利索能及
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专利号: 2018113599809
申请人: 北京航空航天大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于人工神经网络的步频探测方法,其特征在于:该方法步骤如下:步骤1、采集神经网络模型训练数据,行人手持手机分别以不同的速度和步长行走多次,记录保存行走时硬件设备采集到的加速度数据;

步骤2、预处理;具体包括将步骤1采集到的加速度数据按照如下步骤进行预处理:步骤2.1、将三轴加速度合成三轴总加速度,计算方法如下:

其中ai表示第i个采样点的总加速度数据, 表示第i个采样点三轴加速度计x,y,z轴的加速度值;

步骤2.2、对经过步骤2.1处理后的加速度数据进行平滑去噪;

步骤3、找到步骤2预处理后的数据中的波峰,对于是波峰的加速度值打上标签1,不是波峰的加速度值打上标签0;将加速度数据波形可视化,根据已知的步数,人为的将不是步点的波峰的标签1改为0;这样,每一个加速度值对应了一个标签;

步骤4、采用滑动窗口截取训练数据;具体过程如下:滑动窗口包含奇数个连续的加速度数据,数据形式如下:[ai-j,…,ai-2,ai-1,ai,ai+1,ai+2,…,ai+j]其中j表示窗口内中点左右两边加速度数据的个数,窗口内数据个数2j+1不超过一个步态周期内的加速度数据个数,不小于半个步态周期内加速度数据个数;

步骤5、突出窗口内加速度数据的波形特征,定义符号函数sign:令

其中|x|表示x的绝对值;

步骤6、取窗口内中间加速度的标签作为窗口数据的标签;数据形式如下:[ai-j,…,ai-2,ai-1,ai,ai+1,ai+2,…,ai+j,labeli]步骤7、对数据集进行重采样或者调整正负样本权重,平衡训练数据中正负样本比例;

步骤8、神经网络模型搭建与训练;

步骤9、在线步频检测时,依照步骤4,将行人行走时携带的硬件接收到的加速度数据依次存入滑动窗口中,并对窗口内的数据依次按照步骤2和步骤5进行处理;

步骤10、将步骤9处理后的数据输入步骤8得到的神经网络模型;若神经网络模型预测概率小于或者等于0.5,则直接判定为非步点,若预测概率大于0.5,则按照步骤11处理;

步骤11、剔除多余步点。

2.根据权利要求1所述的一种基于人工神经网络的步频探测方法,其特征在于:所述步骤8的具体过程如下:人工神经网络采用BP神经网络,模型输入神经元个数为窗口内加速度数据个数;隐藏层层数和每个隐藏层神经元个数通过多次实验获得,每次实验取不同的层数和神经元个数,取使得模型预测准确性最高的隐藏层个数和相应神经元个数即可,实验次数不限;输出神经元输出值表征该输入波形为步点的概率;将经过步骤2、3、4、5、6、7处理得到的训练数据输入神经网络模型进行训练,得到训练好的神经网络模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于人工神经网络的步频探测方法,其特征在于:所述步骤11具体过程如下:设置一个时间阈值δΔt,δΔt取2~3个相邻加速度采样时间间隔,用窗口内中间数据对应的时间Tt减去上一个步点对应的时间Tt-1得到时间差Δt,若Δt>δΔt,则窗口内中间加速度数据判定为步点,否则判定为非步点。