[發明專利]一種基于單軸加速度傳感器的運動行為識別方法

有效

• 申請號: 201310225930.2
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103310192A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 徐小龍;張義龍;王新珩;李玲娟;王慧健;程翔龍;邱國霞;楊寶杰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于傳感器技術、移動計算等信息技術類應用領域。

背景技術

人體日常運動行為與人的健康指標、能量平衡有著密切聯系。例如可以通過對跑步，走路等運動行為的監測計算出個人的能量消耗，這在個人的健康運動以及身體能量平衡等方面具有積極的意義。另外，通過對人體異常運動行為（如跌倒等）的識別可以有效的對出現危險狀況的個人進行及時救助。

目前，識別人體運動行為常用的方法有圖像分析和傳感器識別等。其中基于圖像分析的人體運動行為識別方法成本較高，對環境的要求較高，且靈活性較差，只能在特定的區域進行識別。由于日常的運動行為一般都會產生相應的加速度信息，而加速度傳感器體積小、功耗低、實時性強，因此利用加速度傳感器對人體運動行為進行識別是近年來許多學者研究的重點。

基于加速度傳感器的人體運動行為識別領域的研究大致可分為兩類。一種是基于多傳感器融合的研究，經常采用的方法是在人體多個部位放置加速度傳感器，多傳感器組成了一個體感網，或是綜合采用加速度傳感器、姿態傳感器等多類型傳感器，通過分析融合多傳感器采集到的數據來對人體運動行為進行識別。利用多個傳感器能夠較全面的獲得人體運動行為信息，并在一定程度上提高了識別準確率；但是，多傳感器產生大量數據，會給研究人員的分析帶來一定困難，同時佩戴多個傳感器會讓使用者的舒適度降低，使用起來不方便，同時也增加了對移動終端的計算負擔和能耗，實際應用性不強。另一種思路是利用單個加速度傳感器的多軸或單軸數據來對人體運動行為進行識別：多軸數據的融合使得識別的準確率提升，但計算開銷仍然較大；單軸數據較小的數據量便于分析，但由于不能較全面的獲得運動行為信息，識別準確率相對稍差。

發明內容

發明目的：解決現有的基于多傳感器或是多軸傳感器的運動行為識別方法進行多傳感器數據或多軸數據融合所帶來的會產生大量數據導致分析困難、、開銷大、識別率低、使用者不舒適問題。

發明技術方案：提供一種基于單軸加速度傳感器的運動行為識別方法，該方法采用一個加速度傳感器的單軸數據信息，通過分析傳感器獲得的單軸數據形成的波形，抽取了運動中的人體行為特征值，特別是波峰前的閾值、波谷前的閾值以及峰谷之間的時間間隔三個特征值，實現對下蹲、起跳、跑等運動行為的精確識別。

加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。加速度傳感器通過敏感元件將測點的加速度信號轉換為相應的電信號，進入前置放大電路，經過信號調理電路改善信號的信噪比，再進行模數轉換得到數字信號，最后送入處理器與存儲器，再進行數據存儲和顯示。當傳感元件以加速度a運動時，質量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，發生與加速度成正比的形變，使懸臂梁也隨之產生應力和應變。該變形可被粘貼在懸臂梁上的擴散電阻感受到。根據硅的壓阻效應，擴散電阻的阻值發生與應變成正比的變化，將這個電阻作為電橋的一個橋臂，通過測量電橋輸出電壓的變化完成對加速度的測量。加速度傳感器主要有單軸、雙軸和三軸三種類型。

本發明主要利用單個加速度傳感器的單軸數據（本發明下稱Y軸）實現了對人體運動行為的有效區分，首先創建了跑、起跳、下蹲三種運動行為識別樹，其識別流程如圖1所示。加速度傳感器置于人體胸前位置，其Y軸與人體豎直時方向平行且正軸指向頭部，加速度傳感器Y軸的數值用y表示，單位為m/s²，相鄰波谷波峰時間間隔用△t表示，單位為s。使用“如果-則”形式表示分類規則及規則次序如下：

（1）如果（5m/s²<y<20m/s²）則（無動作狀態）；

（2）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出現）并且（△t<0.3s）并且（出現的波峰波谷達到跑的閾值）則（跑）；

（3）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出現）并且（△t<0.3s）并且（出現的波峰波谷沒有達到跑的閾值）則（其他動作）；

（4）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出現）并且（△t>0.3s）并且（出現的波峰波谷達到跑的閾值）則（其他動作）；

（5）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出現）并且（△t>0.3s）并且（出現的波峰波谷沒有達到跑的閾值）則（其他動作）；

（6）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷出現一次）并且（出現的波峰波谷達到起跳動作的閾值）則（起跳）；