[發明專利]一種利用信道狀態信息的非綁定人數計數方法

有效

• 申請號: 201410458022.2
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104239951B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 惠維;趙鯤;趙季中;程鵬;李向陽;蔣志平
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06M15/00
• 分類號: G06M15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于無線定位技術領域，涉及一種非綁定人數計數方法，尤其是一種利用信道狀態信息的非綁定人數計數方法。

背景技術

在一個固定場景中，為了獲得人員數量的人群計數，比在多場景下為實現人員定位的人群計數要更為關鍵。在理想的狀況下，人群計數的方法應當是可擴展的、對用戶的侵害較小的。人群計數的魯棒性是一個重要而又充滿挑戰性的任務。人群中的個體行為往往是不可預知的，不合理的。因此，這項挑戰性的任務是要面對人群計數包括可靠的觀測收集，對象閉塞和實時處理的要求。傳統的解決問題的方法包括兩大類：基于視頻(或圖像)的識別和基于無圖像的定位。

基于視頻(或圖像)的識別已經廣泛部署在許多公共場所。一個具有代表性的方法是提取一些低層次的圖像然后基于人數的特征來建模。另外一種方法是基于物體的檢測技術，如臉，頭肩的探測器。這些方法都有固有的缺點。首先，攝像頭只能在有限的視線范圍之內工作，這會導致許多監控盲區。其次，光線黑暗或空氣中有煙霧會嚴重縮短攝像機的監視范圍。再次，對象互相遮擋會進一步惡化監控的情況。此外，攝像頭可能會因為隱私原因在某些地方被禁止使用。

基于非圖像的解決方案是利用特定的設備來定位人或者物體。比如，RFID標簽、手機、傳感器節點等。此類解決方案，除了部署的成本高之外，這些設備在監控的時候需要有人員的參與，這顯然限制了它的使用范圍(即：每個人都需要攜帶特定設備)。對于人數和人員流動率較大的環境，給每個人部署移動設備是不切實際的，尤其是在有突發事件發生的時候。與此同時，一些用于定位的設備(如手機)，在災難發生的時候很可能由于基站的故障而不能運行，因此也限制了這些方案的推廣。

由于上述的兩種傳統的方法有很多的不足之處，所以一些非綁定的方法在最近被提出來。大部分的這些方法是利用RSS來進行定位的，現有的一些設備是很容易提取RSS數據的。但是，現場勘測指紋是很耗時、耗人力、而且很容易受到環境的干擾。為了避免現場勘測，一些人提出了基于模型的定位方法，利用信號傳播距離與RSS值的關系來定位對象。不幸的是，由于在復雜的室內環境的信號傳播不可預測，衰減模型表現的很不穩定。而信道狀態信息(CSI)基于OFDM系統，它新的潛在優勢能克服RSS的許多缺點。不同于RSS，CSI反映的是整個信道的信號特征，由信道中的每個子載波的頻率衰減和相移組成，因此，CSI對由于人們移動而造成的環境變化非常的敏感。

本發明中，我們提出了一種叫FCC的方法。即就是，基于CSI的非綁定的人群計數方法，所謂非綁定，指的是被估計的人群不需要攜帶任何額外設備。我們的設計是初衷是由于觀察到CSI可以反映出由于環境的變化而引起的信號的多徑傳播，這可以幫助我們來獲取活動人員的數量。由于動態環境的現場勘測是一個勞動密集型而且易受環境影響的過程，所以基于指紋的一些方法不適合人群的計數。FCC面臨的最大的挑戰是如何找到在移動人員和CSI的讀數特征之間的穩定的單調的數據關系。我們提出一種新的度量PEM，它表示非零元素在CSI擴張矩陣中的百分比。我們發現在PEM和移動的人群之間有一個類似對數的關系。基于這種對數模型，我們可以對人群進行計數。我們利用現有的IEEE802.11n設備對FCC系統進行了實現，并通過廣泛的實驗來評估了其功能。結果表明我們的方法較目前國內外的最先進的方法，具有更好的精確度，可擴展性和一致性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種利用信道狀態信息的非綁定人數計數方法，其能夠在不需要人群攜帶任何設備的情況下對人數進行估計。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種利用信道狀態信息的非綁定人數計數方法，包括以下步驟：

1)CSI配置文件構建

在人群計數監測之前，服務器收集監測點的監測數據并加以處理：分為訓練階段和監視階段；

所述訓練階段是在沒有人或者有很少人的情況下研究CSI值，為每個數據流構建訓練的配置文件；

所述監測階段是收集監測點的讀數并決定是否有人員移動；并且還更新存儲的訓練日志；

2)CSI配置文件適應

人數的增加后的CSI矩陣中非零元素的百分比呈單調增加,他們之間的關系用灰色理論進行曲線擬合和估計；利用GM(2,1)模型對曲線進行擬合，利用使用所有子載波的平均CSI值進行曲線擬合；

3)人數估計

根據當前人數所對應的PEM和擬合參數，計算對應的人數：