多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法技术

本发明专利技术涉及室内定位与导航技术领域，具体涉及一种多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法，包括获取行人在三维坐标系下的加速度值和角速率值；分别根据加速度值和角速率值得到三轴加速度模值的方差和航向角信息，并根据加速度模值的方差和航向角信息识别出行人处于直线行走状态；根据加速度值分别得到水平面内两个坐标轴方向的加速度的方差；根据方差判断出行人当前运动所在的坐标轴；分别获取行人在坐标轴的加速度斜率，根据加速度斜率判断行人沿着当前坐标轴的运动方向。该方法可以准确判断出行人处于非常规运动时的运动方向以及各个动作之间的切换，行人每走一步，就能判断出行走的动作方向，和现有的方法相比判断的实时性更高。

【技术实现步骤摘要】
多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法
本专利技术涉及室内定位与导航
，具体涉及一种多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法。
技术介绍
目前，核电站厂区对室内定位与导航的需求日益增加，通过MEMS惯性传感器采集的信息来识别人体运动模式，成为了室内定位的一个重要研究方向。这些运动模式包括静止、直行、跑步、上下楼梯等，其中直行是日常生活中最常见的一种运动模式，主要行为动作分为向前行走(前进)、向后行走(后退)、向左侧行走(左移)、向右侧行走(右移)。前进是人体直行过程中最主要的动作，属于常规行人动作；而后退、左移、和右移在人体直行过程中出现频率低且具有突发性，属于非常规行人动作，前进、后退、左移和右移动作如图2所示，图中箭头的方向表示行走的方向，①图为前进，②图为后退，③图为左移，④图为右移，其中直行时，后退、左移、和右移时人的朝向没有改变，人体没有发生转动，传感器就无法检测到人运动方向的改变。虽然直行过程中这三种动作属于非常规动作，但在MEMS惯性传感器定位与导航领域，其识别精度直接影响到定位的精准性和可靠性。现有的技术中，对识别前进这种常规动作的研究已经趋于成熟，但对于后退、左移和右移这些非常规动作的识别算法存在着可靠性不强，识别率相对较低，实时性差等问题。在后退实时识别方法中，申崇江等提出了一种计算量较小，识别率比较理想的算法，但未对左移和右移的识别进行研究。在左移、右移实时识别的算法中，韩青振等提出了一种利用静止到运动第一个加速度波形的差异识别左移和右移的算法，但其每一次识别都需要行人先静止一段时间，实时性和识别率较低。室内定位的需求在核电厂内日益凸显。由于核电厂内建筑结构极其复杂且密闭使得常规的无线和磁力定位不能胜任，致使工作人员存在建筑内部迷路的可能。而惯性导航自主定位技术将为这个问题的解决提供更加科学的解决方案。现有技术存在可靠性低、实时性差、识别率不高的问题。
技术实现思路
为了解决在常规的无线和磁力定位无法适用的环境下人体非常规动作方向无法识别的技术问题，本申请提供一种多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法。多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法，包括：获取行人在三维坐标系下的加速度值和角速率值；分别根据所述加速度值和角速率值得到三轴加速度模值的方差和航向角信息，并根据所述加速度模值的方差和航向角信息识别出行人处于直线行走状态；根据所述加速度值分别得到水平面内两个坐标轴方向的加速度的方差；根据所述方差判断出行人当前运动所在的坐标轴；分别获取行人在所述坐标轴的加速度斜率，根据所述加速度斜率判断行人沿着当前坐标轴的运动方向。进一步的，还包括：获取行人在三维坐标下的加速度值和角速度值后，分别对其进行汉明窗低通滤波处理和平滑滤波处理。其中，所述根据所述加速度模值的方差和航向角信息识别出行人处于直线行走状态；包括：获取行人三步内航向角的变化量，若所述加速度模值的方差大于对应的预设值且三步内航向角的变化量小于对应的预设值，则判定行人处于直线行走状态。其中，所述加速度模值的方差对应的预设值为1，所述三步内航向角的变化量对应的预设值为15°。其中，所述根据所述加速度值分别得到水平面内两个坐标轴方向的加速度的方差；根据所述方差判断出行人当前运动所在的坐标轴，包括:判断沿主坐标轴方向的加速度的方差是否小于等于预设的第一阈值且沿另从坐标轴方向的加速度的方差是否大于等于第二阈值，若是，则判定行人当前沿主坐标轴运动，否则判定行人当前沿从坐标轴运动；所述主坐标轴方向为行人初始时刻朝向的方向，所述从坐标轴为水平面内与所述主坐标轴垂直的坐标轴。其中，所述第一阈值为0.5，所述第二阈值为1。其中，所述根据所述加速度斜率判断行人沿着当前坐标轴的运动方向，包括：当行人沿所述主坐标轴运动时，用峰值检测法获取行人竖直方向加速度的波峰值，记录所述波峰值对应的采样点的位置，获取主坐标轴方向的加速度在所述采样点位置的斜率，若该斜率为负，则行人沿主坐标轴的正方向运动，若该斜率为正，则行人沿主坐标轴的反方向运动；当行人沿所述从坐标轴运动时，用峰值检测法获取行人竖直方向加速度的波谷值，记录所述波谷值所在的采样点的位置，获取从坐标轴方向的加速度在所述采样点位置的斜率，若该斜率为正，则行人沿从坐标轴的正方向运动，若该斜率为负，则行人沿从坐标轴的反方向运动。其中，所述用峰值检测法获取行人竖直方向加速度的波峰值，记录所述波峰值对应的采样点的位置，包括：首先去除竖直方向加速度波峰值小于1的波峰，进一步，若相邻两个峰值之间的时间间距小于0.2秒，则去除后一个波峰，记录剩余的波峰对应的采样点的位置。其中，所述用峰值检测法获取行人竖直方向加速度的波谷值，记录所述波谷值所在的采样点的位置，包括：首先去除竖直方向加速度波谷值大于-1的波谷，进一步，若相邻两个峰谷之间的时间间距小于0.6秒，则去除后一个波谷，记录剩余的波谷对应的采样点的位置。其中，所述采样点位置的斜率的获取方法为：分别获取当前采样点相邻的前一个采样点和后一个采样点的加速度，分别计算当前采样点的加速度和前一采样点的加速度的差值以及下一个采样点和当前采样点的加速度的差值，若两个差值均为负，则当前采样点的斜率为负，若两个差值均为正，则当前采样点的斜率为正。依据上述实施例的多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法，通过对重力传感器和角速率传感器采集的运动信息进行融合处理判断出行人处于非常规运动时的运动方向以及各个动作之间的切换，其中，行人每走一步，就能根据竖直方向加速度的波峰和波谷判断出行走的动作方向，和现有的方法相比判断的实时性更高。附图说明图1为本申请实施例动作识别方法流程图；图2为本申请实施例人体前进、后退、左移和右移动作示意图；图3-1为本申请实施例重力传感器轴向定义示意图；图3-2为本申请实施例姿态角定义示意图；图4为本申请实施例动作识别方法工作流程图；图5为本申请实施例人体前进、后退、左移和右移动作时对应的加速度方差波形图；图6为本申请实施例行人在前进和后退动作时竖直方向和主坐标轴方向加速度波形图；图7为本申请实施例行人在左移和右移动作时竖直方向和从坐标轴方向加速度波形图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。本申请提供的多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法，如图1，该方法包括：步骤101:获取行人在三维坐标系下的加速度值和角速率值；步骤102：分别根加速度值和角速率值得到三轴加速度模值的方差和航向角信息，并根据获取的加速度模值方差和航向角信息识别出行人处于直线行走状态；步骤103：根据获取的加速度值分别得到水平面内两个坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法，其特征在于，包括：获取行人在三维坐标系下的加速度值和角速率动态特征值；分别根据所述加速度值和角速率值得到三轴加速度模值的方差和航向角信息，并根据所述加速度模值的方差和航向角动态峰值特征识别出行人处于直线行走状态；根据所述加速度值分别得到水平面内两个坐标轴方向的加速度的方差；根据所述方差判断出行人当前运动所在的坐标轴；分别获取行人在所述坐标轴的加速度斜率，根据所述加速度峰值斜率判断行人沿着当前坐标轴的运动方向。

【技术特征摘要】
1.多传感源动态峰值融合的行人非常规动作方向识别方法，其特征在于，包括：获取行人在三维坐标系下的加速度值和角速率动态特征值；分别根据所述加速度值和角速率值得到三轴加速度模值的方差和航向角信息，并根据所述加速度模值的方差和航向角动态峰值特征识别出行人处于直线行走状态；根据所述加速度值分别得到水平面内两个坐标轴方向的加速度的方差；根据所述方差判断出行人当前运动所在的坐标轴；分别获取行人在所述坐标轴的加速度斜率，根据所述加速度峰值斜率判断行人沿着当前坐标轴的运动方向。2.如权利要求1所述的行人非常规动作方向识别方法，其特征在于，还包括：获取行人在三维坐标下的加速度值和角速度值后，分别对其进行汉明窗低通滤波处理和平滑滤波处理。3.如权利要求1所述的行人非常规动作方向识别方法，其特征在于，所述根据所述加速度模值的方差和航向角信息识别出行人处于直线行走状态；包括：获取行人三步内航向角的变化量，若所述加速度模值的方差大于对应的预设值且三步内航向角的变化量小于对应的预设值，则判定行人处于直线行走状态。4.如权利要求3所述的行人非常规动作方向识别方法，其特征在于，所述加速度模值的方差对应的预设值为1，所述三步内航向角的变化量对应的预设值为15°。5.如权利要求1所述的行人非常规动作方向识别方法，其特征在于，所述根据所述加速度值分别得到水平面内两个坐标轴方向的加速度的方差；根据所述方差判断出行人当前运动所在的坐标轴，包括:判断沿主坐标轴方向的加速度的方差是否小于等于预设的第一阈值且沿另从坐标轴方向的加速度的方差是否大于等于第二阈值，若是，则判定行人当前沿主坐标轴运动，否则判定行人当前沿从坐标轴运动；所述主坐标轴方向为行人初始时刻朝向的方向，所述从坐标轴为水平面内与所述主坐标轴垂直的坐标轴。6.如权利要求5所述的行人非常规动作方向识别方法，其特征在于，所述第一阈值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志纯，蒋振钢，陈兵，刘宇，肖明朗，路永乐，陈月华，李春亭，杨斌，
申请(专利权)人：中国广核电力股份有限公司，中国广核集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44