专利汇可以提供一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于溺 水 施救领域,具体涉及一种基于多 传感器 检测和GNSS 定位 的溺水检测方法以及设备,具体检测步骤如下,将海拔高度写入flash;溺水检测便携设备每隔一定时间,使用GNSS模 块 获取当前坐标,判定当前 位置 与上一次位置距离,并且与数据表中的坐标数值对比,当前位置在新的单元区域,则重新设置水深传感器基准值;如果位置依旧在上次单位区域内,则不调整基准值;再基于 加速 度计 进行溺水行为识别,识别步骤包括加速度计采集数据预处理、数据 加窗 、行为特征提取、基于 决策树 的动作识别;最后进行溺水行为判定。能够及时监测到溺水行为并进行准确预警以报告溺水人员的位置,有效提高了施救的效率,安全性好。,下面是一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备专利的具体信息内容。
1.一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备,其特征在于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测设备的结构如下:
加速度计、水深测量传感器和心率测量传感器分别通过IIC与MCU通信连接,用以将收集到的数据传输至MCU,北斗/GPS模块和SIM卡模块分别通过UART与MCU通信,北斗/GPS模块用于获取人员位置,SIM卡用于发送报警信息;外接flash通过SPI与MCU通信连接,用于存放坐标信息与海拔高度信息;手环、标签在内的设备上的芯片计算能力有限,无法使用较为复杂的计算方法,本发明将不同的地理位置海拔存储在设备中的flash中,在使用时,根据GNSS模块定位结果,从flash中读取海拔信息;LED灯通过GPIO与MCU通信连接,用以发送报警信号,MCU通过GPIO控
制LED灯亮灭。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备,其特征在于进行溺水检测时,具体操作步骤按照如下方式进行:
由于海拔越高,气压越低,导致不同海拔气压不同,当使用水压传感器时,泳池水面基准0值会产生变化,需要根据海拔做相应调整,为此须将将不同的地理位置海拔存储在flash中;
步骤1、海拔高度写入flash
S1、需要制作海拔高度数据表,以10km为单位,将国内区域划分成多个10*10km的区域;
S2、按照一定顺序(可从南向北、也可从东向西或者从北向南、从西向东)对划分的区域进行编号;
S3、查询记录每个10*10km的区域的平均海拔,特别的,在人口居住稠密、地势变化剧烈地区,可以适当查询减小区域范围;
S4、将查询的海拔数据,按顺序写到flash中,其中,由于海拔数据不会超过10000,此处将每个区域的海拔按照2字节或者4字节方式写入flash,以便于查询;
步骤2、基于被监测人员位置自动调整水深传感器基准值
溺水检测便携设备每隔一定时间,使用GNSS模块获取当前坐标,虽然室内定位误差偏大,但是五十米以内误差不影响最终结果;
S1、判定当前位置与上一次位置距离,并且与数据表中的坐标数值对比,当前位置在新的单元区域,则重新设置水深传感器基准值;如果位置依旧在上次单位区域内,则不调整基准值;
步骤3、基于加速度计进行溺水行为识别
S1、加速度计采集数据预处理
加速度计能够以测量人体运动加速度和重力加速度信号,但是其测量数据包含了各种干扰信号和噪声信号,这些干扰和噪声会对溺水行为识别带来很多负面影响,因此需要对加速度计测量的数据进行噪声过滤与平滑、加窗在内的预处理操作;
使用式(1)所示的切比雪夫低通滤波器处理加速度计采样得到的数据,
加速度计采样的数据使用上述计算得到的滤波器滤波后,用以进一步分析;
S2、数据加窗
由于直接测量得到的加速度数据在时域中以数据流的形式呈现,不适合直接提取特征,通常在对加速度信号进行特征提取之前进行添加窗口的预处理;本发明中,加速度计的数据采集频率为50Hz,采样窗口设置为256点,相邻窗口重叠50%;
S3、行为特征提取
由于S2中加窗后的加速度计测量数据无法直接用于判断人体运动状态,也无法直接被分类器识别,因此,需要对S2中加窗后的加速度计测量数据进行特征提取,本发明选用标准差、均值、波峰间隔、波峰波谷几种特征组成特征集;
S4、基于决策树的动作识别
行为特征提取得到的特征集用于设计决策树中内部节点的属性,决策树分类算法计算量相对较小,并且模型简单,但是识别精度较高,决策树分类法采用自上而下的递归方式,在内部比较节点的属性,并根据属性的不同得到一条自上而下的路径,在叶节点处得到分类;
本发明先使用ID3算法生成一棵树,再根据交叉验证和测试集验证的结果对树进行剪枝,进而得到决策树;
步骤4、溺水行为判定
S1、多传感器检测和GNSS定位的溺水检测设备开始工作后,先读取GNSS定位结果,确定当前定位位置;
S2、计算当前所在区域的序号;
S3、查找当前区域所在海拔,修改基准值;
S4、读取加速度计数据,根据基于加速计的溺水行为识别算法分析当前
行为是否处于静止;
S5、如果识别当前处于运动状态,则进一步判断是正常游泳还是溺水行为,如果人员处于溺水状态则通过SIM卡向安全员和看护人员发送报警信号,并且LED灯闪频报警;
S6、如果识别当前处于静止状态,则需要先判定距离上次使用GNSS定位间隔时长,超过设定的时间(例如半小时),则重新定位,并判定是否需要调整海拔基准值;如果没超过半小时,则不错调整;
S7、读取水深数据,如果水深大于阈值,则进一步读取心率数据,判定当前人员心率是否处于溺水状态,如果处于溺水状态则通过SIM卡向安全员和看护人员发送报警信号,并且LED等闪频报警;否则继续读取加速度计数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备,其特征在于加速度计包含单不限于各类基于MEMS的3轴、6轴、9轴加速度计。
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备,其特征在于水深传感器包含但不限于基于压力的水深传感器。
5.根据权利要求2所述的一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备,其特征在于对加速度计预处理中,低通滤波也可使用方法包含但不限于切比雪夫低通滤波、巴特沃斯低通滤波、FIR低通滤波和卡尔曼滤波。
6.根据权利要求2所述的一种基于多传感器检测和GNSS定位的溺水检测方法以及设备,其特征在于本发明中只以决策树方法进行分析,可使用行为分类方法还包含但不限于KNN、朴素贝叶斯、SVM等以及这些方法的组合。
技术领域:
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