[发明专利]一种基于并行分数阶生理信号实时采集和分析方法

说明书

基于并行分数阶生理信号实时采集和分析方法，属于人工智能和信息技术在医疗领域的应用，本发明通过抽象层读取生理传感器数据；通过远程接口将生理信号数据传递给服务端；采用分数阶指标分析生理信号，首先将上传的生理信号和历史数据合成生理信号数据序列，将此序列和不同的分数阶阶数作为输入参数，传递给N个Map端，每个Map端计算出对应阶数微分序列的稳定性和方差，并将结果传递给Reduce端，Reduce端计算出分数阶生理信号指数返回给客户端；如果该指数不在正常范围内，客户端发出报警信息给用户。本发明提供了一种简便、安全和高效的生理信号分析方法，可广泛应用于智能健康服务、智慧养老，人机交互等领域。

技术领域

本发明涉及人工智能领域在智慧健康监护中的应用，具体为一种基于并行分数阶生理信号实时采集和分析方法。

背景技术

随着新一代信息技术的发展，智能终端设备和可穿戴医疗传感设备也越来越普及。通过这类设备，使得便捷地读取人们的生理信号，并及时分析成为可能。实时分析人们的生理信号是智慧健康、智慧养老、智能驾驶等领域应用的重要基础，具有非常大的应用价值和广泛的应用范围。

传统的生理信号分析主要采用时域分析，频域分析，时域和频域分析结合的方法，与传统的方法相比，由于人的生理信号呈现分数阶的特性，将一种新的分数阶指标应用于生理信号分析更能反映出人的生理状态。由于移动设备运算能力的限制，采用基于Map/Reduce集群的方式实现云端加速提高生理信号分析计算效率，使得基于智能移动终端的实时生理信号分析成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于并行分数阶生理信号实时采集和分析方法，以解决传统生理信号分析方法的精度问题和移动智能终端设备机载能力无法支持实时信号分析约束的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于并行分数阶生理信号实时采集和分析方法，包括以下步骤：

步骤1：数据采集，

步骤1a：当移动终端启动后将所支持的传感器和通信协议注册到虚拟表中，表中包括设备类型、通信协议、通信参数、通信方法、格式信息。

步骤1b：当移动终端连接到传感器后，根据连接信息识别出通信协议和传感器类型调用虚拟表注册的方法获取生理信号数据。

步骤1c：对生理信号数据进行格式化处理，存储到移动终端的数据库中。

步骤2：数据传输，

步骤2a：移动终端定时读取本地数据库，将新的生理信号通过远程接口上传到远程服务端。

步骤2b：服务端将接收到的生理信号数据存储到分布式数据库中。

步骤3：并行分数阶生理信号分析，

步骤3a：采用分数阶指标分析生理信号，首先将上传的最新生理信号和历史数据合成一个生理信号数据序列，将此序列和不同阶数作为输入参数，传递给不同的Map端。

步骤3b：并行执行生理信号N个基于不同阶数的分数阶微分序列计算，每个Map端计算过程如下：

(1)根据该Map端输入的分数阶微分迭代计算分数阶系数序列，计算方法如下：

其中α是该Map端输入的阶数，C_α是基于α阶的系数序列，j是下标，C_α[j]代表系数序列的第j个元素。

(2)根据系数序列和生理信号序列数据迭代计算生理信号的分数阶微分序列，计算方法如下：