一種基于傳感器的移動終端運動識別裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于傳感器的移動終端運動識別裝置及方法，利用收集至少兩個加速度數(shù)據(jù)和磁場數(shù)據(jù)，并且對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲過濾。根據(jù)移動終端的當(dāng)前運行狀態(tài)來確定使用狀態(tài)。利用二級分類器單元根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型。利用熱量消耗計算單元根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)確定運動信息，并且將所述運動信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的卡路里消耗量。以及，利用電量優(yōu)化單元根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)來減少識別移動終端運動時的電量消耗。
【專利說明】—種基于傳感器的移動終端運動識別裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及運動識別技術(shù)和模式識別【技術(shù)領(lǐng)域】，并且更具體地，涉及一種基于傳感器的移動終端運動識別裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在日常生活中，人們對于與運動相關(guān)的信息技術(shù)的要求越來越多。運動識別技術(shù)可以用來識別用戶的運動狀態(tài)。目前，針對運動識別，一些已經(jīng)存在的應(yīng)用，例如，ActiGraph和Polar Activity Watch,可以進(jìn)行運動識別。然而,為了獲得用戶的運動數(shù)據(jù)，它們都需要一個額外的數(shù)據(jù)收集組件，對于普通的用戶這是非常不方便的。
[0003]在運動識別技術(shù)發(fā)展初期，Ling Bao等人在Pervasive Computing 2004期刊上發(fā)表的 “Activity Recognition from User-Annotated Acceleration Data，，中弓I進(jìn)了一種可穿戴的套裝，里面裝有傳感器，可以識別簡單的步行、跑、靜止，并且能夠獲得很高的準(zhǔn)確度。但是，事實上，識別更復(fù)雜的活動需要的裝備更昂貴、復(fù)雜，而且它需要額外的設(shè)備，其限制了這種活動識別技術(shù)廣泛使用。
[0004]隨著智能手機(jī)的發(fā)展，T.Brezmes等人在IWANN2009上發(fā)表的“Activityrecognition from accelerometer data on a mobile phone”中利用智能手機(jī)內(nèi)置傳感器作為一種識別活動的替代，而且使用智能手機(jī)收集數(shù)據(jù)對用戶日常生活基本沒有影響。然而，它僅僅將智能手機(jī)當(dāng)做傳感器數(shù)據(jù)的搜集工具，并且所有的數(shù)據(jù)處理過程都在后臺服務(wù)中進(jìn)行，這樣，系統(tǒng)可能出現(xiàn)較長時間的延遲。
[0005]隨著活動識別的發(fā)展，Y.Hong等人在SMPT2010上發(fā)表的“Mobile healthmonitoring system based on activity recognition using accelerometer，，中試圖實現(xiàn)基于活動識別的手機(jī)健康監(jiān)測系統(tǒng)。通過尋找傳感器數(shù)據(jù)和能量消耗之間的關(guān)聯(lián)，他們不需要增添其他電子設(shè)備就能夠計算進(jìn)行鍛煉時候的卡路里消耗。然而，他們沒有使用智能手機(jī)，而是采用在使用者的手腕、腰部、大腿安裝傳感器和RFID傳感器來識別活動。
[0006]由此可知，可以通過識別便攜式移動設(shè)備的運動來識別用戶的運動。因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在利用傳感器來識別便攜式移動設(shè)備的活動，從而識別便攜式移動設(shè)備的用戶的活動的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于傳感器的移動終端運動識別裝置及方法，通過利用移動終端內(nèi)置的傳感器和相關(guān)的計算組件，實現(xiàn)更高精度的活動識別。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種基于傳感器的移動終端運動識別裝置，其特征在于，所述裝置包括:數(shù)據(jù)收集單元，所述數(shù)據(jù)收集單元包括加速度傳感器和磁場傳感器，所述加速度傳感器用于收集至少兩個加速度數(shù)據(jù)，所述磁場傳感器用于收集磁場數(shù)據(jù)；靜噪濾波器，用于對所述加速度傳感器收集的至少兩個加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲過濾，從而降低所述加速度傳感器的測量誤差；狀態(tài)監(jiān)聽單元，用于根據(jù)移動終端的當(dāng)前運行狀態(tài)來確定使用狀態(tài)，所述使用狀態(tài)包括通話狀態(tài)、瀏覽狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)；二級分類器單元，用于根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型；熱量消耗計算單元，用于根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)確定運動信息，并且將所述運動信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的卡路里消耗量；以及電量優(yōu)化單元，用于根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)來減少識別移動終端運動時的電量消耗。
[0009]優(yōu)選地，所述通話狀態(tài)包括接聽電話的狀態(tài)和拔打電話的狀態(tài)；所述瀏覽狀態(tài)為用戶在移動終端的屏幕顯示內(nèi)容的情況下除接聽電話和撥打電話以外的其他所有活動的狀態(tài)；所述待機(jī)狀態(tài)為移動終端的屏幕不顯示內(nèi)容的狀態(tài)。
[0010]優(yōu)選地,其中所述二級分類器單元進(jìn)一步包括:決策樹策略子單元、自適應(yīng)成中貞策略子單元、活動特征向量策略子單元和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PNN(ProbabiIiStic NeuralNetwork)策略子單元；其中所述二級分類器單元用于根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型包括:
[0011]將過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)作為決策樹策略子單元的輸入，通過計算所述過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差來確定移動終端的運動是否為非周期運動；
[0012]決策樹策略子單元將過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)與垂直升降電梯運動的加速度特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定移動終端的運動是否為垂直升降電梯運動。例如，當(dāng)比較結(jié)果表示過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)與垂直升降電梯運動的加速度特征曲線數(shù)據(jù)相似時確定移動終端的運動是否為垂直升降電梯運動，所述相似的程度可以是60%80%90% ；以及
[0013]決策樹策略子單元將磁場數(shù)據(jù)與自動扶梯運動的磁場特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定移動終端的運動是否為自動扶梯運動。例如，當(dāng)比較結(jié)果表示過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)與自動扶梯運動的磁場特征曲線數(shù)據(jù)相似時確定移動終端的運動是否為自動扶梯運動，所述相似的程度可以是60 %、80 %、90 %。
[0014]優(yōu)選地，其中所述自適應(yīng)成幀子單元用于用于檢測疑似周期活動的周期，對所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，確定所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中包含的周期數(shù)量和每個周期的位置，當(dāng)檢測到疑似周期活動包括至少三個周期時，確定所述疑似周期活動為周期活動，并且利用所檢測的周期組成自適應(yīng)幀。
[0015]優(yōu)選地，其中所述活動特征向量子單元用于對自適應(yīng)幀進(jìn)行特征值提取以組成特征向量，所述特征值包括:平均周期長度、所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸之間、Y軸之間和Z軸之間的標(biāo)準(zhǔn)差、所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸、Y軸和Z軸的分組Binned分布、以及所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的Y軸和Z軸相關(guān)性和所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸、Y軸和Z軸中每個軸的平均能量。
[0016]優(yōu)選地，其中所述PNN子單元，用于根據(jù)活動特征向量子單元提取的特征向量，執(zhí)行PNN分類算法，確定周期活動的運動類型。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于傳感器的移動終端運動識別方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:利用移動終端內(nèi)置的加速度傳感器收集至少兩個加速度數(shù)據(jù)；利用靜噪濾波器對所述加速度傳感器收集的至少兩個加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲過濾，從而降低所述加速度傳感器的測量誤差；利用移動終端內(nèi)置的磁場傳感器收集磁場數(shù)據(jù)；移動終端內(nèi)置的二級分類器單元根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型；移動終端內(nèi)置的狀態(tài)監(jiān)聽單元根據(jù)移動終端的當(dāng)前運行狀態(tài)來確定使用狀態(tài)，所述使用狀態(tài)包括通話狀態(tài)、瀏覽狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)；移動終端內(nèi)置的熱量消耗計算單元根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)確定運動信息，并且將所述運動信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的卡路里消耗量；以及移動終端內(nèi)置的電量優(yōu)化單元根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)來減少識別移動終端運動時的電量消耗。
[0018]優(yōu)選地，所述通話狀態(tài)包括接聽電話的狀態(tài)和拔打電話的狀態(tài)；所述瀏覽狀態(tài)為用戶在移動終端的屏幕顯示內(nèi)容的情況下除接聽電話和撥打電話以外的其他所有活動的狀態(tài)；所述待機(jī)狀態(tài)為移動終端的屏幕不顯示內(nèi)容的狀態(tài)。
[0019]優(yōu)選地，所述根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型具體包括:(I)通過計算經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差來確定移動終端的運動是否為非周期運動，當(dāng)確定所述移動終端的運動是非周期活動時，進(jìn)行步驟(2);否則，所述移動終端的運動是疑似周期活動，進(jìn)行步驟￠) ；(2)將過濾后的至少兩個加速度信息與垂直升降電梯運動的加速度特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定移動終端的運動是否為垂直升降電梯運動；(3)當(dāng)確定移動終端的運動是垂直升降電梯運動時，則結(jié)束；否則，進(jìn)行步驟(4) ；(4)當(dāng)確定移動終端的運動不是垂直升降電梯運動時，則將磁場數(shù)據(jù)與自動扶梯運動的磁場特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定移動終端的運動是否為自動扶梯運動；(5)當(dāng)確定移動終端的運動是自動扶梯運動時，則結(jié)束；否則，確定移動終端的運動是靜止，則結(jié)束；(6)進(jìn)一步確定所述疑似周期活動是否為周期活動。
[0020]優(yōu)選地，其中進(jìn)一步確定所述疑似周期運動是否為周期活動包括:利用自適應(yīng)成幀子單元檢測疑似周期活動的周期，對所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)構(gòu)成的加速度特征曲線進(jìn)行識別，確定所述加速度特征曲線中包含的周期數(shù)量和每個周期的位置；(例如，周期的開始位置和結(jié)束位置)，當(dāng)檢測到疑似周期活動包括至少三個周期時，確定所述疑似活動為周期活動，并且利用所檢測的周期組成自適應(yīng)幀。優(yōu)選地，將所檢測的周期中的三個周期組成一個自適應(yīng)幀；對自適應(yīng)幀進(jìn)行特征值提取以組成特征向量，所述特征值包括:平均周期長度、每個軸(加速度數(shù) 據(jù)包括X軸、Y軸和Z軸的分量)的標(biāo)準(zhǔn)方差、每個軸的Binned分布、Y軸和Z軸相關(guān)性和每個軸的平均能量。優(yōu)選地，在立體空間中，三維坐標(biāo)系有三個軸:X軸、Y軸和Z軸。加速度傳感器在測量上述移動終端的加速度數(shù)據(jù)時，采集的是移動終端3軸加速度的合成加速度。執(zhí)行PNN分類算法，確定確定周期運動的確定周期活動的運動類型。
[0021]優(yōu)選地，本發(fā)明的移動終端的運動包括周期運動和非周期運動。所述周期運動的具體類型為走路、慢跑、騎自行車、上樓梯、下樓梯等。所述非周期運動的具體類型為垂直升降電梯運動、自動扶梯運動和靜止。
[0022]優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)差為加速度標(biāo)準(zhǔn)差，其中加速度標(biāo)準(zhǔn)差的閥值為0.8。
[0023]優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)差包括磁場標(biāo)準(zhǔn)差，其中磁場標(biāo)準(zhǔn)差的閥值為3。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0025]第一，本發(fā)明設(shè)計一種二級分類器，其花費較少的能量和內(nèi)存消耗，同時提高了準(zhǔn)確度。二級分類器將活動分為兩種，周期和非周期活動。對于每一種活動，都有對應(yīng)識別的分類器。除此之外，還設(shè)計了一個狀態(tài)監(jiān)聽器用來識別更復(fù)雜的運動(電話活動和瀏覽手機(jī))。
[0026]第二,為了提高活動識別的準(zhǔn)確度,本發(fā)明提出了一種新的Adaptive Framing算法來動態(tài)確定提取特征值的時間段；
[0027]第三，本發(fā)明提出一種運動感知策略，或者叫做電量優(yōu)化，用來降低運動識別所消耗的電量。這種策略可基于識別結(jié)果動態(tài)調(diào)整傳感器的采樣率。
[0028]第四，本發(fā)明不需要增添額外的設(shè)備，而是利用智能手機(jī)內(nèi)置的傳感器，對不同的環(huán)境具有普適性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]已經(jīng)大致地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖，其不必按照規(guī)定比例繪制，其中:
[0030]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的基于傳感器的移動終端運動識別裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的基于傳感器的移動終端運動識別方法的流程圖；
[0032]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的利用二級分類器單元確定運動類型的決策樹流程圖；
[0033]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的二級分類器單元進(jìn)行自適應(yīng)成幀的示意圖；以及
[0034]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的能量消耗的METS值估計表。
【具體實施方式】
[0035]以下，參照附圖更完整地描述本發(fā)明實施方式，在附圖中，示出本發(fā)明的一些實施方式，而并非所有實施方式。當(dāng)然，本發(fā)明的各種實施例可通過許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)理解為限制為這里闡述的實施方式；而是，提供這些實施方式使得所述公開內(nèi)容將滿足可適用的合法要求。其中類似的標(biāo)號表示類似的元素。其中，術(shù)語“數(shù)據(jù)”、“內(nèi)容”、“信息，，和類似術(shù)語可交換使用，以表示能夠根據(jù)本發(fā)明實施方式發(fā)送、接收和/或存儲的數(shù)據(jù)。因此，任意這樣術(shù)語的使用不應(yīng)被用來限制本發(fā)明實施方式的精神和范圍。
[0036]為了使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0037]如圖1所示，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的基于傳感器的移動終端運動識別裝置的結(jié)構(gòu)圖。所述移動終端運動識別裝置包括:數(shù)據(jù)收集單元10、靜噪濾波器20、狀態(tài)監(jiān)聽單元30、二級分類器單元40、熱量消耗計算單元50以及電量優(yōu)化單元60。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解的是，所述識別裝置還包括其它未示出的組件，例如，存儲器、處理器等。優(yōu)選地，移動終端運動識別裝置可以是移動終端內(nèi)部的單個硬件裝置、單個軟件裝置、單個固件裝置或其組合。優(yōu)選地，移動終端運動識別裝置的各個組件可以是移動終端內(nèi)部的多個松散耦合的組件，所述組件由移動終端的處理器進(jìn)行控制。
[0038]根據(jù)一個實施方式，數(shù)據(jù)收集模塊10包括加速度傳感器和磁場傳感器。優(yōu)選地，所述加速度傳感器和磁場傳感器可以是移動終端內(nèi)置的。所述加速度傳感器和磁場傳感器用于在特定采樣頻率下采集用戶進(jìn)行運動時的加速度數(shù)據(jù)和磁場數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述特定采樣頻率可以是系統(tǒng)預(yù)設(shè)的采樣頻率、用戶設(shè)置的采樣頻率、或動態(tài)調(diào)整的采樣頻率。優(yōu)選地，所述加速度傳感器用于按照第一采樣頻率來收集至少兩個加速度數(shù)據(jù)加速度信息，所述磁場傳感器用于按照第二采樣頻率來收集磁場數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，為了計算加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，加速度傳感器采集至少兩個加速度數(shù)據(jù)，以計算加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。優(yōu)選地，為了計算磁場數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，磁場傳感器采集與磁場變化相關(guān)的磁場數(shù)據(jù)，以計算磁場數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。優(yōu)選地，所述(至少兩個)加速度數(shù)據(jù)作為運動識別的主要數(shù)據(jù)，加速度數(shù)據(jù)被用于全部的運行識別過程。優(yōu)選地，磁場數(shù)據(jù)作為輔助數(shù)據(jù)，只用于在第一層子分類器內(nèi)識別非周期運動，例如，區(qū)分靜止和自動扶梯運動。
[0039]根據(jù)一個實施方式，靜噪濾波器20用于對所述加速度傳感器收集的至少兩個加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲過濾，從而降低所述加速度傳感器的測量誤差。通常，由于實際情況中元器件的電磁場交替變化引起某些機(jī)械部件或空間容積震動而產(chǎn)生的噪聲，加速度傳感器收集的加速度數(shù)據(jù)通常具有噪聲。因此，為了能夠獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，以降低傳感器自身的測量誤差帶來的影響，本發(fā)明使用靜噪濾波器20來對所述加速度傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲過濾。這里，我們采用了移動平均濾波器，來消除環(huán)境因素對加速度采集的影響。
[0040]根據(jù)一個實施方式，狀態(tài)監(jiān)聽器單元30，用于根據(jù)移動終端的當(dāng)前運行狀態(tài)來確定使用狀態(tài)，所述使用狀態(tài)包括通話狀態(tài)、瀏覽狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)。優(yōu)選地，所述通話狀態(tài)包括接聽電話狀態(tài)和拔打電話狀態(tài)。優(yōu)選地，所述瀏覽狀態(tài)為在移動終端的屏幕顯示內(nèi)容的情況下除接聽電話和撥打電話以外的其他所有運動的狀態(tài)。例如，在安卓android系統(tǒng)中，通話狀態(tài)可以通過手機(jī)活動(空閑、響鈴、掛起狀態(tài))的監(jiān)聽來識別。例如，瀏覽狀態(tài)可以通過對手機(jī)屏幕的狀態(tài)(例如，屏幕亮、屏幕滅)來確定。優(yōu)選地，在移動終端的屏幕顯示內(nèi)容的情況下(例如，屏幕亮)，并且用戶沒有進(jìn)行與接聽電話和撥打電話等呼叫相關(guān)的活動的情況下，將移動終端的狀態(tài)確定為瀏覽狀態(tài)。優(yōu)選地，待機(jī)狀態(tài)為移動終端不進(jìn)行任何操作的狀態(tài)，例如屏幕鎖定等。在待機(jī)狀態(tài)下，移動終端的屏幕通常是不顯示內(nèi)容的。優(yōu)選地，通話狀態(tài)、瀏覽狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)用于區(qū)分移動終端的無線射頻模塊的耗電功率。
[0041]根據(jù)一個實施方式，二級分類器單元40用于根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型。優(yōu)選地，二級分類器單元使用(至少兩個)加速度數(shù)據(jù)確定移動終端的運動是否是非周期運動、是否為垂直升降電梯運動以及對疑似周期運動進(jìn)行進(jìn)一步識別以確定疑似周期運動是否為周期運動。優(yōu)選地，當(dāng)疑似周期運動被確定為不是周期運動時，進(jìn)一步確定所述疑似周期運動是否為垂直升降電梯運動。優(yōu)選地，二級分類器單元使用磁場數(shù)據(jù)確定移動終端的運動為自動扶梯運動或靜止。
[0042]優(yōu)選地,所述二級分類器單元40進(jìn)一步包括:決策樹策略子單元401、自適應(yīng)成中貞策略子單元402、運動特征向量策略子單元403和PNN策略子單元404。優(yōu)選地,將過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)作為決策樹策略子單元401的輸入，通過計算所述過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差來確定移動終端的運動是否為非周期運動。優(yōu)選地，此時計算加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差是加速度數(shù)據(jù)X軸、Y軸和Z軸數(shù)據(jù)合成的加速度數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，移動終端不間斷地收集與加速度相關(guān)的數(shù)據(jù)，每隔一段時間確定用于判斷活動類型的加速度數(shù)據(jù)并且根據(jù)加速度數(shù)據(jù)來判斷活動類型，例如每隔10秒確定用于判斷活動類型的加速度數(shù)據(jù)一次并且根據(jù)加速度數(shù)據(jù)來判斷活動類型。優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)差包括加速度標(biāo)準(zhǔn)差，其中加速度標(biāo)準(zhǔn)差的閥值為0.6,0.7或0.8等。優(yōu)選地，當(dāng)至少兩個加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差大于標(biāo)準(zhǔn)差的閾值時，即加速度變化劇烈，則確定移動終端的運動為疑似周期運動。優(yōu)選地，所述疑似周期運動的含義是:移動終端的運動符合周期運動的基本規(guī)律，但是仍需要進(jìn)一步識別才能確定是否為真正的周期運動。優(yōu)選地，當(dāng)至少兩個加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差小于標(biāo)準(zhǔn)差的閾值時，即加速度變化不劇烈，則確定移動終端的運動為非周期運動。
[0043]優(yōu)選地，當(dāng)確定移動終端的運動為非周期運動時，決策樹策略子單元401將過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)與垂直升降電梯運動的加速度特征曲線數(shù)據(jù)(如圖3所示)進(jìn)行比較，確定移動終端的運動是否為垂直升降電梯運動。優(yōu)選地，當(dāng)過濾后的至少兩個加速度數(shù)據(jù)與垂直升降電梯運動的加速度特征曲線數(shù)據(jù)相似度達(dá)到50 %、60%或80%時，確定移動終端的運動為垂直升降電梯運動。優(yōu)選地，本發(fā)明可使用檢測正負(fù)脈沖的方式來確定是否為垂直升降電梯運動，電梯運動包括上升運動和下降運動(本文將其類比為正脈沖和負(fù)脈沖)。通常地，垂直升降電梯運動會持續(xù)一定時常的正脈沖或者負(fù)脈沖，如果符合這種情況就判定為垂直升降電梯運動。
[0044]優(yōu)選地，當(dāng)確定移動終端的運動不是垂直升降電梯運動時，決策樹策略子單元401將磁場數(shù)據(jù)與自動扶梯運動的磁場特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定移動終端的運動是否為自動扶梯運動。優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)差包括磁場標(biāo)準(zhǔn)差，其中磁場標(biāo)準(zhǔn)差的閥值為3。優(yōu)選地,當(dāng)磁場數(shù)據(jù)與自動扶梯運動的磁場特征曲線數(shù)據(jù)相似度達(dá)到50 60%或80%時，確定移動終端的運動為自動扶梯運動。優(yōu)選地，當(dāng)決策樹策略子單元401確定移動終端的運動不是自動扶梯運動時，確定移動終端處于靜止?fàn)顟B(tài)。
[0045]優(yōu)選地，當(dāng)確定移動終端的運動為疑似周期運動時，自適應(yīng)成幀子單元402檢測疑似周期運動的周期，對所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，確定所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中包含的周期數(shù)量，以及每個周期的開始位置和結(jié)束位置。當(dāng)檢測到疑似周期運動包括至少三個周期時，確定所述疑似運動為周期運動，并且利用所檢測的周期組成自適應(yīng)幀。優(yōu)選地，自適應(yīng)成幀子單元402將所確定的多個周期中的每三個周期組成一個自適應(yīng)幀。優(yōu)選地，所述運動特征向量子單元403用于對自適應(yīng)幀進(jìn)行特征值提取以組成特征向量，所述特征值包括:平均周期長度、每個軸的標(biāo)準(zhǔn)方差、每個軸的Binned分布、Y軸和Z軸相關(guān)性和每個軸的平均能量。具體為:
[0046](I)平均周期長度,從Adaptive Framing算法的輸出可以得到平均周期長度；
[0047](2)每個軸的標(biāo)準(zhǔn)方差。此處計算的是，所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中每個加速度數(shù)據(jù)的X軸之間的標(biāo)準(zhǔn)差、所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中每個加速度數(shù)據(jù)的Y軸之間的標(biāo)準(zhǔn)差和所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中每個加速度數(shù)據(jù)的Z軸之間的標(biāo)準(zhǔn)差；
[0048](3)每個軸的Binned分布，根據(jù)每個幀大小的范圍，將每個幀平均分為五等份，然后記錄每份中的加速度數(shù)值的數(shù) 量；例如，將X軸分為五等份，然后統(tǒng)計每份里面包含幾個加速度數(shù)值。此處計算的是所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸、Y軸和Z軸的分組Binned分布。
[0049](4) Y軸和Z軸的相關(guān)性；優(yōu) 選地，具體為所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的Y軸和Z軸相關(guān)性。
[0050](5)每個軸的平均能量，根據(jù)下面的公式計算每個軸的平均能量:
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種基于傳感器的移動終端運動識別裝置，其特征在于，所述裝置包括: 數(shù)據(jù)收集單元(10)，所述數(shù)據(jù)收集單元包括加速度傳感器和磁場傳感器，所述加速度傳感器用于收集至少兩個加速度數(shù)據(jù)，所述磁場傳感器用于收集磁場數(shù)據(jù)； 靜噪濾波器(20)，用于對所述加速度傳感器收集的至少兩個加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲過濾，從而降低所述加速度傳感器的測量誤差； 狀態(tài)監(jiān)聽單元(30)，用于根據(jù)移動終端的當(dāng)前運行狀態(tài)來確定使用狀態(tài)，所述使用狀態(tài)包括通話狀態(tài)、瀏覽狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)； 二級分類器單元(40)，用于根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型； 熱量消耗計算單元(50)，用于根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)確定運動信息，并且將所述運動信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的卡路里消耗量；以及 電量優(yōu)化單元(60)，用于根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)來減少識別移動終端運動時的電量消耗。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述二級分類器單元(40)進(jìn)一步包括:決策樹策略子單元(401)、自適應(yīng)成幀策略子單元(402)、運動特征向量策略子單元(403)和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PNN策略子單元(404)； 其中所述二級分類器單元(40)用于根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型包括: 將經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)作為決策樹策略子單元的輸入，通過計算所述經(jīng)過噪聲濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差來確定移動終端的運動是否為非周期運動；決策樹策略子單元將經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)中的一個與垂直升降電梯運動的加速度特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定移動終端的運動是否為垂直升降電梯運動；以及 決策樹策略子單元將磁場數(shù)據(jù)與自動扶梯運動的磁場特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定移動終端的運動是否為自動扶梯運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述二級分類器單元(40)用于根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型還包括:所述自適應(yīng)成幀子單元(402)用于檢測疑似周期運動的周期，對所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)構(gòu)成的加速度特征曲線進(jìn)行識別，確定所述加速度特征曲線中包含的周期數(shù)量和每個周期的開始位置和結(jié)束位置，當(dāng)檢測到疑似周期運動包括至少三個周期時，確定所述疑似周期運動為周期運動，并且利用所檢測的周期組成自適應(yīng)幀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述運動特征向量子單元(403)用于對自適應(yīng)幀進(jìn)行特征值提取以組成特征向量，所述特征值包括:平均周期長度、所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸之間、Y軸之間和Z軸之間的標(biāo)準(zhǔn)差、所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸、Y軸和Z軸的分組Binned分布、以及所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的Y軸和Z軸相關(guān)性和所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸、Y軸和Z軸中每個軸的平均能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PNN子單元(404)，用于根據(jù)運動特征向量子單元(403)提取的特征向量，執(zhí)行PNN分類算法，確定周期運動的運動類型。
6.一種基于傳感器的移動終端運動識別方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 利用移動終端內(nèi)置的加速度傳感器收集至少兩個加速度數(shù)據(jù)； 利用靜噪濾波器對所述加速度傳感器收集的至少兩個加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲過濾，從而降低所述加速度傳感器的測量誤差； 利用移動終端內(nèi)置的磁場傳感器收集磁場數(shù)據(jù)； 移動終端內(nèi)置的二級分類器單元根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型； 移動終端內(nèi)置的狀態(tài)監(jiān)聽單元根據(jù)移動終端的當(dāng)前運行狀態(tài)來確定使用狀態(tài)，所述使用狀態(tài)包括通話狀態(tài)、瀏覽狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)； 移動終端內(nèi)置的熱量消耗計算單元根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)確定運動信息，并且將所述運動信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的卡路里消耗量；以及 移動終端內(nèi)置的電量優(yōu)化單元根據(jù)移動終端的運動類型和使用狀態(tài)來減少識別移動終端運動時的電量消耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述根據(jù)磁場數(shù)據(jù)和經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)，確定所述移動終端的運動類型具體包括: (1)通過計算經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差來確定移動終端的運動是否為非周期運動，當(dāng)確定所述移動終端的運動是非周期運動時，進(jìn)行步驟(2);否則，確定所述移動終端的運動是疑似周期運動，進(jìn)行步驟(6)； (2)將經(jīng)過噪聲過濾的至少兩個加速度數(shù)據(jù)與垂直升降電梯運動的加速度特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定移動終端的運動是否為垂直升降電梯運動； (3)當(dāng)確定移動終端的運動是垂直升降電梯運動時，則結(jié)束；否則，進(jìn)行步驟(4)； (4)當(dāng)確定移動終端的運動不是垂直升降電梯運動時，則將磁場數(shù)據(jù)與自動扶梯運動的磁場特征曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定移動終端的運動是否為自動扶梯運動； (5)當(dāng)確定移動終端的運動是自動扶梯運動時，則結(jié)束；否則，確定移動終端的運動是靜止，結(jié)束； (6)確定所述疑似周期運動是否為周期運動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中確定所述疑似周期運動是否為周期運動包括: 利用自適應(yīng)成幀子單元檢測疑似周期運動的周期，對所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)構(gòu)成的加速度特征曲線進(jìn)行識別，確定所述加速度特征曲線中包含的周期數(shù)量和每個周期的開始位置和結(jié)束位置；當(dāng)檢測到疑似周期運動包括至少三個周期時，確定所述疑似運動為周期運動，并且利用所檢測的周期組成自適應(yīng)幀，其中將所檢測的周期中的三個周期組成一個自適應(yīng)幀； 對自適應(yīng)幀進(jìn)行特征值提取以組成特征向量，所述特征值包括:所述特征值包括:平均周期長度、所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸之間、Y軸之間和Z軸之間的標(biāo)準(zhǔn)差、所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的X軸、Y軸和Z軸的分組Binned分布、以及所述至少兩個加速度數(shù)據(jù)中各個加速度數(shù)據(jù)的Y軸和Z軸相關(guān)性和X軸、Y軸和Z軸的平均能量； 根據(jù)所提取的特征向量，執(zhí)行PNN分類算法，確定確定周期運動的確定周期運動的運動類型。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述標(biāo)準(zhǔn)差包括加速度標(biāo)準(zhǔn)差，其中加速度標(biāo)準(zhǔn)差的閥值為0.8。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方 法，所述標(biāo)準(zhǔn)差包括磁場標(biāo)準(zhǔn)差，其中磁場標(biāo)準(zhǔn)差的閥值為3。
【文檔編號】H04M1/725GK103455170SQ201310367884
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】杜軍朝, 劉惠, 趙昆侖, 張晨, 李聰奇, 張春龍, 李興, 沈堅, 姚家勝 申請人:西安電子科技大學(xué)