一種人體檢測和定位的方法、裝置及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種人體檢測和定位的方法、裝置及系統。所述方法包括：接收檢測信號特征信息，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅；讀取信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息，所述信號指紋數據庫用于存儲位置相關信號指紋特征信息，所述位置相關信號指紋特征信息包括位置、信號特征及位置與信號特征的對應關系；計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度；根據所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度，查找所述相似度最大的位置相關信號指紋特征，確定有無人體及人體位置。本發明提高了人體的檢測率和定位精度。
【專利說明】一種人體檢測和定位的方法、裝置及系統【技術領域】
[0001]本發明涉及無線定位技術，尤其涉及一種人體檢測和定位的方法、裝置及系統。
【背景技術】 [0002]隨著物聯網的快速發展，人類已經逐漸步入了智能世界。大量的智能設備被開發和應用，并涌現了各種智能系統，比如智能家居系統、智能看護系統、智能建筑系統。這些智能系統需要對人體位置與活動保持敏感性，因此對人體的檢測和定位成為智能系統應用的基礎。例如:醫院使用智能看護系統監測病人的活動，尤其是對老年人的看護；智能建筑系統檢測并定位用戶，為其提供準確的位置服務。
[0003]早期對人體的檢測和定位主要是通過攝像頭來進行，但是攝像頭價格昂貴，部署代價比較高，并且在黑夜里經常失效。近些年來，各種無線設備被開發和廣泛應用，大量廉價的無線接入設備被部署在建筑物內以及附近。無線監測系統如雨后春筍般大量出現，目前無線監測系統包括主動監測和被動監測兩種。主動監測要求用戶隨身攜帶無線電子設備，這些電子設備能夠主動與監測器(例如常見的wifi設備)進行通信，監測器根據無線信號強度來對用戶進行定位。但這些電子設備往往比較昂貴，并且容易因攜帶者的日常活動遭受破壞而失效，或者被攜帶者丟失而無法完成監測任務等。被動監測則無需用戶攜帶任何電子設備。監測系統被部署在目標區域，當用戶進入了該區域時，監測系統檢測到區域內的信號變化，利用機器學習和模式識別等方法實現對人體的檢測和定位。被動監測系統一旦部署即可長期對目標區域進行監測，并不受用戶狀態的影響。理想的被動監測系統應該具有較低的誤報率、較高的定位精度、易擴展性、可以實現多體檢測和定位。
[0004]在現有技術中，許多被動人體監測系統采用的主要技術是將無線設備接收的信號強度信息(Received Signal Strength Indication, RSSI)用作位置指紋信息,通過檢測信號強度變化來實現人體檢測和定位。盡管RSSI信息很容易獲取，但是RSSI被認為是不穩定的，很容易被外界干擾，導致較大的誤報率、較低的檢測率和定位精度，并且很難進行多體檢測和定位。因此大部分基于RSSI的被動人體監測系統僅僅是能檢測出用戶的出現，無法對用戶的位置進行精確定位，或是需要部署大量的通信鏈路才能完成對人體的粗略定位，而大量接收器的部署一定程度上限制了智能設備應用能力，比如在家居環境中通常僅存在少量的通信鏈路。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明實施例提供一種人體檢測和定位的方法、裝置及系統，以提高人體檢測率和定位精度。
[0006]一方面，本發明實施例提供了一種人體檢測和定位的方法，所述方法包括:
[0007]接收檢測信號特征信息，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅；
[0008]讀取信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息，所述信號指紋數據庫用于存儲位置相關信號指紋特征信息，所述位置相關信號指紋特征信息包括位置、信號特征及位置與信號特征的對應關系；
[0009]計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度；
[0010]根據所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度，查找所述相似度最大的位置相關信號指紋特征，確定有無人體及人體位置。
[0011]進一步地，在所述接收檢測信號特征信息之前還包括:
[0012]在單視距通信鏈路下，通過對人體位于指定位置時的信號特征進行訓練，構建信號指紋數據庫。
[0013]進一步地，在所述讀取信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息之前還包括:
[0014]將所述檢測信號特征信息存入緩沖區中；
[0015]依次讀取存入緩沖區中的所述檢測信號特征信息。
[0016]進一步地，所述計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度包括:
[0017]計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的歐幾里得距離；
[0018]根據所述檢測信號特征中的所有子載波的信號特征計算檢測信號序列矩陣，根據所述位置相關信號指紋特征計算位置相關信號序列矩陣，計算所述檢測信號序列矩陣和所述位置相關信號序列矩陣的余弦相似度；
[0019]根據所述歐幾里得距離和所述余弦相似度，計算所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值，所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值為所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度。
[0020]另一方面，本發明實施例還提供了 一種人體檢測和定位的裝置，所述裝置包括:
[0021]接收模塊，用于接收檢測信號特征信息，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅；
[0022]讀取模塊，讀取信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息，所述信號指紋數據庫用于存儲位置相關信號指紋特征信息，所述位置相關信號指紋特征信息包括位置、信號特征及位置與信號特征的對應關系；
[0023]計算模塊，用于計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度；
[0024]查找模塊，用于根據所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度，查找所述相似度最大的位置相關信號指紋特征，確定有無人體及人體位置。
[0025]進一步地，所述裝置還包括:
[0026]構建模塊，用于在單視距通信鏈路下，通過對人體位于指定位置時的信號特征進行訓練，構建信號指紋數據庫。
[0027]進一步地，所述裝置還包括:
[0028]緩存模塊，用于將所述檢測信號特征信息存入緩沖區中；
[0029]依次讀取存入緩沖區中的所述檢測信號特征信息。
[0030]進一步地，所述計算模塊包括:
[0031]第一計算子模塊，用于計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的歐幾里得距離；[0032]第二計算子模塊，用于根據所述檢測信號特征中的所有子載波的信號特征計算檢測信號序列矩陣，根據所述位置相關信號指紋特征計算位置相關信號序列矩陣，計算所述檢測信號序列矩陣和所述位置相關信號序列矩陣的余弦相似度；
[0033]第三計算子模塊，用于根據所述歐幾里得距離和所述余弦相似度，計算所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值，所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值為所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度。
[0034]另一方面，本發明實施例還提供了一種人體檢測和定位的系統，所述系統包括信號發射機、信號接收機、信號指紋數據庫和人體檢測和定位的裝置；
[0035]所述信號指紋數據庫用于存儲位置相關信號指紋特征信息，所述位置相關信號指紋特征信息包括位置、信號特征及位置與信號特征的對應關系，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅；
[0036]所述信號發射機發射802.1ln協議信號，所述信號接收機在接收到發射機發射的802.1ln協議信號后提取檢測信號特征信息并將所述檢測信號信息發送給所述人體檢測和定位的裝置，所述人體檢測和定位的裝置根據所述檢測信號特征信息和所述信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息確定有無人體及人體位置。
[0037]本發明實施例提供的人體檢測和定位的方法、裝置及系統通過計算檢測信號特征與存儲在信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征的相似度，查找相似度最大的位置相關信號指紋特征，確定有無人體及人體位置，提高了人體檢測率和定位精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明第一實施例提供的人體檢測和定位的方法的流程圖；
[0039]圖2是本發明第二實施例提供的人體檢測和定位的裝置的示意圖；
[0040]圖3是本發明第三實施例提供的人體檢測和定位的系統的示意圖；
[0041]圖4是本發明第四實施例提供的人體檢測和定位的系統的示意圖；
[0042]圖5是本發明第四實施例提供的人體檢測和定位的系統實現的單視距通信鏈路下被動人體的檢測和定位的示意圖；
[0043]圖6是本發明實施例提供的人體檢測和定位的系統中的信號指紋數據庫的構建過程示意圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部內容。
[0045]圖1示出了本發明的第一實施例。
[0046]圖1是本發明第一實施例提供的人體檢測和定位的方法的實現流程圖，該方法詳述如下:
[0047]在步驟101中，接收檢測信號特征信息。
[0048]執行人體檢測和定位的方法的設備接收檢測信號特征信息，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅。[0049]在需要人體檢測和定位的空間內的適當位置部署信號發射機和信號接收機，在執行人體檢測和定位時，信號發射機發射802.1ln協議信號，信號接收機在接收到信號后提取檢測信號特征信息，將提取到的檢測信號特征信息發送給執行人體檢測和定位的方法的設備。
[0050]2009年IEEE正式批準了 802.1ln協議標準，許多廠商都采用了 MMO OFDM技術，產品涉及無線網卡、無線路由等。802.1ln協議結合物理層和MAC層技術的優化來提高WLAN的吞吐量，逐漸成為無線通信的主流協議，目前常用的無線網卡和無線路由設備都已支持802.1ln 協議通信。同時,OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術，是一種無線高速傳輸技術。它將給定的頻域劃分成多個正交的子信道，每個子信道上采用一個子載波進行調制，各個子載波并行傳輸。802.1ln協議下的信道狀態信息(CSI)可以用子載波信道矩陣進行表示，反映無線鏈路信道屬性。它描述了信號從發射機到接收機傳播過程中產生的效應，包括散射、衰減和距離功率衰減等。CSI能夠從OFDM子載波的粒度來區分多徑部分，因此CSI被認為是細粒度的，對環境變化敏感，尤其當信號經過人體之后，各個子載波會受到不同程度的影響，子載波的振幅有的被增大而有的則被降低，因此表現出不同的振幅曲線特征。
[0051]在傳統的室內環境中，一個傳輸信號可以通過多徑進行傳播，并導致不同的傳播長度、路徑損失、不同的時延、振幅衰減和相位偏移。而多徑環境可以通過時間線性過濾器h(T)特征化，即信道脈沖響應(Channel Impulse Response, CIR):
【權利要求】
1.一種人體檢測和定位的方法，其特征在于，所述方法包括: 接收檢測信號特征信息，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅； 讀取信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息，所述信號指紋數據庫用于存儲位置相關信號指紋特征信息，所述位置相關信號指紋特征信息包括位置、信號特征及位置與信號特征的對應關系； 計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度； 根據所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度，查找所述相似度最大的位置相關信號指紋特征，確定有無人體及人體位置。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收檢測信號特征信息之前還包括: 在單視距通信鏈路下，通過對人體位于指定位置時的信號特征進行訓練，構建信號指紋數據庫。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述讀取信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息之前還包括: 將所述檢測信號特征信息存入緩沖區中； 依次讀取存入緩沖區中的所述檢測信號特征信息。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度包括: 計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的歐幾里得距離； 根據所述檢測信號特征中的所有子載波的信號特征計算檢測信號序列矩陣，根據所述位置相關信號指紋特征計算位置相關信號序列矩陣，計算所述檢測信號序列矩陣和所述位置相關信號序列矩陣的余弦相似度； 根據所述歐幾里得距離和所述余弦相似度，計算所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值，所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值為所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度。
5.一種人體檢測和定位的裝置，其特征在于，所述裝置包括: 接收模塊，用于接收檢測信號特征信息，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅； 讀取模塊，讀取信號指紋數據庫中的位置相關信號指紋特征信息，所述信號指紋數據庫用于存儲位置相關信號指紋特征信息，所述位置相關信號指紋特征信息包括位置、信號特征及位置與信號特征的對應關系； 計算模塊，用于計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度； 查找模塊，用于根據所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度，查找所述相似度最大的位置相關信號指紋特征，確定有無人體及人體位置。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 構建模塊，用于在單視距通信鏈路下，通過對人體位于指定位置時的信號特征進行訓練，構建信號指紋數據庫。
7.根據權利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括:緩存模塊，用于將所述檢測信號特征信息存入緩沖區中； 依次讀取存入緩沖區中的所述檢測信號特征信息。
8.根據權利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述計算模塊包括: 第一計算子模塊，用于計算所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的歐幾里得距離； 第二計算子模塊，用于根據所述檢測信號特征中的所有子載波的信號特征計算檢測信號序列矩陣，根據所述位置相關信號指紋特征計算位置相關信號序列矩陣，計算所述檢測信號序列矩陣和所述位置相關信號序列矩陣的余弦相似度； 第三計算子模塊，用于根據所述歐幾里得距離和所述余弦相似度，計算所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值，所述余弦相似度與所述歐幾里得距離的比值最大的值為所述檢測信號特征與所述位置相關信號指紋特征的相似度。
9.一種人體檢測和定位的系統，其特征在于，所述系統包括信號發射機、信號接收機、信號指紋數據庫和權利要求5-8中任一項所述的人體檢測和定位的裝置； 所述信號指紋數據庫用于存儲位置相關信號指紋特征信息，所述位置相關信號指紋特征信息包括位置、信號特征及位置與信號特征的對應關系，所述信號特征為正交頻分復用系統中的每個子載波的信道狀態信息振幅； 所述信號發射機發射802.1ln協議信號，所述信號接收機在接收到發射機發射的·802.1ln協議信號后提取檢測信號特征信息并將所述檢測信號信息發送給所述人體檢測和定位的裝置，所述人體檢測和定位的裝置根據所述檢測信號特征信息和所述信號指紋數據庫中的位置相關信 號指紋特征信息確定有無人體及人體位置。
【文檔編號】H04W64/00GK103596266SQ201310611450
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】宮良一, 楊錚 申請人:無錫市中安捷聯科技有限公司