一種用于人員位置追蹤的智能家居中pir傳感器布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及智能家居技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于人員位置追蹤的智能家居中 PIR傳感器布局方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)，人口的老齡化已成為當(dāng)今社會(huì)不可避免的發(fā)展趨勢(shì)。所謂人口老齡化，是 指在總?cè)丝谥?，由于年輕人口的比率減少、而年長(zhǎng)人口的比率增加，而導(dǎo)致的老年人口比例 相應(yīng)增長(zhǎng)的一種社會(huì)現(xiàn)象。據(jù)有關(guān)部口調(diào)查，截至2012年底，中國(guó)60周歲W上老年人口已達(dá) 到1.94億，2020年將達(dá)到2.43億，2025年將突破3億。越來越嚴(yán)重的老齡化趨勢(shì)帶來了更加 多層次、多樣化的養(yǎng)老服務(wù)需求。同時(shí)，由于社會(huì)老齡化程度不斷加深，空巢老人(一般是指 子女離家后的中老年夫婦)的數(shù)量也會(huì)越來越多，因此，如何利用現(xiàn)有的技術(shù)與設(shè)備廉價(jià)優(yōu) 質(zhì)地提高老人的日常生活質(zhì)量，使供養(yǎng)的子女能夠及時(shí)照顧老人，成為了迫切需要得到解 決的問題。
[0003] 智能家居為老年人的看護(hù)提供一種技術(shù)解決手段。所謂智能家居是利用先進(jìn)計(jì)算 機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊、綜合布線等技術(shù)，依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的 安全防護(hù)、煤氣水電與照明控制、信息家電運(yùn)行、多媒體設(shè)備操作、環(huán)境場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)等各個(gè)子 系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)人為本"的全新家居生 活。智能家居中的許多服務(wù)依賴于精確的人員定位。了解人員的流動(dòng)性的重要性不可低估， 在長(zhǎng)期的基礎(chǔ)上，移動(dòng)數(shù)據(jù)有利于對(duì)慢性疾病的評(píng)估和診斷的模式。作為一個(gè)短期的效益， 一個(gè)準(zhǔn)確的定位識(shí)別系統(tǒng)可W大大提高居住者的生活經(jīng)驗(yàn)，它可W基于人員的位置和運(yùn)動(dòng) 軌跡預(yù)測(cè)并提供各種智能服務(wù)(通過控制室內(nèi)執(zhí)行器）。定位方法的準(zhǔn)確性取決于多種因 素，除了跟蹤傳感器技術(shù)、定位算法，布局空間的幾何和結(jié)構(gòu)性質(zhì)W外，如何部署傳感器在 室內(nèi)的分布，同樣對(duì)定位效果有直接的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種用于人員位置追蹤的智能家居中PIR 傳感器布局方法。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] -種用于人員位置追蹤的智能家居中PIR傳感器布局方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟1:建立家居平面訪問熱度地圖；
[0008] 步驟2:根據(jù)家居平面訪問熱度地圖確定PIR傳感器布局策略；
[0009] 步驟2.1 :PIR傳感器可部署空間編碼:根據(jù)PIR傳感器可部署點(diǎn)的數(shù)量和PIR傳感 器可部署點(diǎn)的位置坐標(biāo)建立PIR傳感器可部署空間編碼數(shù)組；
[0010] 步驟2.2:家居平面訪問熱度地圖中的熱度采樣點(diǎn)位置編碼:根據(jù)家居平面訪問熱 度地圖中熱度采樣點(diǎn)在PIR傳感器可部署空間編碼數(shù)組中的編碼值、熱度采樣點(diǎn)的位置坐 標(biāo)、熱度采樣點(diǎn)的數(shù)量，建立熱度采樣點(diǎn)編碼數(shù)組；
[0011] 步驟2.3:確定PIR傳感器布局的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)熱度等級(jí)為權(quán)值按照得分規(guī)則 計(jì)算所有PIR傳感器獲得的覆蓋得分，W所有熱度采樣點(diǎn)的覆蓋得分的總分最高為最優(yōu)目 標(biāo)函數(shù)；
[0012] 所述得分規(guī)則為每被PIR傳感器感應(yīng)區(qū)覆蓋一次，則熱度等級(jí)下降一級(jí)，且覆蓋次 數(shù)不多于采樣點(diǎn)的熱度等級(jí)；
[0013] 所述最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的約束條件為熱度采樣點(diǎn)被PIR傳感器感應(yīng)區(qū)覆蓋的次數(shù)超過 該點(diǎn)熱度等級(jí)或者超過設(shè)置的PIR傳感器重疊層數(shù)闊值；
[0014] 步驟2.4:求解PIR傳感器布局的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，得到PIR傳感器布局策略，包括PIR 傳感器的個(gè)數(shù)和布局位置；
[0015] 步驟3:根據(jù)PIR傳感器布局策略在家居環(huán)境內(nèi)進(jìn)行PIR傳感器布局，并進(jìn)行室內(nèi)人 員位置追蹤。
[0016] 所述步驟1建立家居平面訪問熱度地圖按如下步驟進(jìn)行：
[0017] 步驟1.1:可訪問區(qū)域提??；
[0018] 步驟1.1.1:對(duì)家居平面布置圖進(jìn)行模塊化處理:將家居、墻體和可訪問區(qū)域用不 同顏色的模塊區(qū)分；
[0019] 步驟1.1.2:讀取模塊化處理后的家居平面布置圖并進(jìn)行灰度處理，得到由代表Ξ 種不同區(qū)域的像素值組成的二維圖像數(shù)據(jù)矩陣，該矩陣的各索引對(duì)應(yīng)家居平面中的各位置 占 .
[0020] 步驟1. 1.3 :設(shè)置一個(gè)與二維圖像數(shù)據(jù)矩陣維度相同的訪問熱度矩陣，用0表示最 低訪問熱度，1表示最高訪問熱度，并設(shè)定像素闊值；
[0021] 步驟1.1.4:根據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)矩陣中不同點(diǎn)的像素值判斷該點(diǎn)是否為可訪問點(diǎn)： 若二維圖像數(shù)據(jù)矩陣中的點(diǎn)像素值大于像素闊值，則該點(diǎn)為可訪問點(diǎn)，否則該點(diǎn)為不可訪 問點(diǎn)；
[0022] 步驟1. 1.5 :對(duì)訪問熱度矩陣賦初始值形成可訪問區(qū)域基本熱度圖即可訪問區(qū)域 提取結(jié)果，訪問熱度矩陣中，可訪問點(diǎn)的可訪問熱度為0.5，不可訪問點(diǎn)的可訪問熱度為0;
[0023] 步驟1.2:熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)域訪問訓(xùn)練；
[0024] 根據(jù)室內(nèi)的家居布置結(jié)合日常活動(dòng)劃定相應(yīng)的熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行訓(xùn)練，該訓(xùn)練過 程指熱度積累，即每經(jīng)過一次訪問訓(xùn)練都在得某個(gè)區(qū)域累積訪問熱度，越靠近熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū) 域中屯、的訪問熱度越高，而熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)域邊緣則趨于與周邊訪問熱度相同；同時(shí)為模擬路 徑提供起始點(diǎn)和終止點(diǎn)參考；
[0025] 步驟1.3:模擬路徑訪問訓(xùn)練；
[0026] 模擬路徑是指在選取的兩個(gè)家居對(duì)象之間模擬創(chuàng)建一條訪問路徑，每一次模擬路 徑訪問訓(xùn)練都在路徑經(jīng)過的區(qū)域積累訪問熱度;模擬路徑經(jīng)過的中屯、位置累加熱度最大， 而兩側(cè)靠近模擬路徑中屯、由近到遠(yuǎn)累加熱度值逐漸減少；
[0027] 步驟1.4:將可訪問區(qū)域、熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)域及模擬路徑訪問訓(xùn)練結(jié)果平滑濾波，形成 訪問熱度地圖；
[0028] 利用核函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)二維的權(quán)值矩陣，運(yùn)個(gè)矩陣中所有的權(quán)值相加等于1，W可訪 問區(qū)域的某一點(diǎn)、熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)域的某一點(diǎn)或模擬路徑的某一點(diǎn)為中屯、，將其周邊點(diǎn)同權(quán)值 矩陣對(duì)應(yīng)起來，則該點(diǎn)的濾波后的訪問熱度等于其周邊點(diǎn)的訪問熱度同權(quán)值相乘的總和， 形成訪問熱度地圖；
[0029] 步驟1.5:將訪問熱度地圖映射到家居平面布置圖中，得到家居平面訪問熱度地 圖；
[0030] 步驟1.6:家居平面訪問熱度地圖網(wǎng)格化采樣處理，對(duì)家居平面訪問熱度地圖進(jìn)行 圖像壓縮。
[0031 ]所述步驟2.1中PIR傳感器可部署空間編碼的具體步驟如下：
[0032] 步驟2.1.1:讀取壓縮處理后的家居平面訪問熱度地圖并進(jìn)行灰度處理，得到代表 不同區(qū)域訪問熱度的熱度采樣點(diǎn)組成的二維圖像數(shù)據(jù)矩陣，該矩陣的各個(gè)索引對(duì)應(yīng)網(wǎng)格化 處理后家居平面訪問熱度地圖中的各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；
[0033] 步驟2.1.2:設(shè)置一個(gè)用來存儲(chǔ)二維圖像數(shù)據(jù)矩陣索引的PIR傳感器可部署空間編 碼數(shù)組，并設(shè)定PIR傳感器可部署空間像素闊值；
[0034] 步驟2.1.3:根據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)矩陣中不同點(diǎn)的像素值判斷該點(diǎn)是否為PIR傳感器 的可部署點(diǎn):若二維圖像數(shù)據(jù)矩陣中的點(diǎn)的像素值大于像素闊值，則該點(diǎn)為PIR傳感器可部 署點(diǎn)，否則該點(diǎn)為PIR傳感器不可部署點(diǎn)；
[0035] 步驟2.1.4: PIR傳感器可部署點(diǎn)位置存儲(chǔ)及編碼；
[0036] 按照根據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)矩陣的數(shù)據(jù)讀取順序，將PIR傳感器可部署點(diǎn)的索引依次 存入PIR傳感器可部署空間編碼數(shù)組，即完成PIR傳感器可部署空間編碼;PIR傳感器可部署 空間編碼數(shù)組的索引值代表PIR傳感器可部署點(diǎn)的編碼值，PIR傳感器可部署空間編碼數(shù)組 的索引對(duì)應(yīng)的數(shù)組元素代表該P(yáng)IR傳感器可部署點(diǎn)的位置坐標(biāo)，PIR傳感器可部署空間編碼 數(shù)組的大小代表PIR傳感器可部署點(diǎn)的數(shù)量。
[0037] 所述步驟2.2中家居平面訪問熱度地圖中的熱度采樣點(diǎn)位置編碼具體方法是:根 據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)矩陣的數(shù)據(jù)讀取順序，將家居平面訪問熱度地圖中的熱度采樣點(diǎn)的索引依 次存入熱度采樣點(diǎn)編碼數(shù)組，即完成熱度采樣點(diǎn)編碼;熱度采樣點(diǎn)編碼數(shù)組的索引值代表 熱度采樣點(diǎn)的編碼值，熱度采樣點(diǎn)編碼數(shù)組的索引對(duì)應(yīng)的數(shù)組元素代表該熱度采樣點(diǎn)的位 置坐標(biāo)，熱度采樣點(diǎn)編碼數(shù)組的大小代表熱度采樣點(diǎn)的數(shù)量。
[0038] 所述步驟2.3中確定PIR傳感器布局的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，具體步驟如下：
[0039] 步驟2.3.1:將熱度采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的二維圖像數(shù)據(jù)矩陣中可訪問熱度區(qū)域的像素值 范圍均勻分段W劃分熱度等級(jí)，采用遞減加分策略確定家居平面訪問熱度地圖中每一熱度 采樣點(diǎn)的熱度等級(jí)，即每被PIR傳感器感應(yīng)區(qū)覆蓋一次，則熱度等級(jí)下降一級(jí)，且覆蓋次數(shù) 不多于采樣點(diǎn)的熱度等級(jí)；
[0040] 步驟2.3.2 : W熱度等級(jí)為權(quán)值按照得分規(guī)則計(jì)算所有PIR傳感器獲得的覆蓋得 分，并W所有熱度采樣點(diǎn)的覆蓋得分的總分為目標(biāo)函數(shù)；
[0041] 所述得分規(guī)則為每被PIR傳感器感應(yīng)區(qū)覆蓋一次，則熱度等級(jí)下降一級(jí)，且覆蓋次 數(shù)不多于采樣點(diǎn)的熱度等級(jí)；
[0042] 步驟2.3.3:根據(jù)部署PIR傳感器的數(shù)量，設(shè)置PIR傳感器重疊層數(shù)闊值:PIR傳感器 數(shù)量少于10時(shí)，該闊值設(shè)為2，PIR傳感器數(shù)量大于等于10時(shí)，該闊值設(shè)為PIR傳感器數(shù)量的 五分之一；
[0043] 步驟2.3.4:確定PIR傳感器布局的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)、約束條件及懲罰函數(shù)；
[0044] 所述最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的約束條件為熱度采樣點(diǎn)被PIR傳感器感應(yīng)區(qū)覆蓋的次數(shù)超過 該點(diǎn)熱度等級(jí)或者超過設(shè)置的PIR傳感器重疊層數(shù)闊值；
[0045] 所述懲罰函數(shù)為熱度采樣點(diǎn)的熱度等級(jí)的平方值；
[0046] 所述約束條件為熱度采樣點(diǎn)被PIR傳感器感應(yīng)區(qū)覆蓋的次數(shù)超過該點(diǎn)熱度等級(jí)或 者超過設(shè)置的PIR傳感器重疊層數(shù)闊值。
[0047] 所述步驟2.4中求解PIR傳感器布局的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)采用改進(jìn)的遺傳算法，具體步 驟如下：
[0048] 步驟2.4.1:確定染色體編碼方案；
[0049] -條染色體個(gè)體C代表一種PIR傳感器的布局方案，一個(gè)染色體個(gè)體內(nèi)含有多個(gè)基 因 g，基因數(shù)目為布局的PIR傳感器數(shù)量，一個(gè)基因 g表示一個(gè)PIR傳感器的在室內(nèi)的二維坐 標(biāo)位置數(shù)據(jù)[X y]，單個(gè)基因 g使用整形實(shí)數(shù)編碼，編碼取值范圍和PIR傳感器可部署空間編 碼范圍相同；
[0050] 步驟2.4.2:設(shè)置遺傳算法運(yùn)行參數(shù)，包括種群最大繁殖代數(shù)和種群大??；
[0051] 種群最大繁殖代數(shù)代表PIR傳感器布局優(yōu)化的總次數(shù)；
[0052] 種群大小代表PIR傳感器布局方案的數(shù)量；
[0053] 步驟2.4.3:產(chǎn)生四個(gè)初始種群；
[0054] 隨機(jī)產(chǎn)生四個(gè)維度相同的種群數(shù)據(jù)矩陣，其中矩陣的行列大小分別代表PIR傳感 器布局方案數(shù)量和PIR傳感器部署數(shù)量，種群數(shù)據(jù)矩陣中的元素值代表單個(gè)PIR傳感器的編 碼，根據(jù)編碼值在PIR傳感器可部署空間編碼數(shù)組找到PIR傳感器在家居平面訪問熱度地圖 中的位置；
[0055] 步驟2.4.4:進(jìn)行種群循環(huán)進(jìn)化操作，即對(duì)PIR傳感器布局方案進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化；
[0056] 步驟2.4.4.1:計(jì)算種群個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值；
[0057] 按照PIR傳感器布局的目標(biāo)函數(shù)依次計(jì)算種群數(shù)據(jù)矩陣中單個(gè)PIR傳感器布局方 案中所有熱度采樣點(diǎn)的覆蓋得分，當(dāng)覆蓋得分大于0時(shí)，直接將該得分值作為該P(yáng)IR傳感器 布局方案所得的初始適應(yīng)度函數(shù)值，否則用極小實(shí)數(shù)0.0001作為該P(yáng)IR傳感器布局方案所 得的初始適應(yīng)度函數(shù)值;對(duì)初始適應(yīng)度函數(shù)值W指數(shù)為0.3進(jìn)行幕函數(shù)壓縮；
[0058] 步驟2.4.4.2:根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度函數(shù)值對(duì)種群個(gè)體進(jìn)行淘汰選擇；
[0059] 創(chuàng)建四個(gè)維度與原種群數(shù)據(jù)矩陣相同的數(shù)據(jù)矩陣;在單個(gè)種群范圍內(nèi)，W單個(gè)PIR 傳感器布局方案所得的適應(yīng)度函數(shù)值占該種群中所有PIR傳感