确定的时间段的警报信号。此警报信号可以例如在发送警报或通知之前作为本地警报发出，并且其可以经由系统的光警报单元和/或声音警报单元发出。光警报单元和/或声音警报单元可以处于住所的每个不同部分(例如，房间)。此功能也可以集成到传感器中，例如集成到所有传感器或仅一些传感器中。

根据本发明的系统还可以包括呼叫按钮102。在按下呼叫按钮之后，系统可以连接到例如护理人员、安保人员，或者其可以执行各种警报程序。呼叫按钮可以是无线的，并且呼叫按钮可以被适配成在没有电池的情况下起作用。

根据本发明的系统的通知程序和警报程序可以包括例如启用本地警报、指示信号传递(诸如蜂鸣器、灯、警报器、闹钟等)、与警报中心或服务中心、护理提供者或亲属取得联系。在一些情况下，也可以直接向正在监测的人或向用户发送警报(例如，借助于语音合成或语音记录)。为了执行这些任务，组件可以包括处理时间数据所需的装置(诸如，例如时钟电路)。

根据本发明的系统还可以包括火灾检测器103，该火灾检测器可以经由有线或无线连接与另一个系统连接。如果火灾检测器103发出火灾警报，则可以例如通过向控制中心或救援当局发送警报消息来执行警报程序。

图2呈现了根据本发明的系统的实施例的操作，其中监测了正在监测的区域中的人206的健康状态或姿势。

如果系统的传感器101检测到正在监测的区域中的对象(诸如人)206已经倒下和/或人的生命机能(诸如呼吸频率)不处于可接受的水平，则系统可以发送通知。

在本发明的一个实施例中，系统检查由多个传感器(例如，由正在监测的区域中的所有传感器)测量的信息，并且只有在传感器未在区域中检测到其他人时才发送通知(例如远程警报)。

在图2所呈现的实施例中的情形下(其中系统例如由于人倒下或由于人的确定的生命机能而发送消息)，传感器101将关于该情形的信息发送到系统的网关104，并且网关104例如经由互联网连接或经由某种其他连接将信息和/或警报向前发送到服务器201。来自服务器201的信息和/或警报被发送到监测人的健康的主体，例如作为消息发送到手机202、作为警报和/或例如发送给护士203、亲属或急救中心。以此方式，例如，关于人的倒下或健康的信息到达必要的人或组织，并且倒下的人尽快得到帮助。在本发明的一个实施例中，系统可以将信息直接从网关104发送到监测被监测人的健康的组织或人。

本发明的解决方案中所使用的处理器、中央单元和/或测量电子设备可以集成到传感器中，或者它们可以单独地设置或设置在单独的单元中。在本发明的实施例中，利用由处理器执行的软件，传感器或系统可以解释用至少一个传感器观察到的移动并且如果为程序定义的警报条件得到满足则可以发出警报。

在本发明的一个实施例中，待监测区域的仅一些传感器具有使得能够发出如上所述的警报信号的功能。例如，仅一些房间中(诸如客厅中)的传感器可以设置有此功能，并且其他房间中的传感器在检测到倒下和/或被监测人的测量结果不处于可接受的和/或预定义的范围内之后立即向前发送通知。在本发明的一个实施例中，一个空间中(诸如房间中)的仅一些传感器包括使得能够发出如上所述的警报信号的功能。

系统还可以包括控制中心，并且关于对象的存在、位置、移动和/或姿势的预先确定的信息可以发送到控制中心。可以例如基于存在信息(该存在信息可以例如从RFID读取器接收)改变系统所使用的警报术语。可以发送通知或者可以发出警报，例如到外部警报系统或无线地到系统的中央服务器，警报从该服务器被引导向前。

系统还可以具有存储器装置，其中系统被适配成记录测量信号或从测量信号导出的信息，以用于观察正在监测的区域的时间依赖性和人们的行为。借助于此，例如如果正在监测的人在一定时间内没有起床或去厨房，或者如果人上厕所过于频繁，或者如果被观察人的生命机能(诸如呼吸或心跳)在特定时间期间已经改变，则系统可以发出警报。存储器装置还使得能够学习较为常见的日常节奏并检测其中发生的异常。

在下文中，描述了一个示例实施例。在此示例实施例中，传感器的第一操作模式用于跟踪人的存在和移动，例如在单个房间中。在此实施例中，跟踪是用测量出的点云数据进行的。所需的多普勒范围通过下式给出

在一个示例中，如果人正在以1m/s的速度移动，则所需的多普勒范围为+-400Hz，并且在60GHz频率下的最大测量间隔为2.5ms。吸气持续约2秒。如果对应的移动为5mm，则所需的多普勒范围为+-1Hz，并且扫描时间为一秒。

当系统观察到人已经停止时，系统可以启用第二操作模式，在该第二操作模式下，系统能够跟踪人的生命机能，诸如心跳和/或呼吸，诸如呼吸中断和/或频率。在本发明的一个实施例中，系统需要在其能够检测人的呼吸周期之前执行测量达一定的持续时间。

在确定了人的生命机能之后，系统可以停用第二操作模式。在一个示例实施例中，系统可以周期性地确定同一人的生命机能，例如只要人保持静止即可。如果系统观察到静止的人，则系统开始通过使用第二操作模式来确定这些人的生命机能。

在本发明的一个示例实施例中，可以实施第二操作模式下的操作，例如使得当已经检测到静止对象时，保存并分析检测到的对象的区域周围的点云数据。可以周期性地(例如每600ms)生成保存的包。在本发明的一个实施例中，数据可以被传递到中央控制单元以供分析。利用对信号(即，点云数据)的分析，可以观察关于对象的较小移动的信息，并且因此，系统能够确定例如人的呼吸活动和/或心跳。

在本发明的一个实施例中，传感器的扫描时间在第二操作模式下更长，并且由于这一点，可以实现更好的信噪比。此外，可以利用更多TX天线，因为有更多的时间可用于测量。以此方式，可以提高角度分辨率。为了提高距离分辨率，可以增加频率扫描范围。

可以例如用快速傅立叶变换(FFT)确定多普勒频率。生命机能活动(例如，心跳和呼吸活动)可以基于确定的多普勒频率来确定。在本发明的一个实施例中，在第二操作模式下使用了更多TX天线以增加空间分辨率。因为被监测人未正在移动，所以可以对较小的区域进行信号处理。

在本发明的一个实施例中，传感器和/或系统可以包括用于识别人的基于无线电的识别装置。基于无线电的识别装置可以是例如基于蓝牙、低功耗蓝牙(BLE)或Zigbee的装置。在此实施例中，系统可以识别人和人所携带的基于无线电的设备，诸如手镯、手表、移动设备、标签，并且测量结果可以链接到特定的识别的人。以此方式，系统能够知道谁出现在被监测区域中以及测量结果与谁相关。

在本发明的一个实施例中，基于无线电的识别装置可以包括天线阵列，当存在超过一个人和设备时，该天线阵列使得能够更准确地将识别设备与其载体相关联。

在本发明的一个实施例中，如果识别装置在被监测区域中检测到某个人(诸如护士)，则可以自动禁用警报。

在本发明的一个实施例中，系统的警报条件可以包括人的身份。例如，当未经授权的人进入某个位置时，可以触发警报。

在本发明的一个实施例中，基于无线电的识别装置(例如，基于蓝牙、低功耗蓝牙(BLE)或Zigbee的装置)可以用于定位人或协助定位人。传感器可以包括用于基于无线电的识别装置的若干个天线，例如用于例如根据蓝牙5.1规范实现测向技术(例如Zigbee、蓝牙或低功耗蓝牙(BLE)测向技术)的蓝牙、BLE或Zigbee天线。在本发明的一个实施例中，如果传感器的雷达检测到移动，但基于无线电的识别装置未检测到远程可读的标签或设备(诸如蓝牙、BLE或Zigbee标签或设备)，则由雷达检测到的人可以被视为访客。另一方面，如果雷达检测到远程可读的标签或设备(诸如蓝牙、BLE或Zigbee标签或设备)，则可以识别检测到的人，并且可以基于识别到的人来采取行动。在一个示例实施例中，当住户处于房间中并且还有协助的人时，可以在系统中将人或房间的状态设置为“房间中存在协助的人”。以相同方式，在系统识别出属于房间中的非住户的人进入房间时，也可以确认住户作出的警报。在这种情况下，可以自动确认警报。在一个实施例中，警报不会被自动确认，而是需要活动的可识别事件(例如，来自用户设备)。

在本发明的一个实施例中，可以通过例如被布置到走廊中的其他装置，例如用监测摄像机来完成对检测到的人的识别。在这种情况下，基于雷达的传感器检测到有人正在进入房间，并且系统可以检查来自监测摄像机的信息(例如，从监测记录中从某个时间点)，其中可以看到有人进入了房间。在一个实施例中，此记录可以作为进入事件链接到房间，并且如果需要的话，稍后可以通过查看记录来识别进入者。在这种情况下，识别可以是自动的，但如果其不是优选的，则不必实施自动识别。如果使用了来自视频的自动识别，则可以例如基于面部识别技术来实施自动识别。在一个实施例中，如果可以通过其他方式识别用户，则不使用面部识别或基于视频的识别。在一个实施例中，只有在无法以任何其他方式识别人的情况下才使用基于视频的识别。

在本发明的一个实施例中(其中使用了基于无线电的识别装置)，必要的电子设备和天线可以与传感器集成。图3中呈现了实施例的示例，其中蓝牙天线阵列与传感器301集成。图3的蓝牙天线阵列包括四个天线302以及控制识别装置和天线的操作的所需电子设备。天线阵列可以用于测量和检测蓝牙设备和标签并且例如用于使用蓝牙5.1测向技术来定位携带蓝牙设备(诸如手镯)的人。在一个实施例中，例如由传感器将用蓝牙天线阵列测得的数据与由雷达测得的数据组合，以增加雷达传感器的位置和定位准确度。在此实施例中，布置在传感器的中心并且在由四个蓝牙天线302形成的区域内部的雷达303(图3上的303在哪里？)的天线或天线阵列。

在本发明的一个实施例中，根据本发明的传感器可以用于例如病房中或用于人们正在睡觉并且需要传感器的监测的房间中。在此实施例中，传感器可以被布置成使得传感器能够测量并感测出现在床上的人。传感器可以被布置在房间中或与房间连接，使得一个传感器的被监测区域覆盖一张床的至少一部分。在本发明的一个实施例中，传感器被布置在房间的天花板上，例如在每张床上方，例如每张床上方一个传感器。在本发明的一个实施例中，传感器被布置在房间的墙壁上，例如每张床旁边，例如每张床旁边一个传感器。利用这些实施例，传感器能够测量和/或感测人在床上的存在以及人的生命机能，诸如移动、心跳和呼吸。这些实施例的优点之一是，可以在不打扰睡着的人的情况下对其进行监测，这例如用有线传感器是不可能的。例如在利用此实施例的医院环境中，监测应当睡着的人对于工作人员和护士来说也容易。利用这些实施例，传感器不必包括用于检测传感器的取向的其装置。

在本发明的一个实施例中，根据本发明的至少一个附加传感器可以被布置在人们正在睡觉的被监测房间或区域中。此附加传感器能够感测并监测已经离开他们的床的人。在这种情况下，附加传感器的测量区域可以大于传感器监测床的测量区域。测量区域可以覆盖基本上整个房间(例如，利用单个或多个附加传感器)。此附加传感器也可以被布置在房间中或与房间连接，使得一个或多个传感器的测量区域覆盖房间并且尤其覆盖床外的区域。在一个实施例中，附加传感器可以被布置在房间的天花板、墙壁和/或角落上或支架上。利用此实施例，可以由工作人员更好地监测房间，例如如果人们正在离开他们的床和/或打扰试图入睡的其他人，则可以发出警报。这些附加传感器还使得能够监测已经离开他们的床的人，并且例如如果人倒下和/或如果确定的生命机能不处于预定义的和/或可接受的水平，则生成警报。利用这些实施例，附加传感器不必包括用于检测传感器的取向的装置。

图4A和图4B作为示例呈现了可以在房间(例如，病房)中如何实施此实施例。图4A从上面呈现了房间，并且图4B将同一房间呈现为侧视图。在此示例中，实施例床403被布置在房间中。传感器401被布置在房间中，使得一个传感器401的测量区域402覆盖一张床403的至少一部分。在本发明的一个实施例中，传感器401被布置在房间的墙壁上的支架上，例如在每张床403旁边，例如如图4A和图4B所呈现的每张床旁边一个传感器。附加传感器410还被布置在人们正在睡觉的被监测房间或被监测区域中。此附加传感器410能够感测并测量已经离开他们的床403的人。在这种情况下，附加传感器410的测量区域411大于监测床403的传感器401的测量区域。附加传感器410的测量区域411可以覆盖基本上整个房间。附加传感器411可以被布置在房间的天花板、墙壁和/或角落上。

图5A和图5B作为示例呈现了可以在房间中(例如，家庭环境中)如何实施此实施例。图5A从上面呈现了房间，并且图5B将同一房间呈现为侧视图。在此示例实施例中，一张床503被布置在房间中。传感器501被布置在房间中，使得传感器501的测量区域502覆盖床503的至少一部分。传感器可以被布置在房间的天花板、墙壁和/或角落上或支架上。在本发明的一个实施例中，传感器501被布置在房间的墙壁上，例如在床503旁边。在本发明的一个实施例中，传感器可以被布置在房间的天花板上，例如在床上方。附加传感器510也可以被布置在被监测区域中。此附加传感器510能够感测、测量和监测已经离开他/她的床503的人。在这种情况下，附加传感器510的测量区域511可以大于监测床503的传感器501的测量区域。附加传感器510的测量区域511可以覆盖基本上整个房间。附加传感器411可以被布置在房间的天花板、墙壁和/或角落上。

在本发明的一个实施例中，每个房间一个传感器足以能够在不同环境下测量房间中的人。在本发明的一个实施例中，同一传感器可以跟随人的快速移动并且还监测床上的人，因为传感器可以针对人的不同活动使用第一操作模式和第二操作模式。传感器可以在第一操作模式下监测整个房间，并且在第二操作模式下检测在床上的人的呼吸，例如如果传感器靠近床安装。在本发明的一个实施例中，因此不需要用于床的单独的传感器。

图6示出了系统的一个实施例的至少一部分部件，其可以用于检测人的健康相关状态，诸如压力性溃疡。FMCW雷达605被配置成监测房间104并跟踪其中的人。当人602进入床600时，CPU 606指示雷达将波束603聚焦在人的方向上并重置运动检测定时器。CPU 606使用房间配置数据存储607来确定人何时在床上。利用允许指定床609的位置的用户界面608将配置输入到数据存储607中。

CPU 606和房间配置存储607可以与雷达605集成或者集成在该雷达内，或者它们可以位于单独的计算机中。用户界面可以是计算机程序或与网络浏览器一起使用的基于网络的应用程序，从而远程访问配置存储。CPU 606可以是单个CPU或者其可以包括多个CPU，每个CPU运行其自己的数据处理流水线的任务。

图7示出了本发明的系统所使用的数据处理流水线的一个实施例。基本雷达数据处理流水线701负责确定和跟踪人的三维位置。精细运动检测流水线702检测低于CFAR(恒定假警报率)检测块的阈值的更精细移动。首先应用波束形成来增加感兴趣方向上射程谱的信噪比(SNR)。然后其估计感兴趣范围内的射程谱的相位角。相位角经过高通滤波，以便看到其由于移动而引起的变化。变化的幅度在尖峰检测块中进行评估，并且此信号在运动检测块中与位于感兴趣区域内的CFAR检测相组合。如果系统用于检测活动受限或压力性溃疡的风险，则在本发明的实施例中的一个实施例中，运动检测的输出是针对定时器的重置信号，每当跟踪算法确定床上有人时该定时器就运行。当定时器达到预定义的安全极限时，可以触发警报。

本发明的一个实施例涉及用于观察被监测区域中的人的存在、位置、移动和/或姿势的传感器组件，传感器组件包括基于红外线的传感器(诸如PIR(无源红外线)传感器)和基于雷达的传感器。传感器组件进一步包括用于处理传感器的测量信号的装置，诸如测量电子设备。基于红外线的传感器被配置成测量被监测区域并检测人在被监测区域中的移动。基于雷达的传感器被配置成测量被监测区域并检测人在被监测区域中的移动。传感器组件被配置成使用基于红外线的传感器来观察被监测区域中的移动并且使得基于雷达的传感器能够测量何时基于红外线的传感器无法观察被监测区域中的移动和/或当其低于预定义的阈值水平时由基于红外线的传感器在被监测区域中观察到的移动。当不需要基于雷达的传感器时(例如，当基于雷达的传感器未检测到任何移动时或者当不需要准确的测量结果时)，可以禁用基于雷达的传感器。然后，可以用基于红外线的传感器继续对区域进行监测。

在本发明的一个实施例中，传感器组件被配置成当基于红外线的传感器能够观察到被监测区域中的移动和/或当其高于预定义的阈值水平时由基于红外线的传感器在被监测区域中观察到移动时禁用基于雷达的传感器。

在本发明的一个实施例中，基于红外线的传感器的测量区域被布置和/或限制为使得基于红外线的传感器无法观察到某个高度以下的移动(例如，在地板水平)。

在本发明的一个实施例中，传感器组件包括被配置成为传感器组件提供能量的电池。在本发明的一个实施例中，传感器组件包括被配置成为传感器组件和/或电池提供能量的市电电源。

在本发明的一个实施例中，传感器组件结构包括其中可以放置传感器组件的附接结构，其中附接结构可固定在支架、墙壁或天花板上。在本发明的一个实施例中，传感器组件无需任何工具即可从附接装置移除，例如以用于为传感器组件的电池充电。传感器组件或用于传感器组件的附接结构可以被布置在支架、墙壁上，例如在距地板水平1,5m的高度处或高于该高度。

在本发明的一个实施例中，基于雷达的传感器被配置成基于测量信号来确定对象及其距传感器的方位角、仰角和/或距离。

在本发明的一个实施例中，传感器组件被配置成通过以这样的方式至少过滤测量信号来分析测量信号：该方式使得测量信号的相位被确定，以便观察人的移动，诸如心跳和/或呼吸。

在本发明的一个实施例中，传感器组件被配置成通过人的确定的仰角来检测人的倒下和/或坐下，例如使得当人的仰角低于特定阈值仰角值时，人可以被确定为已经倒下。

在本发明的一个实施例中，基于雷达的传感器是雷达传感器，该雷达传感器被配置成例如用诸如调频连续波(FMCW)的连续波雷达技术来观察对象的仰角、方位角、移动和/或距离。

在本发明的一个实施例中，传感器组件包括用于检测传感器的姿势的装置，诸如加速度计，并且传感器被配置成当确定从传感器到人的方位角、仰角和/或距离时考虑传感器的姿势。

本发明的一个实施例还涉及用于利用传感器组件来观察被监测区域中的人的存在、位置、移动和/或姿势的方法，传感器组件包括基于红外线的传感器(诸如PIR传感器)和基于雷达的传感器，传感器组件进一步包括用于处理传感器的测量信号的装置，诸如测量电子设备。基于红外线的传感器测量被监测区域并且检测人在被监测区域中的移动。基于雷达的传感器测量被监测区域并检测人在被监测区域中的移动。传感器组件使用基于红外线的传感器来观察被监测区域中的移动并且使得基于雷达的传感器能够测量何时基于红外线的传感器无法够观察到被监测区域中的移动和/或由基于红外线的传感器在被监测区域中观察到的移动低于预定义的阈值水平。

本发明的一个实施例还涉及一种用于观察待监测区域中的一个或多个待监测对象的存在、位置、移动和/或姿势的系统。系统包括至少一个根据本发明的传感器组件，其中一个或多个传感器组件装配在被监测区域中，例如在支架、地板、墙壁和/或天花板上。

在本发明的一个实施例中，系统包括至少两个本发明的所述传感器组件，并且系统被配置成基于至少两个传感器组件的测量信号来检测和测量被监测区域中的人，该至少两个传感器组件可以监测相同区域和/或不同区域。

在本发明的一个实施例中，系统被进一步适配成如果人被解释为已经倒下和/或如果被监测人的生命机能诸如被监测人的跟踪心跳和/或呼吸不在预定义的极限内则发送倒下的通知。

在本发明的一个实施例中，通知和/或倒下通知是向监测人的健康的人和/或组织发送警报或消息，例如作为消息发送到电话、作为警报和/或例如发送给护士、亲属或急救中心。

在本发明的一个实施例中，系统被适配成使用有线或无线通信装置向前发送从人导出的信息。

在本发明的一个实施例中，传感器、传感器组件和/或传感器系统包括至少一个光源，例如LED光源，其中传感器组件被配置成当传感器观察到站立的人(例如，在一天中的某些时间)时和/或当被监测区域中的光水平低时启用光源。传感器组件可以包括用于测量被监测区域中的光水平的装置。

通常，基于雷达的传感器比基于红外线的传感器消耗更多的能量。具有包括基于雷达的传感器和基于红外线的传感器两者的传感器组件的实施例的解决方案能够降低监测解决方案的能量消耗并且因此使得传感器组件能够例如由电池电源供电。在本发明的解决方案中，传感器组件使用基于红外线的传感器来观察被监测区域中的移动并且使得基于雷达的传感器能够仅当需要基于雷达的传感器时(例如，当需要更准确或更详细的测量时)进行测量。这可以例如在将基于红外线的传感器的测量区域布置和/或限制为使得基于红外线的传感器无法观察到某个高度以下的移动(例如，在地板水平上)的情况下实施。在这种情况下，基于红外线的传感器无法观察到被监测区域中的移动和/或当其低于预定义的阈值水平时由基于红外线的传感器在被监测区域中观察到的移动，并且可以用基于雷达的传感器例如对倒下的人进行更准确的测量。在这种情形下，使用基于雷达的传感器，并且当不需要准确的测量时，可以禁用基于雷达的传感器，并且可以用基于红外线的传感器来监测区域。

对于本领域技术人显而易见的是，本发明的不同实施例不仅仅限于上述示例，并且它们因此可以在下文所呈现的权利要求的范围内发生变化。结合其他特性特征可能呈现在说明书中的特性特征必要时也可以彼此分开使用。