专利汇可以提供一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测方法及系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测方法及系统。采用三层BP反向神经网络,并在网络训练过程中对神经元权值和学习率进行调整,使 算法 计算速度大大提升,便于 硬件 实现,并具有更高的摔倒检测准确率。实现该方法的系统包括电源模 块 、 数据采集 模块、 数据处理 模块和GSM短信通信模块,可及时进行摔倒报警;同时,系统整体体积较小,便于佩戴,耗电低,续航时间长。,下面是一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测方法,其特征在于:采用三层BP反向神经网络,输入层包括三个神经元,对应输入检测系统采集的融合加速度、俯仰角和倾斜角值,隐含层包括两个神经元,输出层包括一个神经元,对应输出人体是否摔倒概率值,检测方法包括如下步骤:
步骤1,初始化网络:从一个均值为0的一致分布中随机选择每个神经元的初始权值,并分别设定学习率η、动量参数α和误差阈值err的初值,其中,学习率η和动量参数α的初值为(0,1)之间的任意值,误差阈值err的初值为(0,e-3)内的任意值;
步骤2,采集训练样本:从摔倒动作中提取n组数据,记为(X(n),d(n)),从正常动作中提取选择m组数据,记为(X(m),d(m)),其中,d(n)和d(m)为期望值,d(n)为1,代表摔倒动作,d(m)为0,代表正常动作,X向量包括融合加速度SVM、俯仰角和倾斜角三个值。所述的摔倒动作包括正面摔倒、背面摔倒、右面摔倒、左面摔倒,正常动作包括步行、跑步、下蹲、坐下、躺下;
步骤3,网络训练:将采集到的样本输入到BP反向神经网络的输入层,输入层神经元按照其权值对输入值进行加权求和,得到的结果经激活函数到达隐含层,隐含层神经元按照其权值对其输入进行加权求和,得到的结果经激活函数到达输出层输出结果,判断输出值和期望值的误差是否小于误差阈值err,如果误差小于阈值err,训练结束,得到训练好的网络;否则,进行反向误差调整;
所述的反向误差调整是利用梯度下降法来计算最佳权值使误差最小,每次误差调整包括对权值的调整和对学习率的调整,所述的权值调整的计算公式为:
W(L)(k+1)=W(L)(k)+ΔW(L)(k) L=1,2 (1)
ΔW(L)(k)=α[W(L)(k-1)]+η(k)δ(L)(k)Y(L)(k) L=1,2 (2)
其中,k表示当前时刻,k-1表示前一时刻,k+1表示下一时刻,L=1表示输入层,L=2表示隐含层,ΔW(L)(k)表示输入层或隐含层神经元的权值调整量,W(L)(k+1)表示输入层或隐含层神经元下一时刻的权值,W(L)(k-1)表示输入层或隐含层神经元前一时刻的权值,W(L)(k)表示输入层或隐含层神经元当前时刻的权值,δ(L)(k)表示输入层或隐含层当前时刻的局部梯度,Y(L)(k)表示输入层或隐含层神经元的输入值。η(k)为当前时刻调整后的学习率,其计算公式为:
η(k)=2λη(k-1) (3)
其中,λ为学习率调整参数,按照λ=sign(δ(L)(k)δ(L)(k-1))计算,δ(L)(k-1)表示输入层或隐含层前一时刻的局部梯度;
步骤4,摔倒检测:以检测系统按照30Hz频率采集到的融合加速度、俯仰角和倾斜角三种数据的最大值为输入,利用步骤3得到的训练好的网络进行处理,如果网络输出值大于阈值O(n),判定为摔倒;所述的阈值O(n)的取值范围为0.85
3.如权利要求2所述的一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测系统,其特征在于:所述的三轴地磁传感器采用HMC5883三轴地磁传感器。
4.如权利要求2所述的一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测系统,其特征在于:所述的数据处理模块采用STM32F103RCT6控制芯片。
5.如权利要求2所述的一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测系统,其特征在于:所述的GSM短信模块采用SIM900A模块,工作频段双频为900/1800Mhz。
6.如权利要求2所述的一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测系统,其特征在于:电源模块为系统各个模块供电,包括锂电池和7805稳压芯片,系统工作电压为5V。
7.如权利要求2所述的一种基于BP神经网络的老年人摔倒检测系统,其特征在于:所述的数据处理模块对MPU6050传感器和三轴地磁传感器采集的数据进行处理,包括:对MPU6050传感器采集的三轴加速度值按照 进行融合处理,得到融合加
速度值,对MPU6050传感器采集的倾斜角、俯仰角值进行卡尔曼滤波,得到最终的俯仰角和倾斜角值,其中,SVM表示融合加速度,Ax表示X轴加速度,Ay表示Y轴加速度,Az表示Z轴加速度。
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