基于传感设备的人体健康数据可视化研究

发布时间：2017-11-13 15:41

  本文关键词：基于传感设备的人体健康数据可视化研究

  更多相关文章： 姿态角 数据可视化 虚拟现实 BP神经网络

【摘要】：近年来,随着人们对健康需求的提升,面向用户的人体健康数据可视化服务引起越来越多研究者的关注。可视化技术是将抽象的数据转换为图形或图像在屏幕上显示,并进行交互处理的理论、方法和技术。随着虚拟现实技术的进一步发展和完善,抽象数据能够以三维模型的方式显示于电脑屏幕,便于用户进行交互处理,丰富了信息的表达方式。健康数据可视化主要分为模型化和图表化,本文将以人体活动时关节姿态角数据为研究对象做具体实现。首先,本文针对人体关节姿态角数据,结合系统测量所需,建立了对应的人体运动模型和坐标转换关系,通过传感器测量获取到人体关节姿态角后,基于可视化技术在上位机界面复现三维人体姿态,方便对使用者的日常活动进行观测与监护。此外对基于姿态角的数据处理与分析做了简要概述,提取常见活动的动作特征进行分类识别,对人体运动的相关参数做分析计算,用以评估人体的运动状况。其次,本文基于ZigBee传感网技术,设计并实现了基于MPU6050传感器和CC2530的体域网系统以获取人体运动时多关节的姿态角数据,系统包含各类节点的硬件设计和系统的软件设计,选定绑带用于系统的穿戴,实现了获取人体运动时多个关节姿态角数据的需求。再次,本文在上位机构建可视化软件平台,对体域网数据获取系统采集的数据进行可视化处理与显示,主要包括基于MFC的可视化界面和基于Matlab的数据分析处理。可视化界面包括数据接收、数据库的写入与查询功能和图表显示功能。在OpenGL显示的虚拟环境中,添加了人体骨骼模型,根据体域网数据获取系统上发的姿态角数据实时复现人体姿态。数据处理方面,根据人体日常运动时人体姿态角可以表征运动特征,使用BP神经网络对姿态角数据进行分类,可识别四种日常人体活动；同时可以通过姿态角计算行走路程,对人体的运动状况进行基本的评估。整体MFC界面添加用户交互及响应的功能,实现了数据的二维图表显示和人体姿态角动态可视化显示功能。最后,本文基于体域网数据获取系统和上位机软件平台进行了联调测试和实验,包括体域网数据获取系统的性能测试实验和上位机可视化软件平台的测试。实验结果表明传感节点可以实时准确的采集人体关节的姿态角,多个节点的数据均能及时通过无线发送到汇聚节点,网络通信性能良好,且能与上位机进行稳定准确的通信。在数据处理方面对动作分类和行走路程进行了实验,表明了数据处理和计算的准确性。在可视化界面对交互功能、模型的三维变换和各个模块的可视化显示功能一一测试,结果表明整体系统可以实现数据的动态交互的可视化功能。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318;TP212

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本文编号：1181331