[發明專利]利用自然環境無線信號的人體位置狀態識別方法

在審

• 申請號: 201410798000.0
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104504396A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 高慶華;王潔;張瀟;金明錄;喻言;李思偉;張煥沖;平健舟
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于無線網絡技術與模式識別技術領域，涉及一種利用自然環境無線信號基于模式識別，實現對室內人體的位置狀態的識別，可廣泛應用到智能家居、智能空間中。

背景技術

隨著信息技術的發展和人們生活水平的不斷提高，家庭的智能化程度日益提升，智能家居、智能空間等應用越來越多的得到普及。在上述應用中，需要解決的一個核心基礎問題是系統需要獲知人體的位置、狀態等信息，以便作出相應的智能操作。

目前，常用的感知人體位置、狀態的方法是對位置與狀態分別使用不同的傳感器進行處理。位置識別通常采用基于攝像頭的圖像識別方法，通過安裝在房間內的多個攝像頭捕獲人體的圖象，利用模式識別方法識別出人的位置。相關工作，如，范新南等“基于序列圖像的人體跟蹤算法研究綜述”，計算機工程與設計，2012，第33卷，第1期，P278-P281頁。狀態識別通常采用基于加速度傳感器的方法，通過安裝在人體上的加速度傳感器，利用識別算法識別出人體的狀態。相關工作，如，李娜等“基于三軸加速度信號的實時人體狀態識別算法”，北京工業大學學報，2012，第38卷，第11期，P1689-P1693頁。上述方法雖然可以取得較好的人體位置估計精度與狀態識別精度，但是，攝像頭涉及隱私泄露問題，多數用戶并不愿意在家里安裝攝像頭，同時，在身上安裝加速度傳感器也會造成諸多不便。

近年來，隨著無線技術的發展，無線網絡已遍布于我們生活的各個角落。自然空間中存在眾多的WiFi信號、GSM信號、FM信號、TV信號等無線信號。根據電波的傳播特性，當電波穿過人體時會被遮蔽和吸收，從而使接收信號強度發生變化。當人體的位置、狀態發生變化時，被遮蔽的無線信號也會發生變化。因此，可以利用自然空間環境無線信號的變化特征估計人體的位置與狀態，從而實現對人體位置狀態的識別。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，發明一種利用自然環境無線信號的人體位置狀態識別方法。借助人體位置狀態對自然空間無線信號的影響，通過對自然空間無線信號特征的深度挖掘與學習，識別方法通過訓練階段和工作階段，實現對人體位置與狀態的估計，進而為智能家居等應用提供人體位置狀態信息。本發明的識別方法不涉及隱私泄露、不需要在人體上安裝設備，具有便捷、安全的特點；同時，由于無線信號的固有特性，本方法還具有對光照、煙霧等條件不敏感，具有穿透性等優點，適用于老人監護、智能家居等新興應用的需求。

本發明的技術方案是一種利用自然環境無線信號的人體位置狀態識別方法，其特征是，識別方法由訓練階段和工作階段兩部分組成；

訓練階段，針對人的每一種可能的位置狀態，智能分析識別軟件控制智能天線和無線接收機對多個方向的無線信號進行測量，并讀取對應各個方向的信道信號強度信息序列；之后，智能分析識別軟件通過各個方向的信道信號強度信息序列進行數字濾波，均值、方差、峰峰值分析計算，利用這些統計信息來表征人體處于某個位置狀態的信號特征。經過對人體所有可能位置狀態的測量，建立起信號特征庫。工作階段，智能分析識別軟件控制智能天線和無線接收機對多個方向的無線信號進行測量，并讀取對應各個方向的信道信號強度信息序列；之后，智能分析識別軟件對各個方向的信道信號強度信息序列進行數字濾波，進行均值、方差、峰峰值分析計算，基于測量得到的信號特征以及信號特征庫中的特征，采用特征匹配搜索算法識別出人體的位置和狀態；識別方法訓練階段的具體步驟如下：

1)人體處于某一個特定位置狀態；

2)運行在微處理系統1上的智能分析識別軟件2發送指令配置無線接收機3的工作頻率、放大器增益參數，使無線接收機3一直處于對某一頻率信道的接收；

3)運行在微處理系統1上的智能分析識別軟件2發送指令控制智能天線4的波束調整到某一特定方向θ₁，并通過無線接收機3連續測量該方向獲得信道信號強度信息序列這里，M為采樣序列長度，采樣間隔為1毫秒；

4)智能分析識別軟件2基于信道信號強度信息序列首先基于截止頻率為10KHz的巴特沃茲低通濾波器對序列進行數字濾波處理，之后，計算出序列的均值μ_θ1，方差σ_θ1，峰峰值η_θ1；