一种人类轨迹及躯干活动识别方法及系统技术方案

本发明专利技术属于无线感知、动作识别技术领域，公开了一种人类轨迹及躯干活动识别方法及系统。该方法利用搭载了Ubuntu系统以及CSI

【技术实现步骤摘要】
一种人类轨迹及躯干活动识别方法及系统


[0001]本专利技术属于无线感知、动作识别
，尤其涉及一种人类轨迹及躯干活动识别方法及系统。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的飞速发展，出现了许多非接触式传感和人机交互的智能传感应用。人类活动识别是人与计算机之间的通信纽带。以前的人类活动识别应用通常建立在图像和传感器设备基础上，这依赖于设备部署，需要大量的设备开销。
[0003]目前存在许多形式的人类活动识别(Human Activity Recognition HAR)技术，现有的基于传感器和基于视觉的HAR方法已经取得了较好的结果。然而，这些方法在环境、设备要求方面仍然存在局限性。基于摄像头的识别技术易受环境因素（如背景、照明、遮挡）和社会约束（如隐私问题）的影响。此外，在基于传感器的方法中，由于它们需要穿戴设备很麻烦，使得这项技术在实际生活情境下难以随意使用。
[0004]WiFi设备比上述技术更便宜、更节能、不受光线影响、更容易实现并且比相机更少隐私问题，因此使用WiFi设备来进行无线感知活动应用比较广泛。比如，当一个人位于一对WiFi收发器的周围区域时，他/她的身体运动会影响WiFi信号的传播。通过分析粗粒度RSSI（Received Signal Strength Indicator）和细粒度CSI(Channel Status Information)等信号特征，可以识别出不同的活动（位置）。由于RSSI与CSI相比更不稳定，它不能正确捕捉活动执行时信号的动态变化，并且CSI可以保存信道各子载波的物理层信息，所以CSI作为一种常用于HAR的细粒度信息，近年来比RSSI更受关注。当一个人在发射器和接收器之间执行特定活动时，来自身体反射的无线信号会产生独特的模式。还有人体形状、执行活动的速度、环境障碍以及执行活动的路径都会导致接收到的CSI信号发生不同的变化。例如，做一个人走圆形轨迹，与一个人走方形轨迹的实验相比，这个活动对CSI信号的影响是不同的。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的基于图像和传感器设备的人类活动识别应用依赖于设备部署，需要大量的设备，使得成本增加，且易受环境因素和隐私信息限制所影响，使得现有技术对基于WiFi的人类活动识别信息全面性以及准确度偏低。

技术实现思路

[0006]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种人类轨迹及躯干活动识别方法及系统。具体涉及一种基于商用WiFi信道状态信息的人类轨迹及躯干活动识别方法。
[0007]所述技术方案如下：人类轨迹及躯干活动识别方法，包括以下步骤：S1，配置Ubuntu系统下的CSI
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TOOL工具；S2，使用发送端和接收端，收集原始信道状态信息CSI数据；S3，对收集到的原始信道状态信息CSI数据利用不同的收发天线提取信道状态信
息CSI商，获得新的信道状态信息CSI商的基础信号；S4，根据采集到的新的信道状态信息CSI商的基础信号，对目标运动轨迹提取多普勒频谱图，对目标躯干活动轨迹提取新的信道状态信息CSI商伪彩图；S5，利用CNN对提取的多普勒频谱图、信道状态信息CSI商伪彩图进行训练，并基于训练结果对目标运动轨迹、目标躯干活动轨迹进行识别分类。
[0008]在步骤S2中，使用发送端和接收端，收集原始信道状态信息CSI数据，具体包括：S2.1，调整收发天线位置，当被检测目标的活动范围位于发送端和接收端的对角线位置时，信道状态信息CSI信号的功率将受到影响从而衰减，将检测区域设为发送端和接收端连线的一侧；S2.2，通过对比试验选择出天线间距。
[0009]在步骤S2.1中，将检测区域设为发送端和接收端连线的一侧，具体方法为：S2.1.1，设置两组对照试验，实验1：检测区域位于接受设备的对角线位置；实验2：检测区域位于接受设备的一侧；S2.1.2：进行实验1、实验2的实验验证。
[0010]在步骤S3中，获得新的信道状态信息CSI商的基础信号，具体包括：S3.1，将得到的一组3
×
30的原始信道状态信息CSI数据矩阵提取，并将不同收发天线的信道状态信息CSI值两两相除，得到新的信道状态信息CSI商基础信号；其中，不同天线至少包括两根天线；S3.2，对得到的新的信道状态信息CSI商基础信号利用Savitzky
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Golay滤波器进行去噪。
[0011]在步骤S3.1中，得到新的信道状态信息CSI商基础信号，具体包括：S3.1.1，接收端获取到的原始信道状态信息CSI矩阵表示与频率f和时间t相关的结构，表达式为：；式中，是信道总数，是频率，是时间，是路径i的信道衰减，是相位信息；S3.1.2，基于获取的信道状态信息CSI矩阵，将接收端的两根天线的CSI值做商，得到新的信道状态信息CSI商基础信号，定义如下：；其中，和分别为第一根天线和第二根天线的信道状态信息CSI矩阵，是第一根天线的动态路径长度，为信号发射频率，和分别是第一根、第二根天线的静态路径分量，第一根天线动态路径的衰减和初始相位偏移路径组件，是第二根天线动态路径的衰减和初始相位偏移路径组件；是两个天线
之间由于物理位置不同而产生的动态路径长度差，得到新的信道状态信息CSI商基础信号。
[0012]在步骤S4中，对目标躯干活动轨迹提取新的信道状态信息CSI商伪彩图，具体包括：S4.1，针对目标躯干活动轨迹提取新的信道状态信息CSI商伪彩图；S4.2，针对目标运动轨迹提取多普勒频谱图，基于新的信道状态信息CSI商值计算多普勒速度。
[0013]在步骤S4.1中，将根据CSI商矩阵制作伪彩色图，表示为x
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y平面中的彩色面数组；在伪彩色图中，单元格排列在CSI商矩阵的矩形阵列中，颜色由输入矩阵中的值指定；通过在输入矩阵数值中的每个角附近使用四个点描述每个单元格创建伪彩色图；CSI输入矩阵的每个元素都线性映射到RGB颜色图上。
[0014]在步骤S4.2中，基于新的信道状态信息CSI商值计算多普勒速度，具体实现方法为：收发装置和在信号测量区域内活动的人类之间的相对运动将改变在收发装置处获取到的多普勒效应，移动物体的多普勒频移定义为：；带入新的信道状态信息CSI商基础信号中，在动态反射路径上测得的多普勒速度实际上等于新的信道状态信息CSI商在复平面上的每秒转数，旋转方向表示多普勒速度的符号，生成多普勒频谱图。
[0015]在步骤S5中，对目标运动轨迹、目标躯干活动轨迹进行识别分类包括：CNN网络包括Alex
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net\Res
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net\Googlenet。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种人类轨迹及躯干活动识别系统，实施所述的人类轨迹及躯干活动识别方法，该系统包括：CSI信号获取模块，用于利用搭载Ubuntu系统和CSI
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TOOL的收发设备获取CSI数据，将接收端的两根全向天线做商，获得CSI商基础信号；CSI信号预处理模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人类轨迹及躯干活动识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，配置Ubuntu系统下的CSI
‑
TOOL工具；S2，使用发送端和接收端，收集原始信道状态信息CSI数据；S3，对收集到的原始信道状态信息CSI数据利用不同的收发天线提取信道状态信息CSI商，获得新的信道状态信息CSI商的基础信号；S4，根据采集到的新的信道状态信息CSI商的基础信号，对目标运动轨迹提取多普勒频谱图，对目标躯干活动轨迹提取新的信道状态信息CSI商伪彩图；S5，利用CNN对提取的多普勒频谱图、信道状态信息CSI商伪彩图进行训练，并基于训练结果对目标运动轨迹、目标躯干活动轨迹进行识别分类。2.根据权利要求1所述的人类轨迹及躯干活动识别方法，其特征在于，在步骤S2中，使用发送端和接收端，收集原始信道状态信息CSI数据，具体包括：S2.1，调整收发天线位置，当被检测目标的活动范围位于发送端和接收端的对角线位置时，信道状态信息CSI信号的功率将受到影响从而衰减，将检测区域设为发送端和接收端连线的一侧；S2.2，通过对比试验选择出天线间距。3.根据权利要求2所述的人类轨迹及躯干活动识别方法，其特征在于，在步骤S2.1中，将检测区域设为发送端和接收端连线的一侧，具体方法为：S2.1.1，设置两组对照试验，实验1：检测区域位于接受设备的对角线位置；实验2：检测区域位于接受设备的一侧；S2.1.2：进行实验1、实验2的实验验证。4.根据权利要求1所述的人类轨迹及躯干活动识别方法，其特征在于，在步骤S3中，获得新的信道状态信息CSI商的基础信号，具体包括：S3.1，将得到的一组3
×
30的原始信道状态信息CSI数据矩阵提取，并将不同收发天线的信道状态信息CSI值两两相除，得到新的信道状态信息CSI商基础信号；其中，不同天线至少包括两根天线；S3.2，对得到的新的信道状态信息CSI商基础信号利用Savitzky
‑
Golay滤波器进行去噪。5.根据权利要求4所述的人类轨迹及躯干活动识别方法，其特征在于，在步骤S3.1中，得到新的信道状态信息CSI商基础信号，具体包括：S3.1.1，接收端获取到的原始信道状态信息CSI矩阵表示与频率f和时间t相关的结构，表达式为：；式中，是信道总数，是频率，是时间，是路径i的信道衰减，是相位信息；S3.1.2，基于获取的信道状态信息CSI矩阵，将接收端的两根天线的CSI值做商，得到新的信道状态信息CSI商基础信号，定义如下：
；其中，和分别为第一根天线和第二根天线的信道状态信息CSI矩阵，是第一根天线的动态路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁泉泉，张琨，吴庆哲，王文华，于智杰，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：