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基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的跌倒預(yù)測方法及跌倒氣囊防護(hù)裝置與流程

文檔序號:12721159閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的跌倒預(yù)測方法,其特征在于,所述方法包括:

從預(yù)先采集的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)的樣本空間內(nèi)提出多組樣本數(shù)據(jù);

利用所述多組樣本數(shù)據(jù)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,進(jìn)而形成用于跌倒預(yù)測的多個(gè)第一分類函數(shù)并為所述第一分類函數(shù)分配相應(yīng)的函數(shù)權(quán)重,其中所述第一分類函數(shù)的預(yù)測準(zhǔn)確度越高,對應(yīng)的所述函數(shù)權(quán)重越大;

利用所述函數(shù)權(quán)重對所述第一分類函數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和,進(jìn)而形成第二分類函數(shù);

利用所述第二分類函數(shù)對實(shí)時(shí)采集的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行跌倒預(yù)測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法,其特征在于,所述利用所述多組樣本數(shù)據(jù)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的步驟包括:

為各所述樣本數(shù)據(jù)分別分配一數(shù)據(jù)權(quán)重并進(jìn)行初始化;

利用所述多組樣本數(shù)據(jù)對所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,進(jìn)而形成所述多個(gè)第一分類函數(shù)中的一部分;

將所述第一分類函數(shù)對各所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果與各所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)期結(jié)果的差異大于預(yù)設(shè)閾值的所述樣本數(shù)據(jù)的所述數(shù)據(jù)權(quán)重進(jìn)行累加,進(jìn)而獲得所述第一分類函數(shù)所對應(yīng)的預(yù)測誤差;

基于所述預(yù)測誤差計(jì)算所述第一分類函數(shù)的所述函數(shù)權(quán)重,其中所述預(yù)測誤差越大,所述函數(shù)權(quán)重越??;

判斷是否滿足迭代結(jié)束條件;

若不滿足所述迭代結(jié)束條件,則基于所述函數(shù)權(quán)重、各所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果和各所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)期結(jié)果對各所述樣本數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整,并返回所述利用所述多組樣本數(shù)據(jù)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的步驟,進(jìn)而形成新的所述第一分類函數(shù);其中針對同一所述樣本數(shù)據(jù),所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果與所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)期結(jié)果差異越大,調(diào)整后的所述數(shù)據(jù)權(quán)重越大。

3.根據(jù)權(quán)利要求2中的方法,其特征在于,所述為各所述樣本數(shù)據(jù)分別分配一數(shù)據(jù)權(quán)重并進(jìn)行初始化的步驟包括:

將各所述樣本數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)權(quán)重初始化為1/m,其中m為所述多組樣本數(shù)據(jù)中的所述樣本數(shù)據(jù)的組數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2中的方法,其特征在于,所述基于所述預(yù)測誤差計(jì)算所述第一分類函數(shù)的所述函數(shù)權(quán)重的步驟包括:

通過如下公式計(jì)算所述函數(shù)權(quán)重:

<mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>t</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>b</mi> <mi>t</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

其中,at為所述函數(shù)權(quán)重,bt為所述預(yù)測誤差,ln為以自然常數(shù)e為底的對數(shù)函數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2中的方法,其特征在于,所述基于所述函數(shù)權(quán)重、各所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果和各所述樣本數(shù)據(jù)的預(yù)期結(jié)果對各所述樣本數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整的步驟包括:

通過以下公式對各所述樣本數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整:

<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mi>t</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>B</mi> <mi>t</mi> </msub> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mi>exp</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </msub> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>g</mi> <mi>t</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> <mo>;</mo> </mrow>

其中,Dt(i)為第i個(gè)樣本數(shù)據(jù)調(diào)整前的所述數(shù)據(jù)權(quán)重,Dt+1(i)為第i個(gè)樣本數(shù)據(jù)調(diào)整后的所述數(shù)據(jù)權(quán)重,Bt為歸一化因子,用于使得調(diào)整后的所述多個(gè)樣本數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)權(quán)重歸一化,at為所述函數(shù)權(quán)重,gt(xi)為第i個(gè)樣本數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果,yi為第i個(gè)樣本數(shù)據(jù)的預(yù)期結(jié)果,exp為以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法,其特征在于,所述利用所述函數(shù)權(quán)重對所述第一分類函數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和的步驟包括:

利用如下公式對所述第一分類函數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和:

<mrow> <mi>h</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> <mi>n</mi> <mo>&lsqb;</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>T</mi> </munderover> <msub> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>t</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> <mo>;</mo> </mrow>

其中,h(x)為所述第二分類函數(shù),ft(x)為第t個(gè)第一分類函數(shù),at為第t個(gè)第一分類函數(shù)的所述函數(shù)權(quán)重,sign為符號函數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法,其特征在于,所述方法進(jìn)一步包括:

將所述實(shí)時(shí)采集的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)作為所述樣本數(shù)據(jù),并進(jìn)一步返回至所述利用所述多組樣本數(shù)據(jù)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的步驟。

8.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法,其特征在于,所述從預(yù)先采集的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)的樣本空間內(nèi)提出多組樣本數(shù)據(jù)的步驟之前,進(jìn)一步包括:

利用運(yùn)動傳感器采集人體在跌倒過程中的運(yùn)動數(shù)據(jù);

提取跌倒發(fā)生時(shí)刻前的多個(gè)第一采樣點(diǎn)的所述運(yùn)動數(shù)據(jù)作為第一樣本數(shù)據(jù),并對所述第一樣本數(shù)據(jù)添加第一標(biāo)識;

提取人體處于正常狀態(tài)下的多個(gè)第二采樣點(diǎn)的所述運(yùn)動數(shù)據(jù)作為第二樣本數(shù)據(jù),并對所述第二樣本數(shù)據(jù)添加第二標(biāo)識;

將所述第一樣本數(shù)據(jù)和所述第二樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行組合,進(jìn)而形成所述樣本空間,其中所述第一標(biāo)識用于表示所述第一樣本數(shù)據(jù)的預(yù)期結(jié)果,所述第二標(biāo)識用于表示所述第二樣本數(shù)據(jù)的預(yù)期結(jié)果。

9.根據(jù)權(quán)利要求8中的方法,其特征在于,所述運(yùn)動數(shù)據(jù)包括加速度、角速度以及傾斜角。

10.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法,其特征在于,所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為后向反饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

11.一種跌倒氣囊防護(hù)裝置,其特征在于,包括:

樣本模塊,用于從預(yù)先采集的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)的樣本空間內(nèi)提出多組樣本數(shù)據(jù);

訓(xùn)練模塊,用于利用所述多組樣本數(shù)據(jù)對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,進(jìn)而形成用于跌倒預(yù)測的多個(gè)第一分類函數(shù)并為所述第一分類函數(shù)分配相應(yīng)的函數(shù)權(quán)重,其中所述第一分類函數(shù)的預(yù)測準(zhǔn)確度越高,對應(yīng)的所述函數(shù)權(quán)重越大;

函數(shù)模塊,用于利用所述函數(shù)權(quán)重對所述第一分類函數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和,進(jìn)而形成第二分類函數(shù);

預(yù)測模塊,用于利用所述第二分類函數(shù)對實(shí)時(shí)采集的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行跌倒預(yù)測。

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