[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于LabVIEW和MATLAB的跌倒遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011265091.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112633059B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱艷;張亞萍;李曙生;王成;竺瑀軒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06V40/20
• 分類(lèi)號(hào): G06V40/20;G06V10/94;G06V10/82;G06V10/762;G06V10/764;G06N3/0464;G06N3/08;G06F30/20;G08B21/04;H04W4/14
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 文雯

1.一種基于LabVIEW和MATLAB的跌倒遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，其特征在于：

硬件部分由Kinect V2、計(jì)算機(jī)、GSM模塊和路由器組成，Kinect V2用于人體骨骼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和運(yùn)算，通過(guò)GSM模塊系統(tǒng)與遠(yuǎn)程手機(jī)端實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)功能，通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)；

軟件部分通過(guò)LabVIEW和MATLAB混合編程的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、檢測(cè)和遠(yuǎn)程報(bào)警功能；以L(fǎng)abVIEW軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采集Kinect V2提取的人體25個(gè)骨骼點(diǎn)數(shù)據(jù)，并完成跌倒檢測(cè)流程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控的開(kāi)發(fā)；以MATLAB軟件為輔，編制K-means聚類(lèi)算法和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN程序，完成跌倒行為檢測(cè)；通過(guò)LabVIEW中提供的MATLAB script節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)兩軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LabVIEW和MATLAB的跌倒遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：跌倒行為檢測(cè)包括：

步驟a，骨骼節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)平滑處理；

步驟b，骨骼節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)中心算法處理；

步驟c，跌倒特征數(shù)據(jù)提取，其中包括聚類(lèi)中心高度計(jì)算、聚類(lèi)中心速度計(jì)算、聚類(lèi)中心加速度計(jì)算、聚類(lèi)中心與垂直方向夾角計(jì)算；

步驟d，通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)跌倒行為進(jìn)行模式分類(lèi)；

步驟e，采用閾值分析和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)跌倒檢測(cè)系統(tǒng)，聚類(lèi)中心點(diǎn)的速度和高度作為閾值判斷條件，如果兩個(gè)閾值條件均成立，則將聚類(lèi)中心加速度和聚類(lèi)中心與垂直方向夾角所重構(gòu)的測(cè)試樣本輸入已訓(xùn)練好的CNN模型進(jìn)行精確識(shí)別，如果輸出結(jié)果為真，則系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于LabVIEW和MATLAB的跌倒遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：步驟a中，使用微軟的官方Kinect SDK和Kinect dirver配合LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行KinectV2控制，首先安裝KinectSDK和Kinect Developer Toolkit，然后安裝labVIEW的VIPM，通過(guò)kinect工具包控制Kinect V2進(jìn)行25個(gè)骨骼點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，按照公式(1)對(duì)骨骼點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行均值平滑，式中，N為連續(xù)平滑幀數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于LabVIEW和MATLAB的跌倒遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：步驟b中，采用K-means算法對(duì)25個(gè)骨骼點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)分析，以聚類(lèi)中心點(diǎn)作為識(shí)別分析數(shù)據(jù)源；人體以?xún)审y中心為分界點(diǎn)，分為上下兩部分，因此選取聚類(lèi)中心的個(gè)數(shù)K＝2，設(shè)計(jì)優(yōu)化的K-means算法中初始聚類(lèi)中心的選擇方法，其流程如下：

步驟b-1，計(jì)算25個(gè)骨骼節(jié)點(diǎn)任意兩點(diǎn)之間的歐式距離，選擇距離最大的兩個(gè)骨骼點(diǎn)作為初始聚類(lèi)中心；

步驟b-2，由公式(2)計(jì)算樣本所屬的類(lèi)，cⁱ表示骨骼點(diǎn)i與k個(gè)類(lèi)中距離最近的那個(gè)類(lèi)；對(duì)于每個(gè)類(lèi)j由公式(3)計(jì)算該類(lèi)中心點(diǎn)μ_j；

c⁽ⁱ⁾:＝arg min_j||w⁽ⁱ⁾-μ_j||² (2)

式中w⁽ⁱ⁾表示樣本數(shù)據(jù)；

步驟b-3，重復(fù)公式(2)和公式(3)直至得到收斂的聚類(lèi)中心點(diǎn)O₁(x_u,y_u,z_u)和O₂(x_d,y_d,z_d)，此時(shí)所有骨骼點(diǎn)到它所屬類(lèi)中心歐氏距離的平方和SSE不變。