一种基于腿部姿态信息的行人运动检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于个人运动检测领域，特别是涉及一种获取行人运动时大腿部的角速度 信息，并根据所得的数据信号提出一种基于3轴陀螺仪传感器信号的运动分类方法。
【背景技术】
[0002] 现今，数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤 其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中， 常常需要确定移动终端或其持有者在室内的位置信息。传统的导航系统通常需要外部辅助 的信号进行定位，但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，其定位成本 往往很高。
[0003] 随着MEMS技术的快速发展，其体积和成本不断降低，因而广泛应用于民用导航领 域，由于应用MEMS技术的导航系统不需要外部辅助信号就能够在室内等复杂环境中实现 定位，因而诞生了一系列基于行人航迹推算（PDR)的室内行人导航定位算法，如果能将行 人的运动准确分类则对提升PDR算法导航系统的定位精度提供了有效的解决方案。
[0004] 与同领域的相关申请专利进行对比，本发明的创造性及优点较为明显。比如，申 请号为：201010134122. 1，专利名称是《基于3轴加速度传感器信号的步行分类方法》的专 利，其采用的是利用安置位于脚踝的3轴加速度计传感器测量行人运动时的加速度信息， 通过检测在不同运动状态下的加速度阈值实现对于不同运动的分类，但这种方法不能有效 区分坐、站、蹲等运动，而且对于慢走，慢爬楼梯等加速度变化不明显的运动的判别效果较 差。再比如，申请号为：201010248929. 8,专利名称是《基于运动量测信息的个人定位方法 及装置》的专利，提到了一种运动类别判定方法，该方法需要对行走、跑步等运动进行建模， 并根据不同的使用者的需要对模型参数进行标定。此方法对分类种类涵盖太少，仅包含行 走与跑步，另外对于不同的使用者要重新标定，适用性较差。最后，文献《Weightlessness feature-a novel feature for single tri-axial accelerometer based activity re cognition》中介绍了一种运动分类方法，作者将运动分类看作是一个模式识别问题，将加 速度数据进行了时域特征和频域特征的提取，并使用支持向量机（SVM)的方法对运动进行 分类。这种方法的计算量较高，不利于设备的低成本性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是弥补现有运动分类方法计算量大、推广性差、分类种类偏少的缺 点，仅利用大腿部运动时的角速度信息提出了一种行人运动分类检测方法。
[0006] 本发明采用的技术方案是：一种基于腿部姿态信息的行人运动检测方法，包括以 下步骤：
[0007] 步骤1，将3轴陀螺仪传感器固定于被测者的大腿部并将采集的角速度信息通过 无线方式传输至电脑；
[0008] 步骤2,获取行人在运动过程中的腿部角速度信息并进行腿部检测角的解算，并计 算过零间隔时间；
[0009] 步骤3,将解算后的腿部检测角测量值进行正峰值提取与过零检测；
[0010] 步骤4,根据腿部检测角的检测结果按照判别规则进行运动分类判定并输出。
[0011] 通过安置于行人大腿部的测量传感器件测量出步骤1中所述角速度信息；测量传 感器件包括陀螺仪。
[0012] 进一步的，在所述步骤3中，将解算出的腿部检测角测量值进行正峰值提取，将提 取到的正峰值作为运动判定值并锁定，一直持续到检测到下一个正峰值。同时将解算出的 腿部检测角测量值进行过零检测，计算连续两过零点时间。如果某一时刻的检测角测量值 大于其前一时刻与后一时刻的测量值，那么这个测量值即为正峰值，用于确定运动判定值； 过零检测是指检测角测量值在特定时间内是否存在数值为零的点，用于确定行人是否处于 行进状态。该特定时间可选择为〇. 1秒、〇. 2秒、0. 5秒、1秒、2秒或5秒。
[0013] 进一步的，在所述的步骤4中判别过程包含以下步骤，
[0014] 1)判断运动判定值是否大于75度，是，进入第2步，否则，进入第3步；
[0015] 2)判断运动判定值是否大于110度，是，输出运动为蹲，否则，输出运动为坐；
[0016] 3)判断运动判定值是否大于15度且过零间隔时间在0. 2秒~1秒之间，是，进入 第4步，否则，输出运动为站立；
[0017] 4)判断运动判定值是否大于40度，是，输出运动为跑，否则，输出运动为走。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019] (1)本发明根据人体运动时的大腿运动的角速度信息进行分类判别，适用性和推 广性较高；
[0020] (2)本发明所用的传感器数据信息较少，计算量也少，利于设备的低成本性；
[0021] (3)本发明所能识别判定的运动种类较多，基本涵盖了室内导航期间的全部运 动；
[0022] (4)本发明可以对不同的运动输出不同输出检测值，便于向现有的基于航位推算 的方法（PDR)中集成。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的整体流程图；
[0024] 图2为本发明中3轴陀螺仪的轴向及腿部安置示意图；
[0025] 图3为本发明检测判别流程图；
[0026] 图4为腿部检测角与运动关系示意图；
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的基于腿部姿态信息的行人运动检测方法做出详细说明。
[0028] 一）将3轴陀螺仪传感（2-3)安置于行人（2-1)的大腿部（2-2)，其惯性参考坐标 系（2-4)定义如下：x轴（2-5)指向行人（2-1)的左侧，y轴（2-6)指向行人（2-1)前方，z 轴（2-7)指向行人（2-1)下方。其安置轴向及具体位置如图2所示。
[0029] 二）测量行人运动时大腿部的角速度信息，并通过无线蓝牙的方式传输至电脑。 [0030] 三）利用接收到的角速度信息数据进行腿部检测角的解算具体如下 (9)
[0031] 先将初始的姿态角％、Θ p Yci代入下式，求出初始时刻的四元数，完成初始对准。[0032]
[0033] 然后进行四元数更新