一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于MEMS‑IMU的行人运动模式识别方法及装置，通过至少采集MEMS‑IMU中x轴方向上的加速度和y轴方向上的角速度；将采集的x轴方向上的加速度与加速度初始值作差，大于零的极值为加速度波峰值，小于零的极值为加速度波谷值；将采集的y轴方向上的角速度与角速度初始值作差，大于零的极值为角速度波峰值，小于零的极值为角速度波谷值；判断行人的运动状态，即从行人静止状态解除开始，若x轴方向上的加速度先出现加速度波谷值，则判断为上楼状态；若y轴方向上的角速度先出现角速度波谷值，则判断为下楼状态；即本发明专利技术提供的对活动于建筑物内的人群的运动模式状态进行检测的方法，能够识别人的运动状态。

A method and device of pedestrian motion pattern recognition based on MEMS-IMU

The invention relates to a pedestrian motion pattern recognition method and device based on MEMS \u2011 IMU, which collects acceleration in the x-axis direction and angular velocity in the y-axis direction in the MEMS \u2011 IMU at least; makes a difference between the acceleration in the x-axis direction and the initial acceleration value, and the extreme value greater than zero is the peak value of acceleration wave, and the extreme value less than zero is the valley value of acceleration wave; collects acceleration in the y-axis direction The difference between the angular velocity and the initial value of the angular velocity is that the extreme value greater than zero is the peak value of the angular velocity wave, and the extreme value less than zero is the valley value of the angular velocity wave; to judge the movement state of the pedestrian, that is, from the release of the pedestrian's static state, if the acceleration in the x-axis first appears the valley value of the acceleration, then it is judged as the upstairs state; if the angular velocity in the y-axis first appears the valley value of the angular velocity, then it is judged as Downstairs state: the method for detecting the motion mode state of a crowd moving in a building, which can recognize the motion state of a person.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法及装置
本专利技术属于行人运动检测
，具体涉及一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法及装置。
技术介绍
随着技术的发展，利用微机电系统(MicroElectromechanicalSystems,MEMS)的惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)对行人进行导航定位成为行人自主导航的主要手段。其中，惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)是一种微机电系统，包括微型陀螺仪、微型加速度计、专用集成电路(ASIC)、嵌入式微机和相应的导航软件，能够实现定位和检测的功能。现如今，对于户外运动，如跑步、行走的监测，已经有了成熟的技术；目前，针对人的运动的自动检测方法，主要是利用MEMS-IMU对行人行走的步数进行计数，并且对行人的步长进行估计，使用户能够掌握自身的运动信息，合理安排运动、锻炼的活动时间。但是，对于大部分仅活动于办公室、写字楼等建筑物内的人群，如果将现有技术中的对于户外运动的检测的技术用于室内的人的活动的监测上，其实际上意义并不大，因此，其并没有一种合理的判断室内人的运动模式的方式。同时，随着活动于室内人群数量的不断增大，其希望能够掌握自身的运动信息，因此对于室内人的运动模式状态检测的需求也越来越大，这是亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法及装置，用于解决如何对活动于建筑物内的人群的运动模式状态进行检测。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法，根据MEMS-IMU在鞋中的位置，确定三维坐标系，其中鞋的前后方向为x轴方向，垂直于鞋底面的方向为z轴方向，y轴垂直于x轴和z轴；包括以下步骤：1)至少采集MEMS-IMU中x轴方向上的加速度和y轴方向上的角速度；2)将采集的x轴方向上的加速度与加速度初始值作差，大于零的极值为加速度波峰值，小于零的极值为加速度波谷值；将采集的y轴方向上的角速度与角速度初始值作差，大于零的极值为角速度波峰值，小于零的极值为角速度波谷值；其中，所述加速度初始值为行人静止时x轴方向上的加速度；所述角速度初始值为行人静止时y轴方向上的角速度；3)从行人静止状态解除开始，若x轴方向上的加速度先出现加速度波谷值，则判断为上楼状态；若y轴方向上的角速度先出现角速度波谷值，则判断为下楼状态。本专利技术还提供了一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别装置，包括处理器和存储器，处理器连接有用于获取MEMS-IMU数据的通讯接口；所述处理器执行存储在存储器中的如下方法指令：1)至少采集MEMS-IMU中x轴方向上的加速度和y轴方向上的角速度；2)将采集的x轴方向上的加速度与加速度初始值作差，大于零的极值为加速度波峰值，小于零的极值为加速度波谷值；将采集的y轴方向上的角速度与角速度初始值作差，大于零的极值为角速度波峰值，小于零的极值为角速度波谷值；其中，所述加速度初始值为行人静止时x轴方向上的加速度；所述角速度初始值为行人静止时y轴方向上的角速度；3)从行人静止状态解除开始，若x轴方向上的加速度先出现加速度波谷值，则判断为上楼状态；若y轴方向上的角速度先出现角速度波谷值，则判断为下楼状态。本专利技术的上述识别方法及装置的效果：本专利技术利用MEMS-IMU对行人的运动模式进行识别，将MEMS-IMU固定在鞋后跟里，x轴方向上的加速度和y轴方向上的角速度，将采集的x轴方向上的加速度与加速度初始值作差，将采集的y轴方向上的角速度与角速度初始值作差，以零值为界限，进行分段，大于零的记为波峰段，小于零的记为波谷段，并分别计算加速度和角速度的波峰值与波谷值；只要MEMS-IMU与鞋的关系固定，则每种运动状态与加速度计和陀螺仪信号波峰波谷的逻辑关系相对应，分别通过x轴方向上的加速度和y轴方向上的角速度的波峰波谷的逻辑关系判断行人的运动状态；本专利技术提供了一种能够对活动于建筑物内的人群的运动模式状态进行检测的识别方法，能够识别人的运动状态。进一步的，对于上述识别方法及装置，为了更准确地实现行人运动状态的识别，所述加速度初始值和角速度初始值是通过计算得到的：(1)分别采集MEMS-IMU中x轴、y轴、z轴三个方向上的加速度和角速度；(2)根据采集的x轴、y轴、z轴三个方向上的加速度，计算加速度方差，所述加速度方差的计算方式为：式中，ak＝[akxakyakz]T为采集的k时刻的加速度；为滑动窗口N时间段内的计算的加速度平均值；为加速度方差；(3)将计算的加速度方差与加速度方差检测阈值thresholdσ比较，若加速度方差小于加速度方差检测阈值thresholdσ，则将采集的x轴方向上的加速度作为加速度初始值，将y轴方向上的角速度作为角速度初始值。进一步的，对于上述识别方法及装置，步骤2)中，x轴方向上的加速度波峰值的计算方式为：且x轴方向上的加速度波谷值的计算方式为：且式中，akx为k时刻x轴方向上的加速度，a(k-1)x为k-1时刻x轴方向上的加速度，a(k+1)x为k+1时刻x轴方向上的的加速度，为行人静止时的x轴方向上的加速度初始值；y轴方向上的角速度波峰值的计算方式为：且y轴方向上的角速度波谷值的计算方式为：且式中，ωky为k时刻y轴方向上的角速度，ω(k-1)y为k-1时刻y轴方向上的角速度，ω(k+1)y为k+1时刻y轴方向上的角速度，为行人静止时y轴方向上的角速度初始值。附图说明图1是本专利技术的MEMS-IMU单元在右脚鞋上的安装位置示意图；图2是本专利技术的MEMS-IMU单元的结构图；图3是本专利技术基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法实施例的方法流程图；附图标记：1-鞋面，2-微惯性测量单元，3-鞋跟。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，各出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法实施例：本专利技术中将MEM-IMU单元固定安装在右脚鞋上，其安装位置和坐标系如图1所示，行人运动状态的鞋靴包括鞋面1、鞋跟3和鞋底，微惯性测量单元2装置在鞋跟部位(微惯性测量单元2下文中以MEM-IMU单元代替)。其中，本实施例中的MEM-IMU单元包括处理器、存储器、通讯模块和三轴微机械陀螺仪及三轴微机械加速度计，如图2所示，处理器分别连接存储器和通讯模块。本实施例中将MEM-IMU单元牢固固定于右鞋的鞋后跟里，并且x轴与鞋底平行，指向鞋头，z轴垂直于鞋底，指向向上，y轴指向符合右手定则。作为其他实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法，根据MEMS-IMU在鞋中的位置，确定三维坐标系，其中鞋的前后方向为x轴方向，垂直于鞋底面的方向为z轴方向，y轴垂直于x轴和z轴；其特征在于，包括以下步骤：/n1)至少采集MEMS-IMU中x轴方向上的加速度和y轴方向上的角速度；/n2)将采集的x轴方向上的加速度与加速度初始值作差，大于零的极值为加速度波峰值，小于零的极值为加速度波谷值；将采集的y轴方向上的角速度与角速度初始值作差，大于零的极值为角速度波峰值，小于零的极值为角速度波谷值；/n其中，所述加速度初始值为行人静止时x轴方向上的加速度；所述角速度初始值为行人静止时y轴方向上的角速度；/n3)从行人静止状态解除开始，若x轴方向上的加速度先出现加速度波谷值，则判断为上楼状态；若y轴方向上的角速度先出现角速度波谷值，则判断为下楼状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法，根据MEMS-IMU在鞋中的位置，确定三维坐标系，其中鞋的前后方向为x轴方向，垂直于鞋底面的方向为z轴方向，y轴垂直于x轴和z轴；其特征在于，包括以下步骤：
1)至少采集MEMS-IMU中x轴方向上的加速度和y轴方向上的角速度；
2)将采集的x轴方向上的加速度与加速度初始值作差，大于零的极值为加速度波峰值，小于零的极值为加速度波谷值；将采集的y轴方向上的角速度与角速度初始值作差，大于零的极值为角速度波峰值，小于零的极值为角速度波谷值；
其中，所述加速度初始值为行人静止时x轴方向上的加速度；所述角速度初始值为行人静止时y轴方向上的角速度；
3)从行人静止状态解除开始，若x轴方向上的加速度先出现加速度波谷值，则判断为上楼状态；若y轴方向上的角速度先出现角速度波谷值，则判断为下楼状态。


2.根据权利要求1所述的基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法，其特征在于，所述加速度初始值和角速度初始值是通过计算得到的：
(1)分别采集MEMS-IMU中x轴、y轴、z轴三个方向上的加速度和角速度；
(2)根据采集的x轴、y轴、z轴三个方向上的加速度，计算加速度方差，所述加速度方差的计算方式为：



式中，ak＝[akxakyakz]T为采集的k时刻的加速度；为滑动窗口N时间段内的计算的加速度平均值；为加速度方差；
(3)将计算的加速度方差与加速度方差检测阈值thresholdσ比较，若加速度方差小于加速度方差检测阈值thresholdσ，则将采集的x轴方向上的加速度作为加速度初始值，将y轴方向上的角速度作为角速度初始值。


3.根据权利要求1所述的基于MEMS-IMU的行人运动模式识别方法，其特征在于，步骤2)中，x轴方向上的加速度波峰值的计算方式为：

且
x轴方向上的加速度波谷值的计算方式为：

且
式中，akx为k时刻x轴方向上的加速度，a(k-1)x为k-1时刻x轴方向上的加速度，a(k+1)x为k+1时刻x轴方向上的的加速度，为行人静止时的x轴方向上的加速度初始值；
y轴方向上的角速度波峰值的计算方式为：

且
y轴方向上的角速度波谷值的计算方式为：

且
式中，ωky为k时刻y轴方向上的角速度，ω(k-1)y为k-1时刻y轴方向上的角速度，ω(k+1)y为k+1时刻y轴方向上的角速度，为行人静止时y轴方向上的角速度初始值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伦东，吕志伟，李军正，高扬骏，何劢航，徐基伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41