一種人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人體行為識(shí)別、傳感器技術(shù)、移動(dòng)通信等信息技術(shù)類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一 種人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法，特別是涉及一種基于單個(gè)加速度傳感器和Android平臺(tái)的人體 行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對(duì)人體行為識(shí)別的方法主要有圖像分析方法和傳感器分析方法兩種。然而， 由于在處理圖像時(shí)需要處理的數(shù)據(jù)量比較大、所需算法比較復(fù)雜等問(wèn)題的存在，使得圖像 分析法在很多情況下難以適用或?qū)嶋H應(yīng)用時(shí)的效果較差。如在對(duì)實(shí)時(shí)性、能量消耗等方面 要求比較高的醫(yī)療、保健、應(yīng)急救援等領(lǐng)域，基于傳感器的行為識(shí)別方法與圖像分析方法相 比，更加具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在病人康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，可以通過(guò)對(duì)病人的行為分析為其康復(fù)提供 建議；在人體保健方面，可以通過(guò)對(duì)人體行為的長(zhǎng)期監(jiān)控預(yù)測(cè)其身體行為狀況并在適當(dāng)時(shí) 候發(fā)出警告，從而提醒人對(duì)身體健康狀況的重視進(jìn)而調(diào)整行為狀態(tài)；在應(yīng)急救援時(shí)，人體行 為信息與生命體征信息一起判斷人體的健康狀況，為人們的生命安全提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控和更 及時(shí)的救援。
[0003] 基于傳感器的人體行為識(shí)別主要分為兩種方法：在生活環(huán)境中安裝傳感器和把傳 感器綁定在人體上。其中，像智能家居式的把傳感器安裝在環(huán)境中各種設(shè)備或家具上，雖然 可以在這樣的環(huán)境中識(shí)別人體行為，但是局限性也很大。在人身上綁定傳感器方法又有綁 定位置的區(qū)別和傳感器數(shù)量及類(lèi)型的不同，多個(gè)位置綁定多個(gè)傳感器同樣面臨要處理的數(shù) 據(jù)量較大、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。此外，目前人體行為識(shí)別的數(shù)據(jù)處理基本上都是在PC機(jī)上實(shí) 現(xiàn)，但是很多情況下，從傳感器或者手機(jī)中的傳感器中的數(shù)據(jù)不斷向PC機(jī)傳輸時(shí)，由于數(shù) 據(jù)量較大容易形成堵塞，從而影響預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)性；并且，佩戴傳感器的人的行動(dòng)范圍受傳輸 方式影響較大，例如藍(lán)牙的有效傳輸距離只有10米左右。這給實(shí)時(shí)監(jiān)控人體行為應(yīng)用于實(shí) 際造成很大的限制。
[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的弊端，本發(fā)明提出了一種基于單個(gè)加速度傳感器和Android 平臺(tái)的人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法。主要采用單個(gè)加速度傳感器佩戴在人體的前腰右部的方 式，利用Android平臺(tái)上的行為識(shí)別算法，把通過(guò)藍(lán)牙傳入手機(jī)的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處 理，從而預(yù)測(cè)出人體行為，通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控的PC機(jī)，在此過(guò)程中，測(cè)試人員手中要 始終拿著手機(jī)。這種方法有效的解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程監(jiān)控人 體行為，有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方 法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中人體行為識(shí)別方法存在數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法，所述 人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法至少包括：
[0007] 1)由被測(cè)人員佩戴加速度傳感器，利用移動(dòng)設(shè)備從所述加速度傳感器中采集所有 被測(cè)人員在不同行為下的三軸加速度數(shù)據(jù)，并將所述三軸加速度數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)；
[0008] 2)在所述PC機(jī)上利用預(yù)處理模塊處理所述三軸加速度數(shù)據(jù)：選取若干個(gè)三軸加 速度數(shù)據(jù)為一個(gè)窗，然后對(duì)每一個(gè)窗內(nèi)的三軸加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，獲得多維的輸入 數(shù)據(jù)集；
[0009] 3)通過(guò)所述輸入數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出識(shí)別精度高于一設(shè)定值的高斯過(guò)程分類(lèi)器模型，將 所述高斯過(guò)程分類(lèi)器模型以及步驟2)中預(yù)處理模塊移植至Android平臺(tái)后安裝在所述移 動(dòng)設(shè)備中；
[0010] 4)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試，由被測(cè)人員手持安裝有所述高斯過(guò)程分類(lèi)器模型和預(yù)處理模塊 的移動(dòng)設(shè)備，并佩戴加速度傳感器，通過(guò)移動(dòng)設(shè)備獲得人體行為的預(yù)測(cè)結(jié)果之后將所述預(yù) 測(cè)結(jié)果傳給PC機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)人員實(shí)時(shí)行為的觀(guān)察。
[0011] 作為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟1)采集所有被 測(cè)人員在不同人體行為下的三軸加速度數(shù)據(jù)的過(guò)程為：
[0012] 1-1)在A(yíng)ndroid平臺(tái)上編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集程序，設(shè)置特定的采樣頻率，并將所述數(shù)據(jù) 采集程序安裝到所述移動(dòng)設(shè)備上；
[0013] 1-2)將所述加速度傳感器分別固定在若干個(gè)被測(cè)人員的前腰右部，由被測(cè)人員手 持安裝有數(shù)據(jù)采集程序的移動(dòng)設(shè)備，打開(kāi)藍(lán)牙，采集被測(cè)人員分別在走、跑、站、躺四種行為 下的三軸加速度數(shù)據(jù)，每種行為的三軸加速度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到移動(dòng)設(shè)備的特定格式文件中。
[0014] 1-3)將所述特定格式的文件上傳至PC機(jī)，以讀取所述三軸加速度數(shù)據(jù)用于做后 續(xù)處理。
[0015] 作為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟2)中所述特征 提取包括提取三軸加速度在每個(gè)窗內(nèi)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、三軸之間的相關(guān)系數(shù)以及信號(hào)強(qiáng)度， 經(jīng)過(guò)提取后獲得10維的輸入數(shù)據(jù)集。
[0016] 作為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟3)中訓(xùn)練高精 度高斯過(guò)程分類(lèi)器模型的具體過(guò)程為：
[0017] 3-1)選取步驟2)中部分所述輸入數(shù)據(jù)集作為測(cè)試數(shù)據(jù)；
[0018] 3-2)選取步驟2)中部分所述輸入數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，將所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入高 斯過(guò)程分類(lèi)器中訓(xùn)練出用于區(qū)分走、跑、站、躺四種行為的高斯過(guò)程分類(lèi)器模型，之后將所 述測(cè)試數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練出的所述高斯過(guò)程分類(lèi)器模型中，獲得人體行為的識(shí)別精度；
[0019]3-3)若所述人體行為的識(shí)別精度小于一設(shè)定值，則重復(fù)所述步驟3-2)，若所述人 體行為識(shí)別精度大于或等于該設(shè)定值，則將所述高斯過(guò)程分類(lèi)器模型以及步驟2)中預(yù)處 理模塊移植至Android平臺(tái)上，之后安裝至所述移動(dòng)設(shè)備中。
[0020] 作為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟4)中進(jìn)行實(shí)時(shí) 測(cè)試時(shí)，所述加速度傳感器通過(guò)藍(lán)牙將三軸加速度數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)設(shè)備，利用移動(dòng)設(shè)備對(duì) 三軸加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取形成多維數(shù)據(jù)集，再將所述多維數(shù)據(jù)集輸入訓(xùn)練出的高精度 高斯過(guò)程分類(lèi)器模型中進(jìn)行行為預(yù)測(cè)，之后將預(yù)測(cè)結(jié)果通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)傳輸給PC機(jī)，供觀(guān)測(cè)人 員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀(guān)察被測(cè)人員的行為。
[0021] 作為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法的一種優(yōu)化的方案，所述移動(dòng)設(shè)備為手機(jī)。
[0022] 如上所述，本發(fā)明的人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法，具體以下有益效果：本發(fā)明通過(guò)在 Android的平臺(tái)上實(shí)時(shí)處理單個(gè)加速度傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)人體行為進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，并通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控人員。這種方法使得基于傳感器的人體行為識(shí)別方法可以更有效的應(yīng) 用于實(shí)際中，如在醫(yī)療保健和應(yīng)急救援場(chǎng)景中，可以克服傳統(tǒng)方法遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸時(shí)因數(shù)據(jù) 量太大而造成的阻塞問(wèn)題，同時(shí)由于需要處理的數(shù)據(jù)量小、能量消耗低等優(yōu)點(diǎn)可以有效實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，采用高斯過(guò)程分類(lèi)算法，使得數(shù)據(jù)處理更容易實(shí)現(xiàn)，且由于高斯過(guò)程分 類(lèi)算法在高維輸入時(shí)識(shí)別精度受到較小的影響，故可以省去降維處理的過(guò)程，使整個(gè)系統(tǒng) 更為簡(jiǎn)易可行。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法的流程示意圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法中三軸加速度數(shù)據(jù)采集過(guò)程的流程圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法中最佳高斯分類(lèi)器模型的訓(xùn)練流程圖。
[0026] 圖4為本發(fā)明人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法中實(shí)時(shí)測(cè)試的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū) 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀(guān)點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0028] 請(qǐng)參閱附圖1~圖4。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0029] 本發(fā)明提供一種人體行為實(shí)時(shí)識(shí)別方法，如圖1所示，所述方法至少包括以下步 驟：
[0030] 首先執(zhí)行步驟S1，由被測(cè)人員佩戴加速度傳感器，利用移動(dòng)設(shè)備從所述加速度傳 感器中采集所有被測(cè)人員在不同行為下的三軸加速度數(shù)據(jù)，并將所述三軸加速度數(shù)據(jù)上傳 至PC機(jī)（個(gè)人電腦）。
[0031] 如圖2所示為該步驟采集加速度傳感器中三軸加速度數(shù)據(jù)的具體過(guò)程，如下：
[0032] 第一步，在A(yíng)ndroid平臺(tái)上編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集程序，設(shè)置特定的采樣頻率，并將所述數(shù) 據(jù)采集程序安裝到所述移動(dòng)設(shè)備上。
[0033] 本實(shí)施例中，采樣頻率可以設(shè)置為50Hz，所述移動(dòng)設(shè)備選擇為手機(jī)。
[0034] 第二步，將所述加速度傳感器分別固定在若干個(gè)被測(cè)人員的前腰右部，由被測(cè)人 員手持安裝有數(shù)據(jù)采集程序的移動(dòng)設(shè)備，打開(kāi)藍(lán)牙，采集被測(cè)人員分別在走、跑、站、躺四 種行為下的三軸加速度數(shù)據(jù)，每種行為的三軸加速度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到移動(dòng)設(shè)備的特定格式文件 中。
[0035] 本實(shí)施例中，采集9個(gè)人在不同行為下的三軸加速度數(shù)據(jù)。把單個(gè)加速度傳感器 分別固定在9個(gè)人的前腰右部，采集數(shù)據(jù)的這9個(gè)人手持裝有數(shù)據(jù)采集程序的手機(jī)，打開(kāi)藍(lán) 牙，開(kāi)始通過(guò)接收加速度傳感器傳出的三軸加速度數(shù)據(jù)。此時(shí)，人開(kāi)始分別做走、跑、站、躺 四種行為動(dòng)作，每個(gè)動(dòng)作持續(xù)時(shí)間約為2分鐘，每種行為動(dòng)作的三軸加速度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到手 機(jī)上的一個(gè)txt格式的文件中。依次類(lèi)推，直至9個(gè)人的數(shù)據(jù)全部采集完，共采集36個(gè)存 儲(chǔ)三軸加速度數(shù)據(jù)的txt文件。
[0036] 第三步，將所述特定格式的文件上傳至PC機(jī)，以讀取所述三軸加速