一种基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法及装置

技术特征：
1.一种基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法，其特征在于，包括以下步骤：通过单个三轴传感器采集不同距离下人体行走的振动数据，对采集振动数据进行预处理，获取不同距离下单次振动事件所对应的振动数据；对预处理的振动数据借鉴蝎子对于振动信息的处理机制，通过希尔伯特-黄变换方法提取时域与频域特征，并进行特征融合，构建距离特征数据库；根据距离特征数据库使用随机森林回归算法构建振源距离估计模型，通过所构建的振源距离估计模型进行振源距离估计，得到振源距离的估计值并输出。2.根据权利要求1所述的基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法，其特征在于，所述对采集振动数据进行预处理，获取不同距离下单次振动事件所对应的振动数据包括：对三轴传感器采集到的三通道振动数据使用最小二乘法消除零点漂移，得到第一数据；使用统一的时间窗对第一数据进行分帧，使对应于同一次振动事件的三通道振动数据的起始时刻与结束时刻保持一致，选择合适的窗口长度保证单次振动事件的数据完整性，得到对应于单次振动事件的三通道振动数据，分别获取不同距离下每次振动事件对应的振动数据，进而构建第二数据集。3.根据权利要求2所述的基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法，其特征在于，所述对预处理的振动数据借鉴蝎子对于振动信息的处理机制，提取时域与频域特征，并进行特征融合，构建距离特征数据库的步骤包括：借鉴蝎子对于振动信息的处理机制，通过纵波与瑞利波在传播过程中随振源距离变化而产生的差异信息，标记不同的振源距离；以不同振动波的能量衰减速度及传播速度为线索，使用希尔伯特-黄变换方法提取振动信号的频域特征与时域特征，并进行特征融合，以构建距离特征数据库，体现上述差异信息；对来自所述第二数据集中的每组三通道振动数据进行希尔伯特-黄变换，获得三通道振动数据的边际谱与希尔伯特包络曲线。4.根据权利要求3所述的基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法，其特征在于，所述对预处理的振动数据借鉴蝎子对于振动信息的处理机制，提取时域与频域特征，并进行特征融合，构建距离特征数据库的步骤还包括：根据所述振动信号的边际谱，依据固定步长将边际谱划分为n个频带，计算边际谱每个频带内的能量，其计算方式为：其中，i表示传感器x、y、z轴，i＝1,2,3，f
j
表示n个频带内第j个频带的频率上限，j＝1,
……
,n，e
ij
表示传感器i轴数据所求边际谱第j个频带的边际谱能量，h
i
(f)表示传感器i轴数据所求边际谱；统计各频带能量在传感器3轴振动信号总能量中的占比ef
ij
，并将此作为振动信号的频域特征：
其中，ef
ij
表示传感器i轴数据所求边际谱第j个频带的边际谱能量占比；根据所述振动信号的希尔伯特包络曲线，每次以固定的步长递増，统计相应时刻各传感器轴向数据所求希尔伯特包络曲线对应的值，获得每个传感器轴向上共计m个值，并进行归一化处理，将归一化后的时域特征af
ik
作为时域特征：其中，t
k
表示对传感器i轴数据所求希尔伯特包络曲线而言，第k个时域特征值所对应的时刻；a
i
表示传感器i轴数据所求希尔伯特包络曲线；af
ik
表示传感器i轴数据所求第k个归一化后的时域特征；所述特征融合包括将所述时域特征与所述频域特征拼接在一起得到距离特征；所述构建距离特征数据库包括根据所述第二数据集，获取不同距离下每次振动事件对应振动数据的距离特征，进而得到距离特征数据库。5.根据权利要求4所述的基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法，其特征在于，所述根据距离特征数据库使用随机森林回归算法构建振源距离估计模型，通过所构建的振源距离估计模型进行振源距离估计，得到振源距离的估计值并输出的步骤包括：从包含c个样本的所述距离特征数据集中，通过自助采样法进行c次有放回的抽样，得到含c个样本的采样集；根据t个含c个训练样本的所述采样集，基于每个采样集训练出一个用于距离估计的cart回归树；当测试集输入时，将所述cart回归树进行结合，使用简单平均法对每棵回归树的结果求均值，最终得到振源距离的估计值d。6.一种基于蝎子振源定距机理的振源距离估计装置，其特征在于，包括：一个至少三通道的模数转换模块，所述模数转换模块前端连接三轴振动传感器，所述模数转换模块后端连接用于数据传输的下位机，所述下位机连接一个上位机；所述三轴振动传感器在使用时，z轴垂直于地面，x轴与y轴平行于地面；所述上位机接受来自下位机的三通道振动数据，并对三通道振动数据分别进行实时显示、数据存贮以及数据处理；所述基于蝎子振源定距机理的振源距离估计装置用于运行所述基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法。7.一种基于蝎子振源定距机理的振源距离估计装置，其特征在于，包括：数据采集与预处理模块，用于通过单个三轴传感器采集不同距离下人体行走的振动数据，对采集振动数据进行预处理，获取不同距离下单次振动事件所对应的振动数据；距离特征数据库构建模块，用于对预处理的振动数据借鉴蝎子对于振动信息的处理机制，通过希尔伯特-黄变换方法提取时域与频域特征，并进行特征融合，构建距离特征数据库；
振源距离估计模块，用于根据距离特征数据库使用随机森林回归算法构建振源距离估计模型，通过所构建的振源距离估计模型进行振源距离估计，得到振源距离的估计值并输出。8.一种智能终端，其特征在于，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于执行如权利要求1-5中任意一项所述的方法。9.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1-5中任意一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种基于蝎子振源定距机理的振源距离估计方法及装置，包括步骤：使用单个三轴传感器采集不同距离下人体行走的振动数据，对振动数据进行预处理，获取不同距离下单次振动事件所对应的振动数据；对预处理的振动数据进行希尔伯特-黄变换，获得三通道振动数据的边际谱与希尔伯特包络曲线，根据边际谱提取频域特征，根据希尔伯特包络曲线提取时域特征，并进行特征融合，构建距离特征数据库；根据距离特征数据库使用随机森林回归算法计算测试样本的振源距离估计值，本发明可以提高现有振源定位算法对振源距离估计的精度。有振源定位算法对振源距离估计的精度。有振源定位算法对振源距离估计的精度。


技术研发人员：侯涛 石俊豪 辛昊东 刘富 王跃桥
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/10/25