[发明专利]基于RFID的游泳安全监控系统

说明书

本发明提供一种基于RFID的游泳安全监控系统，包括：运动建模模块、运动评估模块和安全监控模块；运动建模模块，用于：根据游泳运动的周期性特征结果，定义单个周期的活动作为运动单元；将对象的游泳活动的状态分为：非游泳状态和游泳状态；根据对接收到的信号的规律性分析，完成状态的划分和转移；通过完成运动单元的划分，建立个人泳姿模型；运动评估模块，用于在运动建模模块的基础上至少实现对对象的泳姿识别分类和泳姿熟练度评估；安全监控模块根据接收到的相应信号，完成游泳的活动监控和安全预警。本发明兼顾游泳场景中的隐私性、对RFID标签佩戴者运动低干扰性需求，实现对佩戴者的动作识别进而实现安全监控目的。

技术领域

本发明属于无线感知领域，涉及基于RFID技术的无线感知系统设计、部署、及数据分析，用于监控游泳过程的动作捕捉和安全检测。

背景技术

游泳是一种常见的健身方式，它可以改善心血管系统，可以提高肺活量，提高呼吸系统的机能，改善肌肉系统的能力，改善体温调节的机制，加强皮肤血液循环，增强抵抗力，还能达到减肥，健美形体的目标。据不完全统计目前全国的游泳场所超过10000所。与此同时，作为一项全民热爱的运动，游泳的安全问题不容忽视。据卫生部估计全国每年有5.7万人死于溺水，相当于每天有150多人。溺死成为继道路交通伤害事故后意外伤害死亡的第二位原因。目前，我国现有游泳场馆10000多个,如果按照每个游泳场馆配备4名救生员计算，持有救生员证书的固定救生员总数大约在4-5万人，而目前实际只有不超过15000人持有救生员证书，只有实际需要量的三分之一，救生员数量短缺的现象仍将在今后相当长的时间内存在。在个人防范意识不足、救生员数量短缺、现有安全保护系统不够完善的情况下，研究建立一种游泳安全监控平台具有极重要的意义。而目前没有任何一个实现游泳安全监控的解决方案被提出。

目前现有的动作识别技术根据数据来源可以分为三种：基于计算机视觉的方法，基于特定的运动传感器的方法以及基于无线信号的方法。

其一，基于计算机视觉的方法，这种方法通过对摄像头中的人物进行识别与追踪来完成活动识别任务等，这种方法确实具有其本身的优势，但因为游泳馆作为一个隐私敏感性较高的场所，此方法在游泳馆场景中的应用会有一些不足；其次是这类技术无法避免且无法解决的镜头遮挡问题，人像与物体在镜头中的重叠会严重干扰对人物动作行为的判断。其二，基于特定的运动传感器的方法中，主要使用到的是加速度计和陀螺仪，通过对这两种传感器得到的运动数据进行建模分析，可以进一步识别佩戴者的动作，这种应用常见于各类运动软件中。由于这两种传感器得到的数据精度较高，可以应用于诸多场景，比如论文¹，论文S-SMART²和B-Pack³都论证了基于可穿戴传感器的人物活动识别的解决方案的可行性。然而使用这种方法需要特殊定制的硬件可穿戴设备或者是集成了运动传感器的智能设备，无法解决在游泳馆这样的场景中，防水性和降低对佩戴者的运动干扰性需求。其三，基于无线信号的解决方案，包括基于WIFI信号的动作识别与基于RFID的动作识别技术。基于WIFI的识别技术经典案例如论文Harmon⁴讨论了如何根据WiFi信号强度完成粗粒度的人类活动识别，论文RT-Fall⁵提出了基于商用WiFi设备的一个实时的、无接触的摔倒检测系统。WIFI信号无处不在、极易受到干扰，因此基于WiFi信号的解决方案可以轻松部署，但使用场景会有限制条件较多，识别精度不高。基于RFID的解决方案介于特殊运动传感器与WiFi之间，展现出它本身低成本，易维护，能够适用于各类极端情况等优势,。而基于RFID的姿势识别通常起始于物体追踪或者生物跟踪，比如RF-IDraw⁶，Tagora⁷就是两类基于RFID标签的物体定位和追踪系统。除此之外，论文⁸，Tagball⁹，SmartSurface¹⁰，RF-IDraw，GRfid¹¹都证明了使用RFID进行手势识别的可行性。

基于RFID的识别方案通常会包含两类：免穿戴标签式和穿戴标签式。前者通常更常见于粗粒度的动作识别任务，而后者更常见于细致的运动轨迹捕捉任务中。