软件研究所张大庆教授课题组无线感知新理论作

作者:信息科学

永利电玩城网址49696com,永利电玩城,日前,北京大学信息科学技术学院软件研究所、高可信软件技术教育部重点实验室张大庆教授团队在利用商业Wi-Fi设备进行室内无接触人体行为感知的研究取得新进展。基于相关成果的论文《从菲涅耳区衍射模型到利用商业Wi-Fi设备进行细粒度人体呼吸检测》被普适计算领域旗舰会议UbiComp 2018接收,文中首次将菲涅耳区衍射模型用于人体呼吸检测,解决了第一菲涅尔区内定量计算无线感知信号与人体活动之间的关系这一难题;论文作者包括张扶桑博士和牛凯、王钰翔等研究生。

2017年1月5日,由北京大学信息科学技术学院软件研究所、高可信软件技术教育部重点实验室张大庆教授课题组提出的基于菲涅耳区模型的无线感知新理论,以《迈向厘米级的Wi-Fi人体行为感知》为题,在领域旗舰期刊《美国电气电子工程师学会•计算机》作为封面文章发表;作者为张大庆和信息学院博士研究生王皓、吴丹。

团队于2016年首次将原用于刻画光波传播的菲涅耳区理论引入基于无线电磁波信号的行为识别领域,不仅解释了人体在空间移动是其行为导致无线接收信号产生波长级波动的原因,而且揭示了Wi-Fi信号在室内环境传播的重要性质,并利用这些性质和多载波特点分别提出识别毫米级的细粒度微小活动、分米级的粗粒度活动的理论与技术, 奠定了菲涅耳区模型作为无线信号实现毫米级人体行为感知的理论基础。基于传统的菲涅耳区衍射原理,他们首次提出了第一菲涅耳区内刻画感知信号与人体活动间关系的理论,并用其解释了不同人体厚度在呼吸检测时效果存在差异的原因,给出人体在卧姿和坐姿进行呼吸检测时不同的最佳检测位置,以及如何调整人体位置以利于有效检测呼吸的原理。该理论除了可指导细粒度微小活动的检测,也可应用于大尺度人体行为的识别。

近年来,无线技术的快速发展使得Wi-Fi射频信号的能力从单纯的无线通信扩展到对人及环境的无接触感知,但基于Wi-Fi的人体行为感知研究多依赖对信号变化模式的观察、分析和利用,缺乏一个通用且细粒度的理论模型作为指导,因此无法给出Wi-Fi信号的感知极限。张大庆课题组通过将原用于刻画光波传播的菲涅耳区模型引入无线人体行为识别领域,不仅解释了人体在空间移动是人体行为导致无线接收信号产生波长级波动的原因,而且揭示了多大幅度的人体行为在何种情况下可被Wi-Fi信号检测,从而得到—个很可能就是Wi-Fi信号的检测极限。文中还进一步地系统揭示了Wi-Fi信号在室内环境传播的重要性质,并利用这些性质和多载波特点分别提出了识别厘米级的细粒度微小活动、分米级的粗粒度活动的理论和技术, 明确了基于菲涅耳区模型的无线感知理论是用Wi-Fi信号实现厘米乃至毫米级人体行为感知的理论基础。

此外,张大庆团队还依托北京大学新一代信息技术研究院,开发出一系列利用商用WiFi设备进行人体行为识别的演示系统,应用包括跌倒检测、呼吸检测、睡眠检测、入侵检测、室内定位跟踪、手势识别、健身活动识别、及老人日常活动识别等;申报国际/国内专利10余项;继在UbiComp 2016/2017发表四篇无线感知相关的长文之后,今年又有三篇长文被UbiComp 2018录用。

此前,张大庆课题组基于这一新理论所做出的无接触人体呼吸检测系统在德国海德堡由美国计算机学会主办的普适计算领域顶级会议UbiComp2016上被众多与会者测试,达到国际最佳性能。目前,课题组正在对此进一步推进、完善,力争在更多无接触感知应用上做到国际最佳且实用化。

上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京大学建设世界一流大学和特色发展引导专项的支持。

该工作得到国家国家自然科学基金、国家重点研发计划的共同支持。

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