[發明專利]一種基于信道狀態信息的礦難人員監測方法

有效

• 申請號: 201810081191.7
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108337055B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 陳朋朋;張寶琳;楊旭;孫朝宇;李鳴;周公博;高守婉;牛強;徐秀;于書蘋
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04B17/30
• 分類號: H04B17/30;H04W4/38;H04W4/33;H04W64/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于信道狀態信息的礦難人員監測方法，其特征在于，所述監測方法應用到的設備包括分布于礦下的礦用本質安全型路由器以及安裝有CSI-TOOL的微型工控機，礦用本質安全型路由器與其距離最近的微型工控機進行通信連接；

所述監測方法具體流程包括：當發生礦難時由外部發送指令開啟礦用本質安全型路由器與微型工控機，然后通過微型工控機進行信號的收集與處理來實現對礦下情況進行檢測；

所述微型工控機具有利用CSI-TOOL進行信號收集與處理的井下人員檢測模塊、人員狀態識別模塊與人員健康監測模塊三大功能模塊；

所述井下人員檢測模塊具有模型建立子模塊、輪廓擬合子模塊、人員判定子模塊；

所述人員狀態識別模塊用于判定人員活動以及位置；

所述人員健康監測模塊用于檢測呼吸來判斷生命狀態；

所述模型建立子模塊用于建立CSI變化和人群的數量之間的關系；

所述輪廓擬合子模塊用于用灰色Verhulst模型描述人群數量和相應的PEM之間的關系；

所述人員判定子模塊用來判斷區域是否有人；

人員狀態識別模塊具體包括以下步驟：

步驟1：構建CSI幀，將CSI序列映射為CSI幀，每幀有M*N像素，M是子載波數，N每幀包含的采樣數；

步驟2：構造背景模型，每個像素點符合混合高斯分布，選取B個分量為背景；

步驟3：前景提取，每個像素與當前B個分量進行比較，像素點的值與均值超過2.5倍標準差則為前景點；

步驟4：在線更新模型，對環境變化的自適應；

步驟5：運動提取，利用人體運動的時間相關和頻率相關性移除無效點，提取最終運動；

步驟6：判斷運動，判斷三種運動狀態。若為行走則賦值St字段為1，爬行為2，靜止為3；

人員健康監測模塊具體包括以下步驟：

步驟1：數據提取，獲得60個不同的CSI數據；

步驟2：數據預處理，數據校正是為了消除直流分量和高頻噪聲。創建一個二維的Hankel矩陣，每一個子載波的相位差異數據都是連續接收的數據包，然后分析了Hankel矩陣的排名；

步驟3：CP分解，應用CP分解來估計多個呼吸信號，并證明所提出的CSI張量的唯一性；

步驟4：信號匹配，計算分解信號的自相關函數，并結合一個穩定的匹配算法來識別每個人的分解信號對；

步驟5：呼吸率估計，每一對中的分解信號組合在一起，并使用峰值檢測方法來計算每個人的呼吸率；最終將呼吸率賦值給字段He；

最終獲得全部字段(Wh，St，He)，并將此數據幀發送至地面。

2.根據權利要求1所述的一種基于信道狀態信息的礦難人員監測方法，其特征在于，所述模型建立子模塊建立CSI變化和人群的數量之間的關系，具體包括以下步驟：

步驟1：將CSI振幅值轉換為二維矩陣，提出度量PEM，即在擴張的CSI矩陣中非零元素的百分比，以表示CSI的變化，大小為M_c*P的矩陣M₀每個元素初始化為0，CSI讀數C_d[i][j]轉化為整數k，將第k行，第j列的元素設為1，其中M_c為矩陣的行數、P是數據包的數量、C_u、C_l分別為CSI測量值得最大值與最小值，其中k的計算公式為：

步驟2：擴張矩陣，把元素1周圍的元素也設為1，擴張后的矩陣為M；

步驟3：計算非零元素，第i個子載波的擴張矩陣M中非零元素的個數為PEM，PEM與人數正相關。

3.根據權利要求1所述的一種基于信道狀態信息的礦難人員監測方法，其特征在于，所述輪廓擬合子模塊用灰色Verhulst模型描述人群數量和相應的PEM之間的關系，具體包括以下步驟：初始序列X⁽⁰⁾＝{x⁽⁰⁾(1),x⁽⁰⁾(2),...,x⁽⁰⁾(n)}，建立一個階微分方程，方程如下：

其中a，b計算公式如下：

[a,b]^T＝(B^TB)^-1B^TY。

4.根據權利要求1所述的一種基于信道狀態信息的礦難人員監測方法，其特征在于，所述人員判定子模塊用來判斷區域是否有人，具體包括以下步驟：

步驟1：根據灰度理論為了更好的預測，|a|取最小，每次預測都有不同的a，b，他們的估計值的計算公式如下：

步驟2：根據加權估計獲得最終En，若En＝0，則區域內無人，賦值Wh字段為0；若En非零，則區域內有人，賦值Wh字段為1，同時將礦用本質安全型路由器MAC地址賦值給字段Nu，礦用本質安全型路由器以及微型工控機事先安裝在礦下，由于MAC地址的唯一性，地面人員可根據礦用本質安全型路由器MAC地址精確判斷路由器所在區域，從而確定被困人員位置；

En的計算公式如下：