本發(fā)明屬于人身安全領域，具體涉及一種基于手機加速度計的兒童監(jiān)護方法。

背景技術：

快節(jié)奏的城市生活，使一些家長照顧低齡兒童的時間越來越少，容易出現(xiàn)兒童監(jiān)護真空狀，因此而引發(fā)了一系列的問題，其中兒童走失問題尤為突出，兒童的走失不僅對家長來說是一個的巨大的打擊，對兒童自身也產生了不可磨滅的負面影響。

針對這一社會現(xiàn)實，各類防止兒童走失的電子產品應運而生，其中大部分都是穿戴設備，如手環(huán)，腕表等，雖然當兒童佩戴這些設備時，設備可以向監(jiān)護人發(fā)送兒童位置信息，但這些設備都存在著不足和缺陷，比如不能實時的對兒童監(jiān)護，一旦不法分子拿掉設備，設備雖然還能發(fā)送位置信息，然而這些信息已經意義不大了，甚至誤導監(jiān)護人。

隨著時代的進步，科技的發(fā)展，智能手機越來越“智能化”。如今的手機內部自包含了各種傳感器，如加速度傳感器，陀螺儀，磁傳感器等。這些傳感器時刻在記錄著手機用戶的個體行為數(shù)據(jù)，每個人的個體行為都是獨特的，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以進行人員的身份識別。

技術實現(xiàn)要素：

針對兒童走失這一社會現(xiàn)象和智能手機的普及情況，可以利用智能手機對兒童進行身份的識別，當手機的攜帶者發(fā)生變化可以立即識別出，另外智能手機本身含GPS模塊可以進行精確的定位，能夠實時的發(fā)送攜帶者的位置。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下：

一種基于手機加速度計的兒童監(jiān)護方法，首先對兒童的智能手機進行身份認證的訓練：手機放置在口袋或者胸前，并且行走一段時間，使加速度計能夠獲取個人特征信息，通過個人特征信息使得智能手機能夠識別出手機主人身份；在不法分子擄走兒童，拿走兒童所持有的手機走動一段距離，手機能夠識別出手機持有人為陌生人，之后向監(jiān)護人的移動設備發(fā)出警報，并向監(jiān)護人所持有手機發(fā)送兒童手機攜帶者的地理位置。

進一步，所述監(jiān)護方法的具體步驟包括：

(1)首先通過加速度計獲取手機攜帶者的數(shù)據(jù)信息；

(2)對步驟(1)的數(shù)據(jù)進行濾波；所述濾波采用一階低通濾波，濾波關系式如下：

Y(n)＝αX(n)+(1-α)Y(n-1)

式中：α為濾波系數(shù)；X(n)是本次的采樣值；Y(n-1)是上次濾波輸出值；Y(n)本次濾波輸出值；

(3)濾波后，提取出每一個周期的峰值I_max，根據(jù)不同人員的周期峰值分布不同，使用時域特征進行識別，使用的參數(shù)包括：周期最大值平均數(shù)偏度S、四分位距IQR、相關系數(shù)C，具體計算表達式如下：

周期最大值的平均值表達式：

其中I_max為單個周期的峰值，n為峰值的個數(shù)；

偏度S為數(shù)據(jù)偏斜方向和程度，其表達式：

式中，a_i是加速度計測得的數(shù)據(jù)，i＝1,2,3,...,N，N為數(shù)據(jù)個數(shù)；a為N個測得數(shù)據(jù)的平均值；σ為側的數(shù)據(jù)的標準差；

四分位距IQR表達式：

Q_j＝b_kj+(b_kj+1-b_kj)r_j；

IQR＝Q₃-Q₁

數(shù)據(jù)a_j由大到小排序為b_j，_j＝1,2,...,N；四分位數(shù)的位置為P_j＝1+(N-1)j/4，j(＝1,2,3)為分位個數(shù)，k_j為P_j整數(shù)部分，r_j為小數(shù)部分；

互相關系數(shù)C表達式：

C_xyz＝COV(x,y,z)/(σ_xσ_yσ_z)

式中：COV(x,y,z)為x,y,z軸加速度的協(xié)方差；σ_x,σ_y,σ_z為x,y,z軸加速度的標準差；

運用決策樹對特征值進行分類判斷，識別身份；所述決策樹是通過計算熵來構建，熵表達式：其中p(i)＝第i類數(shù)目/總數(shù)目；

(4)決策樹構建好后，估計預測值，估計的方法是采用估計一個準確率的正態(tài)分布區(qū)間，獲得正態(tài)分布區(qū)間后對數(shù)據(jù)進行合理的分類；綜合數(shù)據(jù)的分類結果，區(qū)分出手機攜帶者身份；

(5)在兒童被不法分子擄走時，并拿走了手機，拿走兒童所持有的手機走動一段距離，手機即刻識別出手機持有人為陌生人，立即向監(jiān)護人的移動設備發(fā)出警報，提醒監(jiān)護人，子女的手機被他人持有，手機持續(xù)向監(jiān)護人所持有手機發(fā)送兒童手機攜帶者的地理位置，并且發(fā)送頻率增加。

進一步，所述正態(tài)分布的置信區(qū)間求解如下：

1)將acc標準化，即acc＝X/N，N為記錄數(shù)據(jù)，X預測正確的記錄數(shù)；

2)選擇置信水平a，求出a/2和1-a/2對應的準確正態(tài)分布的統(tǒng)計量Z_a/2,Z_1-a/2解下面關于p的不等式，得到p的置信區(qū)間：

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明相價格低廉不需要額外的穿戴設備，所有的功能只需要一臺智能手機就可以完成以上的功能，并且使用廣泛因為現(xiàn)在社會智能手機普及率極高，而本發(fā)明基于智能手機進行開發(fā)與運用的。

2、本發(fā)明結合身份的識別與定位可以讓監(jiān)護具有即時性，一旦手機攜帶者更換手機立即發(fā)出警報，并進行定位，對后續(xù)的追蹤起到極大的作用。

附圖說明

圖1是獲取的原始數(shù)據(jù)圖；

圖2是濾波后的圖；

圖3是不同人對應不同周期峰值的示意圖。

具體實施方式

一般兒童可以把手機放置在口袋或者掛在胸前，手機加速度傳感器記錄采集到的用戶的加速度數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)的均值、最大值、方差等作為兒童的特征點，通過決策樹對特征數(shù)據(jù)進行歸類，以識別出兒童身份。對于兒童的定位方面，因為現(xiàn)在的手機GPS定位非常精確，可以直接使用智能手機集成的GPS模塊進行定位。

技術方案：首先需要對兒童的智能手機進行身份認證的訓練，手機可以放置在口袋或者胸前，并且行走一段時間，使加速度計能夠獲取足夠的個人特征信息，使得智能手機能夠識別出手機主人身份，比如在商場內不法分子擄走兒童，并拿走了手機，拿走兒童所持有的手機走動一段距離，手機即刻識別出手機持有人為陌生人，立即向監(jiān)護人的移動設備發(fā)出警報，提醒監(jiān)護人，子女的手機被他人持有，手機持續(xù)向監(jiān)護人所持有手機發(fā)送兒童手機攜帶者的地理位置，并且發(fā)送頻率增加。

具體步驟如下：

(1)首先通過加速度計獲取手機攜帶者的特征數(shù)據(jù)。

(2)從上一步獲得數(shù)據(jù)是初始數(shù)據(jù)，如圖1所示，是手機攜帶者將手機放置在口袋中行走時加速度傳感器測得的數(shù)據(jù)，由圖1可看出，由于數(shù)據(jù)干擾多，存在大量的毛刺，需要經過濾波，濾波后信號更加圓滑，如圖2。本發(fā)明運用的濾波方法是一階低通濾波。濾波關系式如下：

Y(n)＝αX(n)+(1-α)Y(n-1)

式中：α為濾波系數(shù)；X(n)是本次的采樣值；Y(n-1)是上次濾波輸出值；Y(n)本次濾波輸出值。

(3)經過一階低通濾波后發(fā)現(xiàn)圖形具有明顯周期性，提取出每一個周期的峰值I_max，可以得出人員的不同，其周期峰值分布會不同，如圖3。本發(fā)明使用時域特征進行識別，使用的參數(shù)包括：周期最大值平均數(shù)偏度S、四分位距IQR、相關系數(shù)C，具體計算表達式如下。

周期最大值的平均值表達式：

其中I_max為單個周期的峰值，n為峰值的個數(shù)。

偏度S為數(shù)據(jù)偏斜方向和程度，其表達式：

式中，a_i是傳感器測得的數(shù)據(jù)，i＝1,2,3,...,N，N為數(shù)據(jù)個數(shù)；a為N個測得數(shù)據(jù)的平均值；σ為側的數(shù)據(jù)的標準差。

四分位距IQR表達式：

Q_j＝b_kj+(b_kj+1-b_kj)r_j；IQR＝Q₃-Q₁

數(shù)據(jù)a_j由大到小排序為b_j，_j＝1,2,...,N.四分位數(shù)的位置為P_j＝1+(N-1)j/4，j(＝1,2,3)為分位個數(shù)，k_j為P_j整數(shù)部分，r_j為小數(shù)部分。

互相關系數(shù)C表達式：

C_xyz＝COV(x,y,z)/(σ_xσ_yσ_z)

式中：COV(x,y,z)為x,y,z軸加速度的協(xié)方差；σ_x,σ_y,σ_z為x,y,z軸加速度的標準差。

運用決策樹對特征值進行分類判斷，識別身份。決策樹根據(jù)“純度”來構建，本發(fā)明通過計算熵來計算，熵表達式：其中p(i)＝第i類數(shù)目/總數(shù)目。

(4)決策樹構建好后，需要估計預測值，通過樣本估計的準確率，很有可能存在偏差，本發(fā)明采用的方法是估計一個準確率的正態(tài)分布區(qū)間，獲得正態(tài)分布區(qū)間后就對數(shù)據(jù)進行合理的分類。

正態(tài)分布的置信區(qū)間求解如下：

1)將acc標準化，即acc＝X/N。N為記錄數(shù)據(jù)，X預測正確的記錄數(shù)。

2)選擇置信水平a，求出a/2和1-a/2對應的準確正態(tài)分布的統(tǒng)計量Z_a/2,Z_1-a/2解下面關于p的不等式，得到p的置信區(qū)間：

當我們得到區(qū)間后，就可以對數(shù)據(jù)進行合理的分類，最后綜合數(shù)據(jù)的分類結果，區(qū)分出手機攜帶者身份。

(5)在兒童被不法分子擄走時，并拿走了手機，拿走兒童所持有的手機走動一段距離，手機即刻識別出手機持有人為陌生人，立即向監(jiān)護人的移動設備發(fā)出警報，提醒監(jiān)護人，子女的手機被他人持有，手機持續(xù)向監(jiān)護人所持有手機發(fā)送兒童手機攜帶者的地理位置，并且發(fā)送頻率增加。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。