《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于TsFresh-Stacking的毫米波雷達(dá)人體跌倒檢測(cè)方法
網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理 6期
李牧,王昭,,駱宇
(西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院,,陜西西安710048)
摘要: 針對(duì)雷達(dá)頻譜圖空間信息較少,且通過單一機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行毫米波雷達(dá)人體跌倒行為識(shí)別精度低,、穩(wěn)定性差的問題,,使用人體空間雷達(dá)點(diǎn)云時(shí)序數(shù)據(jù),提出了融合TsFresh特征提取和Stacking堆疊集成學(xué)習(xí)的跌倒識(shí)別方法,。首先,,采用TIIWR6843毫米波雷達(dá)采集人體動(dòng)作對(duì)應(yīng)的人體運(yùn)動(dòng)跟蹤時(shí)序數(shù)據(jù),構(gòu)建包含不同年齡,、身高,、體重信息、跌倒方式的數(shù)據(jù)集,。其次,結(jié)合TsFresh時(shí)序特征提取工具和基于隨機(jī)森林模型的特征重要性提取人體跌倒關(guān)鍵時(shí)序特征,。最后,,提出了融合隨機(jī)森林、支持向量機(jī),、K最鄰近算法,、XGBoost和CatBoost 5種單元機(jī)器學(xué)習(xí)模型的Stacking堆疊式集成學(xué)習(xí)方法。結(jié)果表明,,與典型單一機(jī)器學(xué)習(xí)算法相比,,Stacking集成學(xué)習(xí)算法具有明顯的性能提升,,能夠有效提升人體跌倒行為識(shí)別準(zhǔn)確性和泛化性。
中圖分類號(hào):TN957.51
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.06.012
引用格式:李牧,,王昭,,駱宇.基于TsFresh-Stacking的毫米波雷達(dá)人體跌倒檢測(cè)方法[J].網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理,2023,,42(6):71-78.
A millimeter-wave radar human fall detection algorithm based on TsFreshStacking
Li Mu, Wang Zhao, Luo Yu
(College of Automation and Information Engineering,Xi′an University of Technology,Xi′an 710048,China)
Abstract: Aiming at the problems of less spatial information in radar spectrum,low accuracy and poor stability of human fall behavior recognition by millimeter wave radar using a single machine learning algorithm, a fall recognition method combining TsFresh feature extraction and Stacking ensemble learning is proposed using time series data of human space radar point cloud. Firstly, the TIIWR6843 millimeterwave radar is used to collect the time series data of human motion tracking corresponding to human movements,and a data set containing information of different ages,heights,weights,and fall patterns is constructed.Secondly,the key timeseries features of human falls are extracted by combining the TsFresh timeseries feature extraction tool and the feature importance based on the random forest model.Finally,a Stacking ensemble learning method is proposed,which integrates random forest,support vector machine,Knearest neighbor algorithm,XGBoost and CatBoost 5 unit machine learning models.The results show that,compared with the typical single machine learning algorithm,the Stacking ensemble learning algorithm has obvious performance improvement,and can effectively improve the accuracy and generalization of human fall behavior recognition.
Key words : mmWave radar; machine learning; human fall; TsFresh; ensemble learning algorithm

0    引言

意外跌倒識(shí)別對(duì)老年群體和臨床患者是非常重要的健康監(jiān)測(cè)問題,。目前,典型的人體跌倒行為識(shí)別研究方法主要分為兩類,。一類為接觸式傳感器:安裝位置包括腰部,、四肢、腳底等,。Wang等人通過三維加速度計(jì)結(jié)合閾值法對(duì)跌倒行為進(jìn)行識(shí)別分類;馬少卿等人使用陀螺儀傳感器結(jié)合自適應(yīng)互補(bǔ)濾波算法實(shí)現(xiàn)了跌倒檢測(cè)的定位判斷;Dhole等基于智能頭盔和慣性傳感器采集的腦電圖和行為數(shù)據(jù),,融合小波能量和 RF分類器,實(shí)現(xiàn)了98%的跌倒識(shí)別準(zhǔn)確率,。另一類為非接觸式傳感器:包括計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別,、雷達(dá)識(shí)別等。焦盛喜等人基于機(jī)器視覺領(lǐng)域的YOLOV5模型,,提高了跌倒行為識(shí)別檢測(cè)速度和精度,;Thakur 采用視頻圖像,針對(duì)跌倒系統(tǒng)誤報(bào)性高問題提出一種基于KNN的多標(biāo)簽分類器,;Kim等基于雷達(dá)微多普勒特征采用支持向量機(jī)算法完成7類活動(dòng)的識(shí)別,;元志安等采用距離多普勒熱圖基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)行為的分類;Seyfioglu等人使用雷達(dá)微多普勒特征,,提出3層卷積網(wǎng)絡(luò)自編碼器,,利用無監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練來初始化后續(xù)卷積層中的權(quán)重;Jin等人基于雷達(dá)點(diǎn)云信息,,使用混合變分 RNN 自動(dòng)編碼器(HVRAE)計(jì)算身體運(yùn)動(dòng)的異常水平,,有效降低數(shù)據(jù)集的大小。



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作者信息:

李牧,,王昭,,駱宇

(西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院,陜西西安710048)


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