人体静电电位信号数据对齐方法研究_张永强.pdf

第4 0卷第1期河 北 工 业 科 技V o l.4 0,N o.12 0 2 3年1月H e b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yJ a n.2 0 2 3 文章编号:1 0 0 8-1 5 3 4(2 0 2 3)0 1-0 0 4 3-0 9人体静电电位信号数据对齐方法研究张永强1,2,3,于洪昌1,周万珍1,3,满梦华2(1.河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄 0 5 0 0 1 8;2.陆军工程大学石家庄校区电磁环境效应国家级重点实验室,河北石家庄 0 5 0 0 0 3;3.河北省智能物联网技术创新中心,河北石家庄 0 5 0 0 1 8)摘 要:针对多传感器检测系统相关试验中存在的多个传感器在数据采集过程中数据读取时间不同步以及采样频率不统一,导致数据对齐存在偏差,无法进行精确解算的问题,以人体静电电位信号采集试验的数据对齐操作为例,通过函数计算、波形分析、特征点提取等方法对3组不同传感器数据进行滤波清洗和对齐处理。结果表明,上述方法能够得到有效数据的起始点和终止点,解决数据采集过程中读取不同步的问题,提高了多传感器数据的对齐精度,为试验后续信号的识别提供更加准确的数据支持。所设计的数据对齐方法可应用于静电检测、运动健康、行为识别等具有多个传感器的数据采集系统中,为系统数据的对齐处理提供了有效的理论参考与方法依据。关键词:数据处理;人体静电;电位信号;数据对齐;起始点检测;特征提取中图分类号:T P 3 9 9 文献标识码:A D O I:1 0.7 5 3 5/h b g y k j.2 0 2 3 y x 0 1 0 0 6收稿日期:2 0 2 2-0 8-2 8;修回日期:2 0 2 2-1 2-0 9;责任编辑:陈书欣基金项目:国防基础科研计划项目(J C KY S 2 0 2 0 D C 2 0 2);河北省自然科学基金(F 2 0 2 2 2 0 8 0 0 2);河北省高等学校科学技术研究重点计划项目(Z D 2 0 2 1 0 4 8)第一作者简介:张永强(1 9 8 1),男,河北井陉人,副教授,硕士,主要从事物联网、人工智能、电磁防护仿生方面的研究。通信作者:周万珍教授。E-m a i l:z h o u_w a n z h e n 1 6 3.c o m满梦华博士。E-m a i l:m a n m e n g h u a 1 2 6.c o m张永强,于洪昌,周万珍,等.人体静电电位信号数据对齐方法研究J.河北工业科技,2 0 2 3,4 0(1):4 3-5 1.Z HAN G Y o n g q i a n g,YU H o n g c h a n g,Z HOU W a n z h e n,e t a l.R e s e a r c h o n d a t a a l i g n m e n t m e t h o d s b a s e d o n h u m a n e l e c t r o s t a t i c p o t e n t i a l s i g n a l sJ.H e b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 0(1):4 3-5 1.R e s e a r c h o n d a t a a l i g n m e n t m e t h o d s b a s e d o n h u m a n e l e c t r o s t a t i c p o t e n t i a l s i g n a l s Z HANG Y o n g q i a n g1,2,3,YU H o n g c h a n g1,Z HOU W a n z h e n1,3,MAN M e n g h u a2(1.S c h o o l o f I n f o r m a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,H e b e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,S h i j i a z h u a n g,H e b e i 0 5 0 0 1 8,C h i n a;2.N a t i o n a l K e y L a b o r a t o r y o n E l e c t r o m a g n e t i c E n v i r o n m e n t E f f e c t s,S h i j i a z h u a n g C a m p u s o f A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A,S h i j i a z h u a n g,H e b e i 0 5 0 0 0 3,C h i n a;3.H e b e i T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n C e n t e r o f I n t e l l i g e n t I o T,S h i j i a z h u a n g,H e b e i 0 5 0 0 1 8,C h i n a)A b s t r a c t:I n e x p e r i m e n t o f m u l t i-s e n s o r d e t e c t i o n s y s t e m,t h e r e a r e o f t e n p r o b l e m s o f m u l t i p l e s e n s o r s w i t h u n s y n c h r o n i z e d d a t a r e a d i n g t i m e s a n d n o n-u n i f o r m s a m p l i n g f r e q u e n c y i n t h e p r o c e s s o f d a t a c o l l e c t i o n,w h i c h l e a d t o t h e b i a s e d d a t a a l i g n m e n t a n d t h e i n a b i l i t y o f a c c u r a t e s o l u t i o n.T a k i n g t h e d a t a a l i g n m e n t o p e r a t i o n f o r a h u m a n e l e c t r o s t a t i c p o t e n t i a l s i g n a l a c q u i s i t i o n e x p e r i m e n t a s a n e x a m p l e,t h e f i l t e r,c l e a n i n g a n d a l i g n m e n t p r o c e s s i n g o f t h r e e d i f f e r e n t s e t s o f s e n s o r d a t a w e r e 河 北 工 业 科 技第4 0卷c a r r i e d o u t b y u s i n g f u n c t i o n c a l c u l a t i o n,w a v e f o r m a n a l y s i s a n d f e a t u r e p o i n t e x t r a c t i o n.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a b o v e m e t h o d c a n o b t a i n t h e s t a r t i n g a n d e n d i n g p o i n t s o f v a l i d d a t a a n d s o l v e t h e p r o b l e m o f u n s y n c h r o n i z e d r e a d i n g d u r i n g d a t a a c q u i s i t i o n.A t t h e s a m e t i m e,t h e a b o v e m e t h o d i m p r o v e s t h e a l i g n m e n t a c c u r a c y o f m u l t i-s e n s o r d a t a a n d p r o v i d e s m o r e a c c u r a t e d a t a s u p p o r t f o r t h e s u b s e q u e n t i d e n t i f i c a t i o n o f s i g n a l s i n t h e e x p e r i m e n t.T h e d a t a a l i g n m e n t m e t h o d d e s i g n e d i n t h i s p a p e r c a n b e a p p l i e d t o d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m s w i t h m u l t i p l e s e n s o r s,s u c h a s e l e c t r o s t a t i c d e t e c t i o n,s p o r t s a n d h e a l t h,a n d b e h a v i o r i d e n t i f i c a t i o n.T h e m e t h o d p r o v i d e s a g o o d t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e a n d m e t h o d o l o g i c a l b a s i s f o r t h e a l i g n m e n t p r o c e s s i n g o f s y s t e m d a t a.K e y w o r d s:d a t a p r o c e s s i n g;h u m a n s t a t i c e l e c t r i c i t y;p o t e n t i a l s i g n a l;d a t a a l i g n m e n t;s t a r t p o i n t d e t e c t i o n;f e a t u r e e x t r a c t i o n 随着物联网技术的进步以及测量技术的不断发展,试验过程中往往需要同时测量多种物理量,例如温度、电压、定位和速度等。不同物理量数据对齐,往往要求数据中含有时间戳,将读取时间戳相同的传感数据进行匹配,完成对齐1。然而,不同物理量的采集系统往往是独立的,无法保证时间戳的精确同步。采用时间对齐方法处理数据将无法精确对齐,从而影响测试结果的准确性,不能满足相关试验所需的数据精度。传感器设备采集数据的相关试验中,不同设备采集的数据之间起始点和终止点的对齐往往是试验中的重要部分之一。对此,相关学者在不同领域的试验研究中也提出了自己的解决方案。例如:罗思洋等2、黄镇坤等3、董胡等4均利用双门限算法实现了语音识别系统的端点检测,