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专利号: 2016105918610
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2026-03-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于,包括训练阶段和识别阶段:

步骤1:训练阶段,包含数据采集及预处理,特征提取,建立识别模型三个子步骤:

步骤1-1:数据采集及预处理

步骤1-1-1:初始化智能手机加速度传感器以及重力传感器,设置加速度传感器的采样频率fsa,重力传感器的采样频率为fsg,分别采集个别典型性行为的加速度传感器数据ai(t)以及重力加速度传感器数据gi(t),i=1,2,3,表示传感器X轴、Y轴和Z轴,数据ai(t)及gi(t)均为离散数据,同时由用户人工的标记行为;

步骤1-1-2:先用截止频率fmc的阶数为a的中值滤波器和截止频率flc的阶数为b的低通滤波器去除ai(t)中的噪声na(t)以及gi(t)中的噪声ng(t),再用截止频率fhc的阶数为c的高通滤波器去除重力对加速度传感器的数据ai(t)造成的误差ag(t),滤波处理之后,得到加速度传感器数据aiτ(t)以及重力传感器数据giτ(t);

步骤1-2:特征提取

步骤1-2-1:加速度传感器数据aiτ(t),重力传感器数据giτ(t)分别采用一个w秒,相邻窗口重叠p%的滑动窗进行加窗处理得到w秒的加速度传感器数据序列aiq(t)和重力加速度传感器数据序列giq(t);

步骤1-2-2:从加速度传感器数据序列aiq(t)和重力加速度传感器数据序列giq(t)中提取时域上的特征值f,构成特征向量 m为特征值的个数;

步骤1-3:建立识别模型

步骤1-3-1:使用K个时间窗,从而形成K个特征向量 m为特征值的个数,

构成的特征值集合  通常来说,m维的特征向量 数据量过大,会造成识

别用户行为时对智能手机的性能消耗过大,因此,需要将m维的特征向量 进行降维处理,减小识别用户行为时数据处理对智能手机的性能消耗,将m维的特征向量 进行PCA分析得到n维的特征向量

步骤1-3-2:K个经过PCA分析的特征向量 构成k×4的特征值集合

并将每种行为标记与其相应的特征值集合S′对应起来,构建行为标记

与特征值间集合S′的映射关系,建立识别模型;

步骤2:识别阶段,包含数据采集及预处理、特征提取、CWPG方法分类三个子步骤,其中,数据采集及预处理,特征提取分别与训练阶段对应的子步骤一致;

步骤2-1:将提取到的特征向量 m为特征值的个数,转换成4维的特征

向量

步骤2-2:通过先前状态PS和行为组转换的逻辑,使用CWPG方法识别用户行为,所述CWPG方法是利用先前状态PS,并基于行为组转换的逻辑进行识别用户行为的一种分类方法,分为两个阶段,初始化阶段和初始化之后两个阶段,在初始化阶段,首先为特征向量  的分量 中的f1设置阈值Thrg1,f2设置阈值Thrg2,当f1Thrg1且f2Thrg2时,将用户行为分类到行为组G3,f1>Thrg1且f2>Thrg2时,将用户行为分类到行为组G4,同时,将用户分类到的行为组Gi(i=1,2,3,4)作为下一次识别用户行为时的先前状态PS,然后,同样为特征向量 的分量 设置阈值Thra1和Thra2,当分类到行为组G1时,若f3Thra1且f4>Thra2,则识别用户行为为行为组G3中的走,否则为行为组G3中的慢跑,当分类到行为组G4时,若f3Thra2,则识别用户行为为行为组G4中的上楼梯,否则为行为组G4中的下楼梯,当分类到行为组G2时,则默认用户行为为站,在初始化阶段,可识别出用户行为;初始化之后,利用4种不可能发生的行为组转换关系,在分类识别过程中排除不可能转换到的行为组,当先前状态PS为G1时,若f1Thrg1,则将用户行为分类到行为组G2,当先前状态PS为G3时,若f2Thrg2,则将用户行为分类到行为组G3,若f1>Thrg1且f2>Thrg2,则将用户行为分类到行为组G4,当先前状态PS为G4时,若f1Thrg2,则将用户行为分类到行为组G3,若f1>Thrg1且f2>Thrg2,则将用户行为分类到行为组G4,若f2

2.根据权利要求1所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于步骤1-1-1中所述的个别典型性行为包含坐、躺、站、走、慢跑、上楼梯和下楼梯七种行为。

3.根据权利要求1所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于,所述步骤1-2-1中,加速度传感器的采样频率为fsa,时间窗为w秒,则加速度传感器数据序列aiq(t)共有fsa×w个数据,重力传感器的采样频率fsg,时间窗为w秒,则重力传感器数据序列giq(t)共有fsg×w个数据。

4.根据权利要求1所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于,所述步骤1-2-2中,特征向量 可分为两个分量第一个分量 g为特征值个数,用于将用户行为分类到行为组Gi(i=1,2,3,

4),用户行为共分为四组,第一组G1为站,第二组G2为坐和躺,第三组G3为走和慢跑,第四组G4为上楼梯和下楼梯,其中特征值fi(i≤g)为时域上的特征值中的平均值,最小值,均方根;

第二个分量 a为特征值个数,其中特征值fi(i≤a)为时域上的特征值中的

最大值或峰值时间差,加速度传感器数据X轴、Y轴和Z轴数据的变化范围。

5.根据权利要求1所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于,步骤1-3-1中对m维的特征向量 进行PCA分析得到N维特征向量 3≤N≤8。

6.根据权利要求5所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于,将m维的特征向量 m为特征值的个数,形成k×m的特征值集合对每列数据求其平均值X,然后每列数据分别减去其平均值X,行成矩

阵M,求矩阵M的协方差矩阵,并求其特征值和对应的特征向量,选择从大到小的4个特征值,由其对应的4个特征向量构成的m×4的转换矩阵V,最后将矩阵S和矩阵V相乘(S×V)得到k×4的矩阵,则将m维的特征向量 降至4维 完成对特征向量的PCA分析。

7.根据权利要求1所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于,所述步骤2-1中,先将识别阶段提取到的特征向量 中的特征值fi(i≤m)分别减去训练阶段PCA分析所使用的平均值X,得到特征向量 然后将特

征向量 与训练阶段PCA分析所使用的转换矩阵V相乘,得到4维的特征向量

8.根据权利要求2所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于,将站、坐、躺、走、慢跑、上楼梯和下楼梯这七种行为分成四组行为组Gi,i=1,2,3,4,G1为站,G2为站坐和躺,G3为站走和慢跑,G4为站上楼梯和下楼梯,基于现实生活行为转换的逻辑关系,可去除一部分行为组之间的转换,基于现实情况的分析共有12种转换关系,1表示行为组间能够相互转换,0表示行为组之间不能转换,12种转换关系如下表所示:

9.根据权利要求1所述的一种高准确性的基于智能手机的行为识别方法,其特征在于

3.5≤Thrg1≤11.8,2.4≤Thrg2≤6.8,2.4≤Thra1≤5.8,4.5≤Thra2≤7.8。