[发明专利]一种基于单轴加速度传感器的运动行为识别方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术、移动计算等信息技术类应用领域。

背景技术

人体日常运动行为与人的健康指标、能量平衡有着密切联系。例如可以通过对跑步，走路等运动行为的监测计算出个人的能量消耗，这在个人的健康运动以及身体能量平衡等方面具有积极的意义。另外，通过对人体异常运动行为（如跌倒等）的识别可以有效的对出现危险状况的个人进行及时救助。

目前，识别人体运动行为常用的方法有图像分析和传感器识别等。其中基于图像分析的人体运动行为识别方法成本较高，对环境的要求较高，且灵活性较差，只能在特定的区域进行识别。由于日常的运动行为一般都会产生相应的加速度信息，而加速度传感器体积小、功耗低、实时性强，因此利用加速度传感器对人体运动行为进行识别是近年来许多学者研究的重点。

基于加速度传感器的人体运动行为识别领域的研究大致可分为两类。一种是基于多传感器融合的研究，经常采用的方法是在人体多个部位放置加速度传感器，多传感器组成了一个体感网，或是综合采用加速度传感器、姿态传感器等多类型传感器，通过分析融合多传感器采集到的数据来对人体运动行为进行识别。利用多个传感器能够较全面的获得人体运动行为信息，并在一定程度上提高了识别准确率；但是，多传感器产生大量数据，会给研究人员的分析带来一定困难，同时佩戴多个传感器会让使用者的舒适度降低，使用起来不方便，同时也增加了对移动终端的计算负担和能耗，实际应用性不强。另一种思路是利用单个加速度传感器的多轴或单轴数据来对人体运动行为进行识别：多轴数据的融合使得识别的准确率提升，但计算开销仍然较大；单轴数据较小的数据量便于分析，但由于不能较全面的获得运动行为信息，识别准确率相对稍差。

发明内容

发明目的：解决现有的基于多传感器或是多轴传感器的运动行为识别方法进行多传感器数据或多轴数据融合所带来的会产生大量数据导致分析困难、、开销大、识别率低、使用者不舒适问题。

发明技术方案：提供一种基于单轴加速度传感器的运动行为识别方法，该方法采用一个加速度传感器的单轴数据信息，通过分析传感器获得的单轴数据形成的波形，抽取了运动中的人体行为特征值，特别是波峰前的阈值、波谷前的阈值以及峰谷之间的时间间隔三个特征值，实现对下蹲、起跳、跑等运动行为的精确识别。

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速度传感器通过敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入处理器与存储器，再进行数据存储和显示。当传感元件以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，发生与加速度成正比的形变，使悬臂梁也随之产生应力和应变。该变形可被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化，将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化完成对加速度的测量。加速度传感器主要有单轴、双轴和三轴三种类型。

本发明主要利用单个加速度传感器的单轴数据（本发明下称Y轴）实现了对人体运动行为的有效区分，首先创建了跑、起跳、下蹲三种运动行为识别树，其识别流程如图1所示。加速度传感器置于人体胸前位置，其Y轴与人体竖直时方向平行且正轴指向头部，加速度传感器Y轴的数值用y表示，单位为m/s²，相邻波谷波峰时间间隔用△t表示，单位为s。使用“如果-则”形式表示分类规则及规则次序如下：

（1）如果（5m/s²<y<20m/s²）则（无动作状态）；

（2）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出现）并且（△t<0.3s）并且（出现的波峰波谷达到跑的阈值）则（跑）；

（3）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出现）并且（△t<0.3s）并且（出现的波峰波谷没有达到跑的阈值）则（其他动作）；

（4）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出现）并且（△t>0.3s）并且（出现的波峰波谷达到跑的阈值）则（其他动作）；

（5）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷周期出现）并且（△t>0.3s）并且（出现的波峰波谷没有达到跑的阈值）则（其他动作）；

（6）如果（y>20m/s²）并且（波峰波谷出现一次）并且（出现的波峰波谷达到起跳动作的阈值）则（起跳）；