技术领域
[0001] 本
发明涉及智能终端技术领域，特别涉及基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别。
背景技术
[0002] 在当前法行政工作的流程中，根据
基层工作人员反应存在诸多弊端和不便之处，一是展开社区矫正工作过程中，司法所并没有很多的公务用车，导致在接送社区矫正对象时并不方便，导致工作进度迟缓，无法有效的展开工作，也存在一定的安全隐患。二是司法所在实际工作过程中除去开展日常业务外，还需要大量的时间进行回访、综治等工作，而且工作量繁琐，造成司法所工作人员流动性大，因此一些需要经验累积的工作譬如“人民调解”的工作也会受到很大的影响。三是线条管理碎片化，大量重复的工作让工作量剧增，难以取得满意的工作效果。四是教育成本过高，人员培训并不系统，对人员素质的提升不能起到决定作用，有很多认真工作、追求上进的人员只能自费去参加成人教育、报培训班来提升自己的能
力，而大部分人并不舍得去花钱自己进行学习，这导致人员整体
水平参差不齐，工作人员很难拥有归属感，而那些进行自费学习的优秀人才也会毫不犹豫离开队伍，造成人才流失。
发明内容
[0003] 发明的目的在于提供基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别，本发明为基层司法所工作人员带来了极大地方便，提高了工作效率、有效缓解了当前司法所人员不足，工作任务多，人员力量和工作任务量极不匹配的实际情况，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] 基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别，包括生命体征的采集和人物特征模型的生成，人物特征模型的生成包括如下步骤：
[0006] S1：呼吸
微波、定位数据、步伐步数信息的采集利用手机的mic进行采集手机周边的微波，同时通过GPS或北斗来采集人员的定位信息，根据手机的
陀螺仪及计步器
传感器采集人员的运动信息及步伐信息；
[0007] S2：手机采集完信息之后，首先对呼吸微波进行
信号的放大，提升噪音信号，同时把人的
声音信号及其他外来声音信号过滤掉，提取呼吸
波形，优化频幅，提取部分特征数据连同定位、步伐步数上传到平台
云服务；
[0008] S3：通过云服务
算法再次将数据信号放大，切点计算、自我学习算法、取模、生成特征
阀值，再次学习新入数据信号、生成特征阀值、转换呼吸波形
频率、在根据定位数据+速度+步数+步阀抖动波形分离取点取模计算获取特征点，学习生成特征阀值最终生成人物特征模型。
[0009] 进一步地，生命体征的采集包括指纹采集、人脸采集
和声纹采集。
[0010] 进一步地，指纹采集包括如下步骤：
[0011] 步骤一：自带指纹采集
硬件的手机进入采集界面录入服刑人员指纹信息，提取并上传到后台
服务器，并返回模型数据；
[0012] 步骤二：同时提取
生物指纹特征和绑定用户信息；
[0013] 步骤三：司法所工作人员确认信息准确性，采集完成。
[0014] 进一步地，人脸采集包括如下步骤：
[0015] 步骤一：自带摄像头的手机开启
活体检测，服刑人员根据语音提示进行眨眼、张嘴、转头、点头多个动作,之后提取生物特征上传到流媒体服务器，根据人像生物特征算法提取唯一特征，并返回模型数据；
[0016] 步骤二：显示由活体检测系统动态提取到的人像图片以及绑定用户信息；
[0017] 步骤三：司法所工作人员确认信息准确性，采集完成。
[0018] 进一步地，声纹采集包括如下步骤：
[0019] 步骤一：服刑人员根据自带麦克
风的手机的文字提示进行朗读，支持普通话修正功能，上传到流媒体服务器，根据声纹算法提取唯一特征，并返回模型数据；
[0020] 步骤二：再次对文字提示进行朗读，与服务器返回的模型数据进行并绑定用户信息；
[0021] 步骤三：司法所工作人员确认信息准确性，采集完成。
[0022] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0023] 1.本发明提出的基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别，指纹、人脸以及声纹采用手机采集后上传至服务器，采集便捷，与PC同步运行，
数据采集可离线、也可在线，实现一次采集，共享使用，智能终端和PC同步应用。
[0024] 2.本发明提出的基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别，指纹、人脸以及声纹等生命体征识别技术，实现精准管控，将指纹、声纹、人脸、呼吸、步数、心跳等生命体征信息应用于社区服刑人员的管理，通过生命体征识别技术，精确监测社区服刑人员人机分离、分析活动轨迹、心理状态等，防止监管数据的造假。支持现场取证、语音录入、
电子签名等功能，可形成完整可靠地现场电子卷宗，提高工作效率。
[0025] 3.本发明提出的基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别，呼吸微波、定位数据、步伐步数信息的采集利用手机的mic进行采集手机周边的微波，同时通过GPS或北斗来采集人员的定位信息，根据手机的陀螺仪及计步器传感器采集人员的运动信息及步伐信息，运用
大数据研判技术，将各项业务数据进行多维度的分析研判，形成数据总览，便于司法所工作人员有针对性地开展工作，并且多端的视频会议模
块让繁琐的线下会议转变为随时随地就可以进行沟通的线上会议。
附图说明
[0027] 图2为本发明的人脸采集流程图；
[0028] 图3为本发明的声纹采集流程图；
[0029] 图4为本发明的人物特征模型生成流程图；
[0030] 图5为本发明的呼吸原始信号归一化处理图。
具体实施方式
[0031] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032] 基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别，包括生命体征的采集和人物特征模型的生成，生命体征的采集包括指纹采集、人脸采集和声纹采集。
[0033] 如图1，指纹采集包括如下步骤：
[0034] 步骤一：自带指纹采集硬件的手机进入采集界面录入服刑人员指纹信息，提取并上传到后台服务器，并返回模型数据，采集便捷，与PC同步运行。数据采集可离线、也可在线，实现一次采集，共享使用，智能终端和PC同步应用；
[0035] 步骤二：同时提取生物指纹特征和绑定用户信息；
[0036] 步骤三：司法所工作人员确认信息准确性，采集完成。
[0037] 对于指纹采集，当前手机使用的指纹识别硬件98％都是第三代生物射频指纹识别技术(射频原理真皮指纹核心技术(线型采集器))，射频传感器技术是通过传感器本身发射出微量
射频信号，穿透
手指的表皮层去控测里层的纹路，来获得最佳的指纹图像。提取到当前设备获取到的指纹信息图像，并根据指纹信息生成一组唯一的生物识别编码，在验证的时候通过再次提取到的唯一生物识别编码进行对比，相似度达到99％以上便认定为使用者与采集者是同一个人。
[0038] 如图2，人脸采集包括如下步骤：
[0039] 步骤一：自带摄像头的手机开启活体检测，服刑人员根据语音提示进行眨眼、张嘴、转头、点头多个动作，之后提取生物特征上传到流媒体服务器，根据人像生物特征算法提取唯一特征，并返回模型数据；采集便捷，与PC同步运行。数据采集可离线、也可在线，实现一次采集，共享使用，智能终端和PC同步应用；
[0040] 步骤二：显示由活体检测系统动态提取到的人像图片以及绑定用户信息；
[0041] 步骤三：司法所工作人员确认信息准确性，采集完成。
[0042] 对于人脸采集，调用手机的摄像头进行短视频录制，并断点上传到服务器，服务器端提取人脸特征，具体提取方式如下：
[0043] 首先将图像进行奇异值分解，可以将图像转化为对
角阵，然后提取图像的代数特征。奇异值表示了
像素灰度的统计规律，因此奇异值在图像压缩、语音处理、
机器视觉领域应用非常广泛。另一方，图像矩阵的奇异值分解有着重要的特征，如图像旋转不变性，对光照变化的鲁棒性和内在
稳定性。在
人脸识别中，奇异值特征对面部表情、
姿态、部分遮挡等都有很好适应性。近年来，许多研究证实了SVD特征的有效性。对于任何一个图像的像素矩阵Am×n都可分解成如下形式：
[0044] A＝UDVT
[0045] U为高m宽m的方阵，D为高n宽为n的方阵，它们都是下交矩阵。D是一个高m宽为n的对角阵。
[0046] ∑k×k＝diag(σ1，σ2，…，σk)
[0047] Vm×m＝(u1，u2，...，uk，uk+1，...，um)
[0048] Vn×n＝(v1，v2，…，vk，vk+1，…，vn)
[0049] 其中， 它是我们将要提取的奇异值，矩阵ATA和AAT的特征值λi有λ1≥λ2≥...≥λk≥0，并且λk+1×λk+1＝...＝λn＝0，矩阵AAT的零特征值。AAT和ATA的非零
特征向量分别是ui，vi。λi，i＝k+1，...，m，为它的零特征项。Am×n可以表示为：
[0050]
[0051] 上图公式就是讲一副图像正在分解的过程，任意一个矩阵奇异分解后得到的向量为：
[0052] xm×1＝Dm×ne＝(σ1，...，σk，0，...，0)T
[0053] 对任意一个矩阵，进行奇异值分解后我们得到的对角阵∑是独一无二的，因此奇异值和奇异值特征向量代表了一幅图像的全部内在信息。利用得到的值生成一组唯一生物识别编码与特征值，之后验证的过程便是对比两组图片的奇异值，并且返回特征吻合指数，若吻合指数达到90％之上，便认定为这是同一个人。
[0054] 如图3，声纹采集包括如下步骤：
[0055] 步骤一：服刑人员根据自带麦克风的手机的文字提示进行朗读，支持普通话修正功能(识别部分近似普通话的方言)，上传到流媒体服务器，根据声纹算法提取唯一特征，并返回模型数据；采集便捷，与PC同步运行。数据采集可离线、也可在线，实现一次采集，共享使用，智能终端和PC同步应用；
[0056] 步骤二：再次对文字提示进行朗读，与服务器返回的模型数据进行并绑定用户信息；
[0057] 步骤三：司法所工作人员确认信息准确性，采集完成。
[0058] 对于声纹采集：首先，通过从说话人发出的
语音信号中提取语音特征，并上传到后台，由后台对此段录音进行
频谱绘制与离散，并利用i-vector
框架进行数据解析，得到本段语音的UBM和数字全因子矩阵，与之前采集的语音
片段解构离散后形成的UBM和数字全因子矩阵进行对比，若两者等错误概率(EER)小于1％，便确定这是同一个人。
[0059] 以上指纹、人脸以及声纹等生命体征识别技术的运用，实现精准管控，将指纹、声纹、人脸、呼吸、步数、心跳等生命体征信息应用于社区服刑人员的管理。通过生命体征识别技术，精确监测社区服刑人员人机分离、分析活动轨迹、心理状态等，防止监管数据的造假，支持现场取证、语音录入、电子签名等功能，可形成完整可靠地现场电子卷宗，提高工作效率。
[0060] 如图4，人物特征模型的生成包括如下步骤：
[0061] 第一步：呼吸微波、定位数据、步伐步数信息的采集利用手机的mic进行采集手机周边的微波，同时通过GPS或北斗来采集人员的定位信息，根据手机的陀螺仪及计步器传感器采集人员的运动信息及步伐信息；
[0062] 第二步：手机采集完信息之后，首先对呼吸微波进行信号的放大，提升噪音信号，同时把人的声音信号及其他外来声音信号过滤掉，提取呼吸波形，优化频幅，提取部分特征数据连同定位、步伐步数上传到平台云服务；
[0063] 第三步：通过云服务算法再次将数据信号放大，切点计算、自我学习算法、取模、生成特征阀值，再次学习新入数据信号、生成特征阀值、转换呼吸波形频率、在根据定位数据+速度+步数+步阀抖动波形分离取点取模计算获取特征点，学习生成特征阀值最终生成人物特征模型，通过一段时间的记录自我学习优化人物特征模型数据信息，形成多角度多特征阀值的全面智能模型，以此模型为基准，通过再次接收到呼吸及定位数据和该模型进行比对分析，最终确认该人员的信息，最终实现基于智能手机的呼吸检测人员信息的识别。
[0064] 利用提区出的呼吸信号以及结合
加窗归一化及自适应
信号处理提出了一种新的信号归一化方法，公式简述如下：
[0065] 设经过滤波预处理后的信号S，对其加窗分段后S共由n段窗口长度为L的信号构成，S＝{S1…Si…Sn}，对Si进行自适应归一化，归一化信号为：R＝(r1…ri…rn}，自适应归一化算法如下：
[0066]
[0067] 如图5，通过对每个人的原始呼吸进行归一化处理，根据从服刑人员长期使用一段时间后，利用
数据挖掘对大量的呼吸数据进行平均量处理，并且系统会根据自主学习时间的增长不断的精准化模型数据，之后后台会根据从服刑人员手机端采集到的呼吸信号归一化处理后与均量的归一化信号进行对比，若相似度在-1～1范围内，就确认是服刑人员。
[0068] GPS或北斗等掌上大数据的运用，
支撑基层工作，运用大数据研判技术，将各项业务数据进行多维度的分析研判，形成数据总览，便于司法所工作人员有针对性地开展工作。并且多端的视频会议模块让繁琐的线下会议转变为随时随地就可以进行沟通的线上会议。
[0069] 本发明运用生命体征特性识别技术，实现管理对象和管理人员的智能化管理，打造司法行政“闭环式”管理模式，有效避免了证据材料不足、工作疏漏等引起的管理漏洞。利用最容易实现的手机APP方式对管理对象进行监管，并应用生命体征识别技术，精准监测预警人机分离，避免了脱管现象的发生，达到了全
覆盖、全
时空、全流程精准管控。同时，也避免了使用特殊设备管理社区服刑人员，造成服刑人员的抵触情绪，从而影响教育矫治
质量，同样的，在进行信息化监管的同时，社区服刑人员也可以随时随地进行签到与学习，与司法所人员随时随地的进行高效的沟通与汇报，也摆脱了腕环带来的歧视和自卑，并且线上的“安置帮教”模块也为孤寡的服刑人员提供了生活保障，也为为服刑人员的重新融入社会以及社区矫正期间的汇报工作提供了极大便利。通过司法智能终端语音录入、现场取证等
人工智能技术的应用，有效解决了司法所工作人员信息化应用水平低，抵触信息化系统应用等问题，保证了系统数据的及时性、鲜活性。司法智能终端的应用促进传统的年底抽查、翻阅案卷等考核模式向实时考核、用数据考核的模式转变，提高考核质量及考核结果的可利用性，更好的以考核促工作。因此，本发明为基层司法所工作人员带来了极大地方便，提高了工作效率、有效缓解了当前司法所人员不足，工作任务多，人员力量和工作任务量极不匹配的实际情况，被基层工作人员亲切成为“掌中宝”。
[0070] 综上所述，本发明提出的基于智能手机监测呼吸、步伐及定位人员信息的采集识别，首先移动端的系统可以让工作者随时随地开展工作，大大降低了时间和空间的局限性，并且在针对于服刑人员的监管中，“必接必送”、“安置帮教”、“线上请假”以及独创的根据生物体征进行监管的方式为司法所工作人员减轻对社区矫正人员(监外服刑人员)监管的工作量，同时能更好的有效实时的对社区矫正人员进行监管，也为了对该类人群进行相关的远程教育、指导、降低社区矫正人员每周或每三天报道所带来的成本，同时通过该技术方案，拿掉矫正人员腕带(服刑人员的标签)减少矫正人员被歧视的情况。同样的，回访、综治等工作都可通过PC或移动端进行线上记录，对于服刑人员的任务分配也是通过司法所工作人员使用端进行分发，一对一的推送给服刑人员的移动端，服刑人员根据教育需求和工作开展方向进行拍照或者视频录制进行上传回馈，由司法所工作人员进行任务监督和完成考核，在工作人员确认服刑人员工作或教育结束后，在移动端签字进行确认，完成整个线上的工作流程，形成一个完整的跨时空的监管闭环。这不但减少了大量复的工作，也增加了监管力度，与此同时，对工作人员进行技能培训也因“视频会议”的模块变得简单高效。
[0071] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
