【摘 要】
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“人口老龄化”是当前世界面临的共同难题,监测老年人跌倒并及时响应是智慧养老中的关键问题之一。分布式光纤传感系统能满足养老院或独居老人智能监测的长期实时性、环境复杂性、经济性要求,能与智能终端设备、视频监控系统等技术形成有益互补。尤其是相位敏感型光时域反射计（φ-OTDR）分布式光纤传感系统具有长距离多点扰动定位检测、适用于复杂环境、实时监测等优势,在扰动信号测量和分类预警领域应用广泛。本文基于φ-
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“人口老龄化”是当前世界面临的共同难题,监测老年人跌倒并及时响应是智慧养老中的关键问题之一。分布式光纤传感系统能满足养老院或独居老人智能监测的长期实时性、环境复杂性、经济性要求,能与智能终端设备、视频监控系统等技术形成有益互补。尤其是相位敏感型光时域反射计（φ-OTDR）分布式光纤传感系统具有长距离多点扰动定位检测、适用于复杂环境、实时监测等优势,在扰动信号测量和分类预警领域应用广泛。本文基于φ-OTDR系统,结合室内老人摔倒等行为的监测场景需求,解决分布式光纤传感系统中扰动信号模式识别存在采集信号相对单一、缺乏有效的复杂信号特征值筛选方法等共性问题,开展相关研究工作。具体研究内容为:1.调研智慧养老中室内老人摔倒等多种行为检测现状,比较现有技术优劣;分析各类光纤传感系统优缺点和适用范围;明确光纤传感技术在扰动信号领域目前面临的共性问题。最终确定采用φ-OTDR系统,研究影响其快速精准模式识别及预警性能的关键问题。2.综合老人在室内常见行为场景,以及扰动信号在信号采集方面缺乏复杂信号问题,最终采集行走、摔倒、行走+摔倒、环境音4大类信号2242组,作为研究用的基础数据。3.考虑养老院等室内定位实际需求及后续应用扩展,对采集信号预处理,通过移动平均法等方法,实现1米内的精准定位;同时提出一种室内行走路线图绘制思路,为后续呈现实时行动轨迹提供途径。4.因为低维特征矩阵在识别复杂信号时效果较差,无法进行有效分类,因此本文提取各类特征值790维用于后续分析。针对目前缺乏有效高维特征矩阵筛选算法,本文提出一种三级特征筛选算法GA-MI,能有效解决分布式光纤传感中特征筛选中存在的共性问题。5.使用不同模式识别分类器,对GA-MI筛选后的结果,与原始数据集、各类特征筛选算法筛选结果进行对比,从准确率、响应时间、普适度、灵活性等检验标准进行全面验证。结果表明,本文提出的特征筛选算法可以优化准确率和处理时间,在不同分类器上均有较好效果,同时满足灵活调整特征维数的实际需求,具有较大实用价值;同时平均分类准确率达到93.01%,表明本文提出的方案可以应用在智慧养老领域,创新性的解决室内老人摔倒等多种行为模式识别问题,为φ-OTDR分布式光纤传感用于各种特殊场合的智慧监控奠定了应用基础。
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