一种基于射频识别的行为感知方法及装置与流程

1.一种基于射频识别的行为感知方法及装置，属于室内定位应用技术领域。


背景技术：

2.当今中国社会老龄化越来越严重，并且随着生活条件的提高，人们对养老产业的要求也逐步提升。这必将推动养老服务业的发展和完善，对于独居老人或行动能力有限的独居者，为了可以实时关心他们的安全状态，关于老人的生活状况检测的研究，主流设计都是通过可穿戴设备和环境摄像头获得数据做进一步处理，以及采用不同类型的传感设备和相关算法构建针对不同具体应用的活动检测系统。基于穿戴设备和环境摄像头的室内活动检测系统具有高入侵性，干涉老人生活隐私，会给部分老人带来心理负担。如在杭州电子科技大学禹明媚《基于视频的室内老人摔倒检测研究》中，这种系统主要是依据图像进行判断，在一定的区域中安装上摄像机或照相机采集的人体图像，分析发生跌倒时人体的图像特征，判断有无发生跌倒，该系统不会约束人体活动，但是检测范围有限且容易暴露隐私，并不利于独居者的心里健康和隐私权的保护。
3.因此迫切需要一套行为感知系统及方法，方便家属们和监护者在不干涉生活隐私的情况下，了解老人和行动不便者的涉及健康和安全的生活状态。
4.无线射频识别(radio frequency identification，rfid)是一种通信技术，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据，可识别高速运动物体或静止物体并可同时识别多个目标。典型的rfid系统主要包括三个部分:电子标签(tag)、阅读器(reader)和数据处理子系统；系统基本工作原理:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签获得能量被激活；标签将自身编码等信息通过内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到数据处理子系统进行相关处理；数据处理子系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制。相对于传统的条形码技术，rfid具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离远、数据可加密、存储数据容量大、存储信息更改便利等优点，它可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。目前，rfid技术广泛应用于交通、物流汽车防盗、门禁和安全管理系统等。
5.公开号为cn109102878a的专利，公开了一种基于有源rfid电子标签的独居老人监测系统，远程监控系统包括远程云平台、主机和数据采集设备，数据采集设备包括具有有源电子标签的佩戴式设备和具有固定式读写器的固定式设备；采用有源电子标签将老人的心率信息传递给主机，从而能够实时监测老人的健康信息。但是这种监测功能单一且需要被监护人随时佩戴有源电子标签。


技术实现要素：

6.现有技术中没有一种不易暴漏被监护人员隐私且不需要被监护人员佩戴识别设
备的行为感知方法。因此，为了克服现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于射频识别的行为感知方法及装置，其采用无源被动的方式进行行为监测，并通过智能终端实现监测数据的可视化展示，本发明提供的基于射频识别的行为感知方法及装置可用于独居老人室内生活监测、残障人士室内生活监测等多种监护场景需求，通过微信小程序等智能终端程序即能够直观掌控独居老人等被监护对象的生活状况并通过智能设备进行实时的定位显示。
7.为解决上述技术问题，本发明基于射频识别的行为感知方法，用于后台处理设备，所述方法包括：
8.获取rfid阅读器识别的标签信息，所述标签信息包括标签信号的强度和相位，优选通过无线通讯模块的方式获取rfid阅读器识别的标签信息；
9.根据预先设置好的行为感知模型，输出相应的行为识别结果，并将所述行为识别结果上传智能终端程序，实现行为识别结果的实时显示；所述rfid阅读器识别的标签信息为rfid阅读器在接收到rfid标签发送的标签信息后，通过无线通信模块传输的信息；
10.所述rfid标签发送的标签信息为感知行为主体在靠近或触碰rfid标签后，rfid标签输出的相应信号，所述rfid标签发送的标签信息包含定位信息，所述rfid阅读器能够获取rfid标签定位信息；所述rfid标签和rfid阅读器固定部署在需要感知的位置。
11.为解决上述技术问题，本发明基于射频识别的行为感知装置，即后台处理设备，所述后台处理设备包括：用于接收rfid阅读器识别的标签信息的装置，其中，所述rfid阅读器识别的标签信息为rfid阅读器在接收到rfid标签发送的标签信息后，通过无线通信模块传输的信息；所述rfid标签发送的标签信息为感知行为主体在靠近或触碰rfid标签后，rfid标签输出的相应信号，所述rfid标签发送的标签信息包含定位信息；用于根据预先设置好的行为感知模型输出相应的行为识别结果的装置；以及用于将所述行为识别结果上传智能终端程序的装置。
12.作为本发明所述方法或装置的改进，所述rfid标签为加装感应电阻的经过改造的rfid标签，通过切割标签内部天线，接入压敏、光敏、温敏电阻；随着相应外部环境的变化，包括压力、光或温度的变化，直接影响传感器的电阻，从而改变标签内部的性能，相应的表现为rfid读取器上检测到接收信号强度(rss)或反射rfid信号的相位的变化；通过监测(rss)或反射rfid信号变化直接反应外部环境的变化，改造后的rfid标签不需要使用电源，是一种低成本的传感器。
13.基于所述rfid标签的改造，所述行为感知模型可以包括个人卫生行为感知模型、饮食行为感知模型、如厕行为感知模型、紧急报警分析模型、卧床时长行为感知模型、久坐时长行为感知模型、烹饪行为感知模型、室内定位分析模型和观看电视行为感知模型中的任何一种或多种。
14.作为本发明所述方法或装置的改进，所述智能终端可视化展示为微信小程序平台。
15.有益效果：
16.首先，利用本发明，通过rfid标签收集信号并传至阅读器，利用微信小程序可查看被监护者在室内的生活状况，让监护人可以方便了解被监护对象的生活状况，及时发现存在的安全隐患和健康隐患，这种方法便于监护者在不侵犯被监护者隐私的前提下，即可获
取被监护对象的多种行为信息，并实现被监护者行为信息实时感知；
17.其次，被监护者无需穿戴设备，本发明可以有效避免被监护者丢失穿戴设备或损坏穿戴设备造成的行为监控数据缺失，并且降低监护方案执行难度；
18.最后，本发明可以应用在智慧城市的智慧家居系统中，保证被监护者的例如独居老人的居家安全；也可以用于残障人士室内生活监测。
附图说明
19.图1为本发明所述基于射频识别的行为感知方法信息传输流程图；
20.图2为本发明的具体实施方式中所述无源射频rfid标签改造电路图；
21.图3为本发明所述久坐时长行为感知方法的一种较佳实施例流程图；
22.图4为本发明具体实施方式中所述基于射频识别行为感知的健康监护系统架构。
具体实施方式
23.以下参照附图1
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4，对本发明的实施方式和实施例进行详细说明。为了便于下文的描述，首先给出一些术语的基本定义：
24.移动终端表示指可以在移动中使用的计算机设备，包括手机、笔记本、平板电脑等；
25.后台处理设备表示rfid系统的软件组件，包括应用软件、企业应用接口、中间件和面向底层硬件的驱动接口。
26.关于系统架构
27.如图4所示为基于射频识别行为感知的健康监护系统架构，由底层的感知层到顶层的应用层构成：
28.感知层是需要检测的使用者日常行为(时间)，如坐卧、饮水、洗漱等。如通过部署在门、窗户上的结合压敏电阻改造的rfid标签可以感知老人是否有打开相应对象的动作；通过部署在灶台附近的结合温度传感器改造的的rfid标签可以检测老人是否有打开煤气的动作；通过rfid阅读器读取rss值的变化可以确定老人的位置并判断其移动性等等。
29.数据层是通过标签、阅读器等硬件设备获取的使用者日常行为数据。其中原始数据包括:rss值、温度、开关、通/断电、压力大小等可直接感知的数据。
30.特征数据是原始数据随rfid标签及阅读器在室内部署位置的映射或抽象，以表征老人的位置、活动静止状态及日常生活动作。这些数据是推理日常行为的重要基础。
31.行为分析层是通过对从多个标签采集到的数据联合分析得出的使用者行为判断。如卫生间的门把手、灯光开关处的标签数据出现特征性变化，表明使用者应进入了卫生间；如座便器处、冲水按钮处标签数据有特征性变化，可进一步表明使用者有如厕行为。同时，对标签数据加以处理可得到使用者部分日常行为的时长。如沙发上的标签长时间特征性变化，表明使用者有久坐行为；床头的标签长时间特征性变化的时间，可算得使用者的卧躺时间。
32.应用层是将行为分析层的行为推理结果上传至移动终端。通过分设活跃度监测、饮食监测、室内定位、安全提醒、紧急报警、跌倒提醒等条目供用户查阅信息。
33.如图1所示，该系统包括rfid标签、rfid阅读器、无线通讯模块、后台处理设备、智
能终端；rfid标签用于获取被监测者室内行为的原始数据，rfid阅读器作为信息传递的中介，智能终端体现为微信小程序，用于监测数据的显示与用户交互。
34.如图1所示，本发明的工作流程是∶在室内需要检测的地方安置n个rfid标签，n≧1；然后在标签附近可感知的范围内安装rfid阅读器，用于读取rfid标签信息，一个rfid阅读器可以仅读取1个rfid标签信息，也可读取多个rfid标签信息，因此rfid阅读器的安装数量n≦n；被监护者在靠近或触碰标签后会发送信号给rfid阅读器，阅读器获取物品rfid标签id信息后，并通过无线通信模块将信息传给后台处理设备；后台处理设备根据预先设置好的程序自动分析数据，并生成老人室内活动轨迹图或其他行为识别结果，上传智能终端，智能终端可以是多个，可方便多个监护人进行监护，还可以给被监护人用于健康和安全提醒，监护人和被监护人均可通过微信小程序平台显示实时监测结果，并查看合理建议。
35.关于rfid标签修改
36.本发明所述rfid标签修改示意图如图2所示，图中a，b，c三处为潜在的天线切割点，为了实现更多的行为感知功能，对传统的rfid标签进行修改；切割标签内部天线后，接入压敏、温敏、光敏，将它们变成无电池，无线，低成本的传感器；无需复杂的标签设计，该方法简单适用，应用面广。优选最接近标签的芯片处进行切割即c点处，可以使得标签相位和rss值变化对电阻值的改变最敏感；接入相应电阻后，用胶带固定；
37.压敏、温敏电阻型号：选取电阻大小范围0至250欧，电容变化范围0至10pf；
38.光敏电阻型号：光电晶体管(osramsfh3710)，其寄生电容从0pf变化到100pf。因此，选用一个10pf电容器与光电晶体管串联，以限制其范围从0pf到10pf。
39.随着压力或光照的变化，这会影响传感器的电阻，因此天线的性能也会发生变化；这在读取器上检测到接收信号强度(rss)或反射rfid信号的相位的变化。因此，通过监测这些信号的变化来估计传感器的值。
40.关于人卫生行为感知方法
41.在淋浴区水龙头上以及淋浴喷头正下方的地垫上各至少部署1个所述带有压敏电阻的标签；当被监护者触碰水龙头上的标签时，由于受到压力，压敏电阻阻值改变，标签信号的强度和相位也随之改变，以此信号的变动来记录被监测者打开水龙头的行为，当被监护者站立在淋浴喷头正下方的地垫上时，由于受到压力，压敏电阻阻值改变，标签信号的强度和相位也随之改变，根据所述标签的信息变化判断行为主体是否站在地垫上，通过两处标签的信息综合判断行为主体是否完成淋浴行为，可以基本排除行为主体仅打开水龙头而不洗澡，或者站在地垫上没打开水龙头的情况，提高系统的行为感知准确率。
42.关于如厕行为感知方法
43.在坐便器上的承重位置以及冲水按键上各至少部署1个所述带有压敏电阻的标签，当两处的标签均发生信号变化，可以说明行为主体完成如厕行为。
44.关于久坐卧时长行为感知方法
45.在椅子表面和床的支撑脚上分别部署至少1个带有压敏电阻的标签，用于记录用户坐或卧时长，并用此数据来实时更新后台数据，并在小程序上显示当天卧床时长和久坐时。该条目可实现“久坐提醒”、“当天坐卧时长统计”。
46.如图3所示，作为其中一种较佳的实施例，所述久坐时长行为感知方法可具体采用以下工作流程：
47.步骤一：在使用此系统之前，结合用户和老人的意愿和通用部署点部署标签，通过问卷的形式对活跃度检测模块进行信息初始化，例如老人常坐卧位置等等。
48.步骤二：程序根据不同编号标签的rss值的变化判断用户的状态从而实现行为感知。部署在椅子和床上的标签分别用于记录用户坐卧时长，并用此数据来实时更新后台数据。
49.第三步:判断坐卧时间是否超过设置的时长上限。如果超过，立刻通过小程序信息通知用户或者用户监护人其久坐久卧情况；如果没有，实时统计单次坐卧时长和全天坐卧时长，小程序显示老人目前状态和坐卧时长。
50.关于紧急报警行为感知方法
51.在离行为主体容易意外发生摔倒的位置以及突发疾病后无法站立时易于触摸的位置最近的墙壁或家具表面设置若干带有压敏电阻的标签，以便用户在紧急情况下通过按压进行主动报警，标签接受被监护者的按压发生信号变化，后台可感知行为主体的报警信号；若被监护者有报警行为，小程序将发送被监护者的求救信息给用户，以便用户及时实施救援措施；
52.作为一种较佳的实施例，所述标签表面设置醒目的报警标记，提示行为主体在紧急情况下按压以及在非紧急情况下不要触碰。
53.关于室内运动轨迹感知方法
54.如通过部署在各房间的门把手、灯光开关及室内其他标签来感知被监护者所处的位置，实现室内定位，并在小程序上显示“被监护者室内轨迹图”。
55.关于观看电视行为感知方法
56.结合光敏电阻的rfid标签实现的行为感知，将带有光敏电阻的标签部署在电视屏幕边缘；当被监护者使用电视机时，电视机屏幕发出强光，由于光强改变，光敏电阻阻值改变，标签信号的强度和相位也随之改变。以此来感知被监护者是否使用电视，并通过该状态持续时长判断是否存在长时间观看，并且还可以间接反映被监护者是否存在久坐行为。
57.关于烹饪行为感知方法
58.属于结合温敏电阻的rfid标签实现的行为感知，将带有温敏电阻的标签部署在煤气灶台附近。当被监护者打开煤气灶烹饪时，灶台附近温度会提高，温敏电阻阻值会发生变化，从而导致标签的信号强度和相位改变。这样便可以感知被监护者烹饪的行为。
59.关于饮水行为感知方法
60.将带有压敏电阻的标签部署在餐厅桌椅、饮水机处；当被监护者饮水时触碰水壶上的标签时，由于标签受到压力，压敏电阻阻值改变，标签信号的强度和相位也随之改变。以此信号的变动来感知被监测者喝水的行为。以此类推。
61.关于安全隐患行为感知方法
62.如通过部署在煤气开关、各房间的窗户上的标签来判断用户设定的时间内煤气是否关好、各窗户是否紧闭；若检测到煤气未关，小程序将发送“煤气未关提醒”；若检测到窗户未关好，小程序将发送“窗户未关提醒”。
63.作为其中一种较佳的实施例，在燃气灶沿设置结合温度传感器改造的rifd标签，当被监测者使用煤气灶时，一般煤气灶在使用时的温度能达到600摄氏度，引起标签相关参数改变，阅读器读取后可统计燃气灶的使用时长；根据生活经验以及行为感知对象的个人
习惯，刚出炉的饭菜在一个小时左右会放凉，此处保守认为，燃气灶使用时间在1个小时以内为烹饪行为；燃气灶使用时间达到2小时及以上，有煤气未关的风险，需进行燃气未关提醒，行为感知对象可根据实际情况进行操作，若确实是燃气忘关，则可立即进行通风并关闭燃气；若其他情况包括煲汤、熬药需长时间使用燃气的情况下可通过终端手动关闭提醒信息。
64.另外通过预先设置被监护者习惯用餐时间、习惯睡眠时间、煤气检查时间、窗户检查时间等时间限制信息，以便于程序在相应时间段进行提醒和数据收集。
65.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。