1.一种基于WiFi信号的穿墙室内人员跌倒探测方法,包括以下步骤:(1)WiFi接收网卡持续收集无线AP发射的信号,并通过终端设备提取接收信号中的物理层信道状态信息CSI;
(2)将提取的CSI与其对应的时间相关联,组成CSI流信息;
(3)对CSI流在时间轴上的波形进行滤波、降噪,滤波利用低通滤波器实现,为了实现有效降噪,首先利用低秩矩阵分解技术除去环境噪音的影响,再利用主成分分析技术PCA获取第一主成分的CSI波形;具体处理过程如下:①将t时间内接收到的90个子载波的CSI幅度值表示为:
式中, 表示第i个接收天线的第j子载波的CSI幅度值;
②将90个子载波的CSI流表示为:
③分离背景噪音的具体过程是求解下式的最优解:
满足条件:
表示背景环境的CSI矩阵, 表示包含动作特征的余下CSI矩阵, 是一个低秩矩阵,对 利用低秩矩阵分解技术,可以获取到 和 ,从而实现除去背景环境噪音的影响;
(4)获取以上的CSI波形后,通过归一化方差阈值的滑动窗口算法,获取动作发生的时间片段,并截取该时间片段的CSI波形;具体处理过程如下:①将CSI波形的第一主成分 中每100个作为一个小时间片段;
②计算每一个时间片段的幅度值的方差,并对该段 数据流的所有时间片段的方差作归一化处理,归一化后的方差记为V;
③从第一个时间片段开始,依次取出每一个时间片段的归一化后的方差V,比较V与阈值δ,如果 ,则继续取出下一个时间片段的归一化后的方差V;如果出现 ,则将该时间片段标记为动作开始时间Ts;
④在Ts确定后,继续取出Ts后的时间片段的归一化后的方差V,并判断V是否小于阈值δ,如果不是,则继续取出后续的时间片段的归一化后的方差V,当出现小于δ的方差V后,标记该时间片段为T,并取出T后的一个时间片段的归一化后的方差,并记为V2,然后通过指定参数a,通过下式计算出VT:⑤判断VT是否小于 ,参数u设为3;如果是,则时间片段T为动作结束时间,如果否,则回到步骤④,但从T后继续取出接下来的时间片段的归一化后的方差;
⑥当确定Ts和T后,Ts和T之间的数据就是动作所在的数据流;
(5)从截取的包含动作发生的CSI波形中,提取该波形中不同的特征值;
(6)利用获取的特征值和其对应发生的动作,通过机器学习算法训练相关的二分类模型;
(7)基于上述步骤获取的未知动作的CSI波形特征值,将所述特征值作为模型输入值,通过模型计算后,即可获取该未知动作是否为跌倒。
2.根据权利要求1所述的一种基于WiFi信号的穿墙室内人员跌倒探测方法,其特征在于:步骤(1)中通过实验人员在无线AP和终端设备之间进行指定的动作,终端设备提取接收信号中的物理层信道状态信息CSI,构建一个训练数据库,该数据库中有已知的不同动作和这些动作对应的CSI数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于WiFi信号的穿墙室内人员跌倒探测方法,其特征在于:步骤(2)首先将提取的CSI数据转换成其幅度值,并将一段时间内接收到的CSI幅度值在时间域上进行排序,组成CSI流信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于WiFi信号的穿墙室内人员跌倒探测方法,其特征在于:通过归一化方差阈值的滑动窗口算法,获取动作发生的时间片段过程中,步骤①的时间片段长度为0.1s;步骤③中阈值δ设为0.15;步骤④中参数a设为0.1。
5.根据权利要求4所述的一种基于WiFi信号的穿墙室内人员跌倒探测方法,其特征在于:步骤(5)从动作所在的数据流中提取6种数据特征值,分别是:归一化标准差STD、绝对中位差MAD、四分位距IR、信号改变速度、信号熵和动作持续时间。
6.根据权利要求5所述的一种基于WiFi信号的穿墙室内人员跌倒探测方法,其特征在于:步骤(6)利用支持向量机SVM算法训练两个分类器,在SVM中选择高斯核函数作为核函数。