1.一种基于运动手环的人体运动模式识别方法,其特征在于,其步骤为:步骤一、利用运动手环采集人体运动的加速度数据;
步骤二、对步骤一中采集到的数据进行分段,选取合适的窗口宽度;
步骤三、将每个窗口三个方向上的加速度数据进行滤波处理;
步骤四、对经步骤三滤波处理后的加速度数据进行特征提取;
步骤五、利用特征选择算法筛选步骤四中提取的特征,舍弃对分类算法没有贡献的特征;
步骤六、将筛选出的特征数据送入分类模型,并调整参数模型,使模型达到最优;
所述的步骤四中,特征值分别利用下列公式进行提取:S1、反映人体在运动时,每个方向剧烈程度的特征值:三个方向加速度均值 利用公式(2)、(3)、(4)计算得出,式中,ax,k,ay,k,az,k为一个窗口中第k个采样点得到的X,Y,Z三轴加速度信号;n为每个窗口采样点数;
S2、体现某一个运动模式的综合剧烈程度的特征值:合成加速度均值 利用公式(5)、(6)计算得出,(5)式中,ak为窗口中第k个采样点三轴合速度的模,将ak带入式(6)得到合成加速度均值
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S3、三个方向加速度方差和标准差,加速度方差σx,σy,σz由公式(7)、(8)、(9)计算得出,
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对加速度方差σx,σy,σz开平方得到加速度标准差σx,σy,σz;
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S4、合成加速度方差σ,由公式(10)计算得出,S5、加速度峰谷值apv,为加速度的最大值Max(a)和最小值Min(a)的差值,apv=Max(a) ‑Min(a) (11)利用公式(11)分别得到合加速度的峰谷值和三个方向加速度峰谷值;
S6、三个方向加速度两两相关系数ρ(X,Y)、ρ(X,Z)、ρ(Y,Z),其中,cov(X,Y),cov(X,Z),cov(Y,Z)为两个方向加速度的协方差,计算公式如下:cov(X,Y)=E(XY)‑E(X)E(Y) (15)cov(X,Z)=E(XZ)‑E(X)E(Z) (16)cov(Y,Z)=E(YZ)‑E(Y)E(Z) (17)式中,(X)为4秒内X方向加速度期望,E(Y)为Y方向加速度期望,E(Z)为Z方向加速度期望,E(XY)为X和Y方向加速度乘积的期望,E(XZ)为X和Z方向加速度乘积的期望,E(YZ)为Y和Z方向加速度乘积的期望。
2.根据权利要求1所述的一种基于运动手环的人体运动模式识别方法,其特征在于:所述的步骤一中,得到运动数据后,将其他动作加速度数据去除,只保留走路、跑步、打羽毛球、打乒乓球、划船五种运动的加速度数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于运动手环的人体运动模式识别方法,其特征在于:所述的步骤二中,设定X,Y,Z三个方向上的加速度为ax,ay,az,并选取4秒作为窗口宽度,相邻窗口重合百分之五十。
4.根据权利要求3所述的一种基于运动手环的人体运动模式识别方法,其特征在于:所述的步骤三中,采用一阶低通滤波算法对三个方向上的加速度信号进行滤波处理,一阶低通滤波算法如公式(1)所示:式中,F(n)为当前滤波输出值,m为滤波系数, 为第n次的采样值,F(n‑1)为上次滤波输出值。
5.根据权利要求4所述的一种基于运动手环的人体运动模式识别方法,其特征在于:所述的步骤五中,利用基于决策树的特征选择算法计算所有特征的重要性值,并根据重要性值的大小选择出14个特征。
6.根据权利要求5所述的一种基于运动手环的人体运动模式识别方法,其特征在于:所述的步骤六中,将每个滑动窗口中数据的特征集合为一个完整的样本,分为训练样本和测试样本,选取决策树Decision Tree分类模型进行分类,利用训练样本多次调整模型参数,使模型达到最优。