通过可穿戴传感器和真实场景验证的用于多人跌倒检测的毫米波技术

为何监测跌倒很重要

随着人们寿命延长，越来越多的人要照顾希望保持安全和独立的父母与祖父母。威胁这种安全的最大风险之一就是一次简单的跌倒，可能导致骨折、自信心丧失，甚至死亡。护士和照护人员无法随时盯着建筑的每一个角落，许多老年人也不愿意佩戴设备或被摄像头拍摄。本研究探索了一种不同的方法：使用看不见的无线电波——类似某些汽车传感器所用的波段——静默地覆盖大面积室内空间并识别何时有人发生跌倒。

一种新的“隐形救生员”

研究人员测试了基于毫米波雷达的系统，这种技术发射极短的无线电波并监听其反射以感知运动和位置。与摄像头不同，它不会捕捉面部或服装，因此隐私得到更好保护。与可穿戴设备不同，它不依赖于人们记得佩戴任何东西。团队想知道这种雷达是否能够在现实、杂乱的室内环境中同时为多人可靠地检测跌倒，场景尺寸与医院或长期护理中心的一个分区相当。

将回波转化为人体运动

在他们的布置中，四个小型雷达单元安装在一个12×12米房间的角落，房间中间有一根结构柱，代表典型障碍物。当雷达波从人身上反射回来时，系统将这些回波转化为描绘每个人三维身体轮廓的点云。软件随后随时间跟踪每个点云的中心，实质上追踪每个人的身高和运动轨迹。由此，系统计算出某人上下运动的速度以及这种运动随时间的变化，寻找典型的模式——突然下落，随后在地面上保持低位且静止。

在真实群体情形中的测试

十名健康志愿者被要求在测试区内活动，并在十种不同的多人场景下反复模拟“轻微”跌倒，场景人数从一人到十人不等。他们胸前还佩戴了一个小型运动传感器，并被摄像头记录，这二者共同作为跌倒发生时间的真实依据（ground truth）。研究人员尝试了用一到四个雷达的多种布置，发现四个单元置于角落可提供最佳的覆盖和跌倒检测性能，典型的定位误差仅为几厘米。

系统的优点与挑战

在所有多人试验中，该雷达系统以总体准确率97.9%正确识别了模拟跌倒，即便中央柱部分遮挡视线。对小群体的表现仍然很高，随着人数增加表现略有下降。当场内有十人时，系统更容易漏检跌倒，主要因为人员相互遮挡了雷达视线。团队还用一些容易与跌倒相似的日常动作对系统进行了考验——如快速坐下、下蹲、系鞋带或拾物。首次版本的算法把许多此类动作误判为真实跌倒。通过改进决策规则，更加关注跌落速度和最终着地后的姿势后，这些日常动作的识别准确率提高到86.5%，但仍有改进空间。

这对日常护理可能意味着什么

研究结果表明，经过精心设计的毫米波雷达网络可以监护一个大房间并可靠地标记有人倒在地上的情况，而无需人们佩戴设备或在私密空间安装摄像头。该系统尚未足够快速或精确到触发瞬间防护装置，但非常适合用于快速事后报警，帮助护理人员在几秒内做出响应，而不是在漫长且有害的等待后才发现有人。通过进一步改进以应对更复杂的房间布局并更好地区分日常动作与真正的紧急情况，这类隐形感测技术有望成为医院、养老院乃至未来普通住宅中的一张安静的安全网。

引用: Chen, HH., Lin, JD., Lin, SH. et al. Millimeter-wave technology for multi-person fall detection validated through wearable sensors and real-life scenarios. Sci Rep 16, 8859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40330-y

关键词: 跌倒检测, 毫米波雷达, 老年护理, 非接触监测, 室内安全