徐越

摘要：人體活動(dòng)識(shí)別（HAR）可以為許多不同的應(yīng)用程序（例如醫(yī)療、安全和娛樂）提供基礎(chǔ)服務(wù)，因此它越來越成為研究的熱點(diǎn)。由于其重要性，已經(jīng)開發(fā)了大量的HAR系統(tǒng)。通常，這些系統(tǒng)利用各種感知方式來獲取與活動(dòng)有關(guān)的信息，然后使用這些信息來推斷人類正在進(jìn)行的活動(dòng)。在本文工作中，審查了不同類型的HAR技術(shù)并對(duì)每種類型的系統(tǒng)的其主要技術(shù)，特征，優(yōu)勢(shì)和局限性進(jìn)行了討論和總結(jié)。最后指出了HAR的主要研究挑戰(zhàn)和研究方向。

關(guān)鍵詞：人機(jī)交互;普時(shí)計(jì)算;活動(dòng)識(shí)別

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）14-0221-02

1引言

根據(jù)感知活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法，現(xiàn)有的相關(guān)工作可以大致分為兩類：一種是傳統(tǒng)的活動(dòng)識(shí)別方法，其利用各種傳感器，如物理傳感器、攝像頭等;另一種方法是利用WiFi、RFID等無線信號(hào)的人體活動(dòng)識(shí)別技術(shù)。接下來，對(duì)這兩種類別分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2傳統(tǒng)活動(dòng)識(shí)別方法

日常生活中，用戶通過佩戴諸如運(yùn)動(dòng)手表，運(yùn)動(dòng)手環(huán)等傳感器的方式來記錄人體運(yùn)動(dòng)，大多數(shù)廣泛使用的基于運(yùn)動(dòng)感測(cè)的方法需要將傳感器放置在移動(dòng)的身體部位上（例如，用于分析基于腿部的健身房鍛煉，傳感器需要放置在腿上）。這些基于數(shù)字設(shè)備的活動(dòng)識(shí)別方法有其局限性：其一，用戶需要無時(shí)無刻攜帶傳感設(shè)備，這造成了用戶穿戴的不便，還會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的體驗(yàn);其二，人體運(yùn)動(dòng)的識(shí)別受限于一系列狹窄的活動(dòng)，例如，腿部的加速度計(jì)將無法感知手臂運(yùn)動(dòng)。雖然SizhenBianvl等人提出的基于人體電容的運(yùn)動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，描述了人體與環(huán)境之間無處不在的電耦合背后的物理原理：當(dāng)設(shè)備連接到不直接參與活動(dòng)運(yùn)動(dòng)的身體部位時(shí)，也可識(shí)別人體運(yùn)動(dòng)。但其仍無法克服用戶佩戴麻煩的問題。

另一種傳統(tǒng)方法是利用基于視頻圖像的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來進(jìn)行活動(dòng)感知嘲。視覺是人類獲取信息的一個(gè)重要手段：基于計(jì)算機(jī)視覺的人體行為識(shí)別技術(shù)，通過對(duì)視頻圖片的分析，提取人體運(yùn)動(dòng)信息。而在活動(dòng)過程中，由于受到視角變化、光照變化、背景變化等多種因素的干擾，對(duì)真實(shí)場(chǎng)景下的人體運(yùn)動(dòng)分析仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，攝像頭對(duì)于用戶隱私的侵犯也是不可忽略的問題。

3使用無線信號(hào)進(jìn)行活動(dòng)識(shí)別

近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，射頻信號(hào)的作用已經(jīng)從單一的通信介質(zhì)擴(kuò)展到非侵入式的環(huán)境傳感工具，主要包括基于超聲波;基于Wi-Fi;基于特殊射頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方式。利用無線信號(hào)進(jìn)行人體行為識(shí)別，解放了用戶的穿戴限制，擁有廣闊的發(fā)展前景。其基本原理是射頻信號(hào)通過多路徑在無線介質(zhì)中傳播，反射不同物體并達(dá)接收器，因此攜帶有關(guān)環(huán)境的信息。人體是良好的反射體，通過分析接收到的射頻信號(hào)模式和特征，我們可以檢測(cè)人類活動(dòng)和行為狀態(tài)，如呼吸率，手勢(shì)和跌倒等，這被稱為非接觸式或無設(shè)備人體感知過程。

3.1使用專用設(shè)備的無線信號(hào)

許多系統(tǒng)使用的是FMCW無線電設(shè)備，它配備了兩個(gè)天線陣列：水平陣列和垂直陣列。Marko是一種自動(dòng)收集與行為相關(guān)的數(shù)據(jù)而無需要求人們編寫日記或佩戴傳感器的系統(tǒng)。Marko發(fā)送低功率無線信號(hào)并分析其從環(huán)境中反射的信號(hào)。它將這些反射映射到用戶如何與環(huán)境（例如，訪問藥品柜）以及彼此（例如，一起看電視）進(jìn)行交互。

3.2使用Win進(jìn)行活動(dòng)識(shí)別

現(xiàn)如今，已經(jīng)提出了一些基于WiFi的人類活動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，大都是基于CSI工具來使得研究人員可以從無線數(shù)據(jù)包中提取物理層級(jí)別的CSI，這無須部署特殊硬件，但需要設(shè)置WiFi設(shè)備以高速率發(fā)送數(shù)據(jù)包即使在沒有數(shù)據(jù)通訊的情況下。CARM是一種基于CSI的人類活動(dòng)識(shí)別和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它有兩個(gè)理論基礎(chǔ)：CSI速度模型，量化CSI值動(dòng)態(tài)和人體運(yùn)動(dòng)速度之間的相關(guān)陛;CSI活動(dòng)模型，量化不同人體部位的運(yùn)動(dòng)速度與特定人類活動(dòng)之間的相關(guān)性。速度模型方法背后的原理是當(dāng)多路徑的長度改變時(shí)，CFR功率根據(jù)路徑長度變化而變化。

基于WiFi而現(xiàn)有的利用無線射頻信號(hào)的人體行為識(shí)別技術(shù)中，利用改造商用Wi-Fi路由獲取信道狀態(tài)信息進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)識(shí)別是最具前景的實(shí)現(xiàn)方式，但需要改變路由器發(fā)包速率導(dǎo)致影響信號(hào)通信，并且在室外環(huán)境下，這種可用性前提將大大降低。另外，在多個(gè)用戶同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于對(duì)信號(hào)的反射相關(guān)干擾，還會(huì)降低用戶動(dòng)作的識(shí)別準(zhǔn)確度。

3.3使用RFID進(jìn)行活動(dòng)識(shí)別

使用RFID的系統(tǒng)可以將RFID標(biāo)簽連接到非生命物體中，其背后原理是捕捉無源標(biāo)簽的后向散射產(chǎn)生的頻移。通過這種設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以知道用戶訪問了哪個(gè)對(duì)象以及它發(fā)生了什么。盡管這種系統(tǒng)不會(huì)直接監(jiān)視人類活動(dòng)，但它仍然可以工作，因?yàn)榭梢酝ㄟ^了解人類正在利用的對(duì)象來隱式推斷許多活動(dòng)。例如，如果我們知道熱水器已經(jīng)打開，則可以推斷出人類正在洗澡。而且它們很便宜，可以按需部署。

3結(jié)束語

本文是對(duì)活動(dòng)識(shí)別方法的全面綜述。根據(jù)傳感技術(shù)，現(xiàn)有的活動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要可以分為兩類：基于傳統(tǒng)傳感器和基于無線信號(hào)傳感器的活動(dòng)識(shí)別技術(shù)。其中，基于傳統(tǒng)傳感器的可以分為兩個(gè)子類別：基于穿戴傳感器和基于攝像頭的技術(shù)。而基于無線信號(hào)的也可分為多種無線技術(shù)。本文討論各個(gè)類型的HAR方法，對(duì)于每種單獨(dú)的方法，介紹了其主要應(yīng)用程序和技術(shù)。此外，還涵蓋了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。利用無線信號(hào)對(duì)于用戶的侵犯較低且不受光照，角度等條件的限制，具有廣闊的發(fā)展前景，尤其是在5G到來的新曙光中。